การนำเทคโนโลยีการหลอมโลหะด้วยการเหนี่ยวนำพลังงานแสงอาทิตย์ไปใช้ในทางเทคนิค: การปรับความเรียบของพลังงานและการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า

การนำเทคโนโลยีการหลอมโลหะด้วยการเหนี่ยวนำพลังงานแสงอาทิตย์ไปใช้ในทางเทคนิค: การปรับความเรียบของพลังงานและการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า

การหลอมด้วยการเหนี่ยวนำไฟฟ้าโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์นั้นเป็นไปได้ในทางเทคนิค เนื่องจากเตาเหนี่ยวนำไฟฟ้าสามารถทนต่อกำลังไฟฟ้าที่แปรผันได้ แต่การนำไปใช้งานจริงนั้นต้องให้ความสำคัญอย่างยิ่งต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง ระบบควบคุม และการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์จะแปรผันตามตำแหน่งของดวงอาทิตย์ ปริมาณเมฆ และอุณหภูมิ ในขณะที่ภาระของเตาเหนี่ยวนำไฟฟ้าจะแปรผันตามขั้นตอนการหลอม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังและระบบควบคุมต้องปรับให้เข้ากับแหล่งพลังงานและภาระที่แปรผันทั้งสองนี้แบบเรียลไทม์ บทความนี้จะอธิบายถึงการนำไปใช้งานทางเทคนิคและการตัดสินใจด้านการออกแบบที่สำคัญ

สถาปัตยกรรมอิเล็กทรอนิกส์กำลัง

สถาปัตยกรรมอิเล็กทรอนิกส์กำลังสำหรับระบบหลอมโลหะด้วยการเหนี่ยวนำที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสามส่วน ได้แก่ อินเวอร์เตอร์ PV อินเวอร์เตอร์แบบสองทิศทาง BESS และอินเวอร์เตอร์เตาหลอม อินเวอร์เตอร์แต่ละตัวมีบทบาทเฉพาะ และการประสานงานระหว่างอินเวอร์เตอร์เหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง

อินเวอร์เตอร์สำหรับระบบโซลาร์เซลล์: ทำหน้าที่แปลงกระแสตรง (DC) จากแผงโซลาร์เซลล์ให้เป็นกระแสสลับ (AC) ที่ความถี่ของระบบไฟฟ้าหลัก อินเวอร์เตอร์โซลาร์เซลล์รุ่นใหม่มีระบบติดตามจุดกำลังสูงสุด (MPPT) ที่ปรับจุดการทำงานของกระแสตรงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงานให้สูงสุด โดยทั่วไปแล้ว อินเวอร์เตอร์โซลาร์เซลล์จะมีดีไซน์แบบรวมศูนย์ที่มี MPPT ตัวเดียวสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ทั้งหมด หรือแบบแยกส่วนที่มี MPPT หลายตัวสำหรับแผงย่อยต่างๆ

อินเวอร์เตอร์แบบสองทิศทาง BESS: แปลงกระแสตรง (DC) จากแบตเตอรี่เป็นกระแสสลับ (AC) ที่ความถี่ของระบบไฟฟ้า และแปลงกระแสสลับ (AC) จากระบบไฟฟ้าหรืออินเวอร์เตอร์ PV เป็นกระแสตรง (DC) เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ อินเวอร์เตอร์แบบสองทิศทางนี้จัดการสถานะการชาร์จแบตเตอรี่ อัตราการชาร์จและการคายประจุ และการปรับสมดุลเซลล์ นอกจากนี้ อินเวอร์เตอร์ BESS ยังให้บริการด้านระบบไฟฟ้า (การตอบสนองความถี่ การสนับสนุนแรงดันไฟฟ้า) เมื่อระบบเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าหลัก

อินเวอร์เตอร์สำหรับเตาเหนี่ยวนำ: ทำหน้าที่แปลงไฟกระแสสลับ (AC) จากโครงข่ายไฟฟ้าให้เป็นความถี่ปานกลาง (150 เฮิรตซ์ ถึง 10 กิโลเฮิร์ตซ์) สำหรับขดลวดเหนี่ยวนำ อินเวอร์เตอร์ของเตาเป็นแบบโซลิดสเตทมาตรฐาน โดยใช้สวิตช์ IGBT หรือไทริสเตอร์ กำลังไฟฟ้าขาออกจะถูกควบคุมโดยระบบควบคุมของเตา โดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่ตั้งไว้และระดับการหลอมเหลว

