Inverteri pripadaju velikoj skupini statičkih pretvarača, u koju ubrajaju se mnogi današnji'uređaji koji mogu"pretvoriti"električne parametre na ulazu, poput napona i frekvencije, kako bi se dobio izlaz koji je kompatibilan sa zahtjevima opterećenja.

Općenito govoreći, pretvarači su uređaji sposobni pretvoriti istosmjernu struju u izmjeničnu i prilično su uobičajeni u industrijskoj automatizaciji i električnim pogonima. Arhitektura i dizajn različitih vrsta pretvarača mijenjaju se ovisno o svakoj specifičnoj primjeni, čak i ako je jezgra njihove glavne namjene ista (pretvorba istosmjerne u izmjeničnu struju).

1. Samostalni i mrežno spojeni pretvarači

Inverteri koji se koriste u fotonaponskim sustavima povijesno su podijeljeni u dvije glavne kategorije:

:Samostalni pretvarači

:Inverteri spojeni na mrežu

Samostalni pretvarači namijenjeni su primjenama gdje fotonaponska elektrana nije spojena na glavnu mrežu za distribuciju energije. Pretvarač je u stanju opskrbljivati električnom energijom priključena opterećenja, osiguravajući stabilnost glavnih električnih parametara (napona i frekvencije). To ih održava unutar unaprijed definiranih granica, sposobnih izdržati privremena preopterećenja. U ovoj situaciji, pretvarač je spojen sa sustavom za pohranu energije u baterijama kako bi se osigurala dosljedna opskrba energijom.

S druge strane, pretvarači spojeni na mrežu mogu se sinkronizirati s električnom mrežom na koju su spojeni jer su u tom slučaju napon i frekvencija"nametnut"od strane glavne mreže. Ovi pretvarači moraju biti sposobni isključiti se ako glavna mreža zakaže kako bi se izbjeglo moguće obrnuto napajanje glavne mreže, što bi moglo predstavljati ozbiljnu opasnost.

Slika 1 - Primjer samostalnog sustava i sustava spojenog na mrežu. Slika ljubaznošću Biblusa.

2. Koja je uloga sabirničkog kondenzatora

Svrha invertera je transformirati istosmjerni valni oblik napona u izmjenični signal kako bi se ubrizgala snaga u opterećenje (npr. električnu mrežu) na zadanoj frekvenciji i s malim faznim kutom (φ ≈0). Pojednostavljeni krug za jednofaznu unipolarnu pulsno-širinsku modulaciju (PWM) prikazan je na slici2 (ista opća shema može se proširiti na trofazni sustav). U ovoj shemi, PV sustav, koji djeluje kao izvor istosmjernog napona s određenom induktivnošću izvora, oblikuje se u AC signal putem četiri IGBT sklopke paralelno spojene s diodama s slobodnim okretanjem. Ove sklopke se kontroliraju na vratima putem PWM signala, koji je obično izlaz integriranog kruga koji uspoređuje noseći val (obično sinusni val željene izlazne frekvencije) i referentni val na znatno višoj frekvenciji (obično trokutasti val na 5-20 kHz). Izlaz IGBT-a oblikuje se u AC signal pogodan za upotrebu ili injektiranje u mrežu primjenom različitih topologija LC filtera.

Zatražite ponudu

Slika 2: Jednofazna pulsna širinska modulacija (PWM)postavljanje invertera. IGBT sklopke, zajedno s LC izlaznim filtrom, oblikuju ulazni istosmjerni signal u upotrebljiv izmjenični signal. To induciraštetno mreškanje napona na PV terminalima. Sabirnicakondenzator je dimenzioniran tako da se smanji ovo valovitost.

Rad IGBT-a uvodi valovitost napona na terminal PV panela. Ova valovitost je štetna za rad PV sustava, budući da nominalni napon primijenjen na terminale treba održavati na točki maksimalne snage (MPP) IV krivulje kako bi se izvukla najveća snaga. Valovitost napona na PV terminalima oscilirat će snagu izvučenu iz sustava, što će rezultirati...

niža prosječna izlazna snaga (slika 3). Na sabirnicu je dodan kondenzator kako bi se izgladilo valovitost napona.

Slika 3: Valovitost napona koju PWM inverterska shema uvodi na PV terminale pomiče primijenjeni napon s točke maksimalne snage (MPP) PV niza. To uvodi valovitost u izlaznoj snazi niza tako da je prosječna izlazna snaga niža od nominalne MPP.

Amplituda (od vrha do vrha) valovitosti napona određena je frekvencijom preklapanja, PV naponom, kapacitetom sabirnice i induktivitetom filtera prema:

gdje:

VPV je istosmjerni napon solarnog panela,

Cbus je kapacitet sabirničkog kondenzatora,

L je induktivitet induktora filtera,

fPWM je frekvencija preklapanja.

Jednadžba (1) primjenjuje se na idealni kondenzator koji sprječava protok naboja kroz kondenzator tijekom punjenja, a zatim prazni energiju koja se nalazi u električnom polju bez otpora. U stvarnosti, nijedan kondenzator nije idealan (slika 4), već se sastoji od više elemenata. Osim idealnog kapaciteta, dielektrik nije savršeno otporan i mala struja curenja teče od anode do katode duž konačnog paralelnog otpora (Rsh), zaobilazeći dielektrični kapacitet (C). Kada struja teče kroz kondenzator, pinovi, folije i dielektrik nisu savršeno vodljivi i postoji ekvivalentni serijski otpor (ESR) u seriji s kapacitetom. Konačno, kondenzator pohranjuje određenu energiju u magnetskom polju, tako da postoji ekvivalentna serijska induktivnost (ESL) u seriji s kapacitetom i ESR-om.

Slika 4: Nadomjesni krug generičkog kondenzatora. Kondenzator jesastavljen od mnogih neidealnih elemenata, uključujući dielektrični kapacitet (C), nebeskonačni paralelni otpor kroz dielektrik koji zaobilazi kondenzator, serijski otpor (ESR) i serijski induktivitet (ESL).

Čak i u komponenti koja se čini jednostavnom poput kondenzatora, postoji više elemenata koji mogu otkazati ili se degradirati. Svaki od ovih elemenata može utjecati na ponašanje pretvarača, i na AC i na DC strani. Kako bi se utvrdio učinak degradacije neidealnih kondenzatorskih komponenti na mreškanje napona uvedeno na PV terminalima, simuliran je PWM unipolarni H-mostni pretvarač (Slika 2) pomoću SPICE-a. Filterski kondenzatori i induktiviteti drže se na 250µF odnosno 20mH. SPICE modeli za IGBT-e izvedeni su iz rada Petrieja i suradnika. PWM signal, koji kontrolira IGBT sklopke, određen je komparatorom i invertirajućim komparatorskim krugom za IGBT sklopke na visokoj i niskoj strani. Ulaz za PWM kontrole su sinusni noseći val od 9,5 V, 60 Hz i trokutasti val od 10 V, 10 kHz.