อินเวอร์เตอร์ทั้งสามตัวเชื่อมต่อเข้ากับบัส AC ทั่วไปที่ความถี่ของกริด และแรงดันและความถี่ของบัสจะถูกจัดการโดยตัวควบคุมไมโครกริด ตัวควบคุมจะตรวจสอบการไหลของพลังงานบนบัส สถานะการชาร์จของแบตเตอรี่ และความต้องการของเตาเผา และจะปรับค่าเป้าหมายของอินเวอร์เตอร์ PV ค่าเป้าหมายของอินเวอร์เตอร์ BESS และ (เมื่อเหมาะสม) การนำเข้า/ส่งออกพลังงานจากกริดเพื่อรักษาสมดุลของระบบ

การปรับกำลังไฟฟ้าให้เรียบและควบคุมอัตราการเพิ่มกำลัง

กำลังการผลิตไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็วเนื่องจากเมฆปกคลุม เมฆที่ลอยผ่านสามารถลดกำลังการผลิตลงได้ 50 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ในเวลาเพียงไม่กี่วินาที และกำลังการผลิตก็จะกลับคืนสู่ระดับปกติในเวลาใกล้เคียงกันเมื่อเมฆลอยผ่านไป เตาหลอมแบบเหนี่ยวนำไม่สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็วเช่นนี้ได้ ดังนั้นระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ต้องปรับให้กำลังการผลิตไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์มีความสม่ำเสมอเพื่อรักษาระดับพลังงานของเตาหลอมให้คงที่

อัลกอริทึมการปรับเรียบของระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ทำงานที่ระดับเวลา 1 วินาที อัลกอริทึมจะเปรียบเทียบผลผลิตพลังงานแสงอาทิตย์จริงกับค่าเป้าหมาย (โดยทั่วไปคือค่าเฉลี่ยเคลื่อนที่ในช่วง 30 ถึง 60 วินาที) และปรับการชาร์จหรือการคายประจุของระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่เพื่อให้ผลผลิตรวมของพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานจากระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ใกล้เคียงกับค่าเป้าหมาย การปรับเรียบจะช่วยลดอัตราการเปลี่ยนแปลงจาก 10 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ต่อวินาที (พลังงานแสงอาทิตย์ดิบ) เหลือเพียง 1 ถึง 3 เปอร์เซ็นต์ต่อวินาที (ปรับเรียบแล้ว)

สำหรับเมฆขนาดใหญ่ อัลกอริทึมการปรับให้เรียบจะใช้ค่าเฉลี่ยเคลื่อนที่ที่ยาวขึ้น (5 ถึง 15 นาที) และระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) จะมีขนาดที่สามารถจ่ายพลังงานเต็มกำลังได้ 15 ถึง 30 นาที นี่คือขนาดมาตรฐานสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์พร้อมระบบกักเก็บพลังงานที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า และจะทำให้ BESS มีพลังงานเพียงพอที่จะรับมือกับเหตุการณ์เมฆมากส่วนใหญ่ได้

การปรับเปลี่ยนการควบคุมเตาเหนี่ยวนำ

ระบบควบคุมเตาเหนี่ยวนำไฟฟ้าแบบมาตรฐานจะถือว่าได้รับพลังงานไฟฟ้าจากโครงข่ายไฟฟ้าอย่างคงที่ สำหรับการใช้งานด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบควบคุมจะต้องได้รับการปรับเปลี่ยนเพื่อให้สามารถรับค่ากำลังไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงได้ตามกำลังไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานสำรองที่มีอยู่

การปรับปรุงแก้ไขคือการเปลี่ยนแปลงซอฟต์แวร์ใน PLC ของเตาเผา PLC จะรับค่ากำลังไฟฟ้าที่ต้องการจากตัวควบคุมไมโครกริด และปรับอัตราการเผาไหม้ให้ตรงกับค่าที่ต้องการ นอกจากนี้ PLC ยังรายงานปริมาณการใช้ไฟฟ้าจริงไปยังตัวควบคุมไมโครกริด และตัวควบคุมจะใช้ข้อมูลนี้เพื่ออัปเดตการจ่ายไฟจากระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) และค่าที่ต้องการของอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ (PV inverter)

วงจรควบคุมมีกรณีพิเศษอยู่บ้าง ในช่วงการชาร์จเย็น เตาจะดึงพลังงานเกือบ 100 เปอร์เซ็นต์ของกำลังไฟฟ้าที่กำหนด และตัวควบคุมไมโครกริดต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) มีพลังงานเพียงพอที่จะจ่ายโหลดเต็มจำนวน ในช่วงการแช่ เตาจะดึงพลังงาน 50 ถึง 70 เปอร์เซ็นต์ของกำลังไฟฟ้าที่กำหนด และตัวควบคุมสามารถชาร์จ BESS จากพลังงานส่วนเกินที่ผลิตได้จากแผงโซลาร์เซลล์ ในช่วงที่ไม่ได้ใช้งาน เตาจะดึงพลังงาน 20 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ของกำลังไฟฟ้าที่กำหนด (เพื่อรักษาระดับอุณหภูมิของน้ำ) และตัวควบคุมสามารถชาร์จ BESS จนเต็มได้

PLC ยังมีจุดตั้งค่ากำลังไฟฟ้าขั้นต่ำ ซึ่งหากต่ำกว่าจุดนั้น เตาเผาจะปิดการทำงาน โดยทั่วไปแล้วค่าต่ำสุดจะอยู่ที่ 30 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ของกำลังไฟฟ้าที่กำหนด และตัวควบคุมไมโครกริดต้องเคารพขีดจำกัดนี้ หากกำลังไฟฟ้าที่ผลิตจากแผงโซลาร์เซลล์ลดลงต่ำกว่าค่าต่ำสุด ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) จะถูกปล่อยพลังงานในอัตราสูงสุดเพื่อให้เตาเผาทำงานต่อไป และหากพลังงานใน BESS หมดลง เตาเผาจะปิดการทำงานและจะจ่ายไฟจากระบบไฟฟ้าหลัก (หากเชื่อมต่ออยู่)

การบูรณาการโครงข่ายไฟฟ้า

ระบบหลอมโลหะด้วยการเหนี่ยวนำที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่จะมีระบบเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าเพื่อเป็นแหล่งพลังงานสำรอง ระบบเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าจะจ่ายพลังงานเมื่อพลังงานแสงอาทิตย์ไม่เพียงพอ (วันที่มีเมฆมาก เวลากลางคืน ฤดูหนาว) และยังเป็นช่องทางให้ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ระบายพลังงานส่วนเกินหากเตาหลอมไม่ได้ทำงาน

การเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้ามีรูปแบบมาตรฐานอยู่ไม่กี่แบบ แบบที่พบมากที่สุดคือการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าโดยตรง ซึ่งทั้งระบบพลังงานแสงอาทิตย์พร้อมระบบจัดเก็บพลังงานและโครงข่ายไฟฟ้าจะจ่ายไฟให้กับระบบทำความร้อน และตัวควบคุมไมโครกริดจะจัดการการไหลของพลังงาน ในรูปแบบนี้ โครงข่ายไฟฟ้าจะทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำรอง และระบบสามารถขายพลังงานส่วนเกินคืนให้กับโครงข่ายไฟฟ้าได้หากผู้ให้บริการไฟฟ้าในพื้นที่อนุญาต

การกำหนดค่าแบบที่สองคือการกำหนดค่าแบบสร้างโครงข่ายไฟฟ้า โดยระบบพลังงานแสงอาทิตย์พร้อมระบบจัดเก็บพลังงานจะสร้างโครงข่ายไฟฟ้าในพื้นที่ และโครงข่ายไฟฟ้าของบริษัทผู้ให้บริการเป็นระบบสำรอง ในการกำหนดค่านี้ ระบบสามารถทำงานนอกโครงข่ายไฟฟ้าได้อย่างไม่มีกำหนด และจะใช้โครงข่ายไฟฟ้าของบริษัทผู้ให้บริการก็ต่อเมื่อระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) หมด และผลผลิตจากแผงโซลาร์เซลล์ไม่เพียงพอ การกำหนดค่าแบบสร้างโครงข่ายไฟฟ้ามีความซับซ้อนและมีราคาแพงกว่า แต่จำเป็นสำหรับสถานที่ที่ต้องการความพร้อมใช้งานของพลังงาน 100 เปอร์เซ็นต์

รูปแบบที่สามคือรูปแบบไฮบริดที่มีแหล่งผลิตพลังงานหลายแหล่ง ได้แก่ พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานดีเซล และไฟฟ้าจากโครงข่าย ตัวควบคุมไมโครกริดจะเลือกใช้แหล่งผลิตพลังงานที่มีต้นทุนต่ำที่สุดก่อน และจะใช้แหล่งผลิตพลังงานที่มีต้นทุนสูงกว่าก็ต่อเมื่อแหล่งผลิตพลังงานที่มีต้นทุนต่ำไม่เพียงพอ รูปแบบไฮบริดนี้พบได้ทั่วไปในเหมืองแร่และแหล่งผลิตน้ำมันและก๊าซในพื้นที่ห่างไกล ซึ่งค่าใช้จ่ายในการขยายโครงข่ายไฟฟ้าสูงมากและราคาน้ำมันดีเซลก็สูงเช่นกัน

ความปลอดภัยและการป้องกัน

การหลอมด้วยการเหนี่ยวนำไฟฟ้าโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์มีข้อกำหนดด้านความปลอดภัยเช่นเดียวกับการหลอมด้วยการเหนี่ยวนำไฟฟ้าโดยใช้พลังงานจากโครงข่ายไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีข้อควรพิจารณาเพิ่มเติมอีกเล็กน้อย ที่สำคัญที่สุดคือ:

ระบบป้องกันประกายไฟกระแสตรง: แผงโซลาร์เซลล์ทำงานที่แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูง (600 ถึง 1500 โวลต์) และการเกิดประกายไฟอาจทำให้สายเคเบิลของแผงโซลาร์เซลล์หรืออินเวอร์เตอร์ติดไฟได้ ระบบป้องกันนี้ใช้ตัวตัดวงจรป้องกันประกายไฟ (AFCI) ในแต่ละสาย และอินเวอร์เตอร์มีฟังก์ชันปิดระบบอย่างรวดเร็วซึ่งจะลดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงลงต่ำกว่า 30 โวลต์ภายใน 30 วินาทีหลังจากเกิดข้อผิดพลาด

ระบบป้องกันอัคคีภัยของ BESS: แบตเตอรี่ LFP มีโอกาสเกิดความร้อนสูงเกินควบคุมน้อยกว่าแบตเตอรี่ NMC แต่ความเสี่ยงก็ไม่ได้เป็นศูนย์ ระบบป้องกันใช้การตรวจจับก๊าซ การตรวจจับควัน และการตรวจสอบอุณหภูมิเพื่อตรวจจับเหตุการณ์ความร้อนสูงเกินควบคุม และระบบดับเพลิงใช้สารดับเพลิงชนิดสะอาด (Novec 1230 หรือ FM-200) เพื่อดับไฟโดยไม่ทำลายแบตเตอรี่

ระบบป้องกันการแยกตัวออกจากระบบหลัก (Anti-islanding): เมื่อระบบทำงานโดยไม่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าหลัก จะต้องตัดการเชื่อมต่อเพื่อป้องกันการไหลย้อนกลับไปยังโครงข่ายไฟฟ้าของบริษัทผู้ให้บริการ ระบบป้องกันการแยกตัวออกจากระบบหลักจะตรวจสอบแรงดันและความถี่ของโครงข่ายไฟฟ้า และจะตัดการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้าภายใน 2 วินาทีหลังจากเกิดไฟฟ้าดับ ระบบป้องกันนี้เป็นข้อกำหนดตามมาตรฐานโครงข่ายไฟฟ้าส่วนใหญ่ และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความปลอดภัยของพนักงานการไฟฟ้า

การต่อสายดิน: แผงโซลาร์เซลล์ ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ และเตาเผา ล้วนต่อสายดินเข้ากับตัวนำสายดินร่วม และตัวนำสายดินนี้เชื่อมต่อกับสายดินของอาคาร การต่อสายดินมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงานและการปกป้องอุปกรณ์

ติดต่อ MONTE INTELLIGENCE เพื่อสอบถามเกี่ยวกับการนำไปใช้งานทางเทคนิค

สำหรับผู้ซื้อที่กำลังพิจารณาติดตั้งเตาหลอมเหนี่ยวนำพลังงานแสงอาทิตย์ บริษัทวิศวกรรม MONTE INTELLIGENCE สามารถออกแบบสถาปัตยกรรมอิเล็กทรอนิกส์กำลัง ระบบควบคุม และระบบความปลอดภัยสำหรับสถานที่และลักษณะการใช้งานเฉพาะได้ การออกแบบรวมถึงการคำนวณขนาดอินเวอร์เตอร์ PV การคำนวณขนาด BESS การปรับเปลี่ยนการควบคุมเตาหลอม และการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า เยี่ยมชมเว็บไซต์ของเราwww.cnlymonte.com/products-solar-induction-furnace.html สำหรับข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์ หากต้องการสอบถามข้อมูลทางเทคนิคเพิ่มเติม โปรดส่งอีเมลไปที่ helenxu@cnlymonte.com โดยระบุหัวข้ออีเมลว่า "solar induction technical" และรายละเอียดเกี่ยวกับขนาดเตาเผา ชั่วโมงการทำงาน และการเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้า