Invertere tilhører en stor gruppe statiske omformere, som inkluderer mange av i dag's enheter i stand til"konvertere”elektriske parametere i inngangen, som spenning og frekvens, for å produsere en utgang som er kompatibel med kravene til belastningen.

Generelt sett er omformere enhetene som er i stand til å konvertere likestrøm til vekselstrøm og er ganske vanlige i industrielle automasjonsapplikasjoner og elektriske stasjoner.Arkitekturen og utformingen av forskjellige omformertyper endres i henhold til hver spesifikke applikasjon, selv om kjernen i hovedformålet deres er den samme (DC til AC-konvertering).

1.Frittstående og netttilkoblede omformere

Invertere brukt i solcelleapplikasjoner er historisk delt inn i to hovedkategorier:

:Frittstående omformere

:Netttilkoblede omformere

Frittstående vekselrettere er for applikasjoner der PV-anlegget ikke er koblet til hovednettet for energidistribusjon.Omformeren er i stand til å levere elektrisk energi til de tilkoblede lastene, og sikrer stabiliteten til de viktigste elektriske parameterne (spenning og frekvens).Dette holder dem innenfor forhåndsdefinerte grenser, i stand til å motstå midlertidige overbelastningssituasjoner.I denne situasjonen er omformeren koblet til et batterilagringssystem for å sikre en jevn energiforsyning.

Netttilkoblede vekselrettere er derimot i stand til å synkronisere med det elektriske nettet de er koblet til fordi i dette tilfellet er spenning og frekvens"pålagt”ved hovednettet.Disse omformerne må kunne kobles ut dersom hovednettet svikter for å unngå eventuell omvendt tilførsel av hovednettet, noe som kan representere en alvorlig fare.

Figur 1 - Eksempel på frittstående system og netttilkoblet system.Bilde med tillatelse fra Biblus.

2.Hva er rollen til busskondensatoren

Hensikten med en inverter er å transformere en DC-bølgeformspenning til et AC-signal for å injisere strøm inn i en last (f.eks. strømnettet) ved en gitt frekvens og med en liten fasevinkel (φ ≈0).En forenklet krets for en enfaset unipolar Pulse-Width Modulation (PWM) er vist i figuren2 (det samme generelle opplegget kan utvides til et trefasesystem).I dette skjemaet er et PV-system, som fungerer som en likespenningskilde med en viss kildeinduktans, formet til et AC-signal gjennom fire IGBT-brytere parallelt med frihjulsdioder.Disse bryterne styres ved porten gjennom et PWM-signal, som typisk er utgangen fra en IC som sammenligner en bærebølge (vanligvis en sinusbølge med ønsket utgangsfrekvens) og en referansebølge med en betydelig høyere frekvens (typisk en trekantbølge). ved 5-20 kHz).Utgangen fra IGBT-ene er formet til et AC-signal som er egnet for bruk eller nettinjeksjon gjennom bruk av ulike topologier av LC-filtre.

Få tilbud

Figur 2: Pulsed Width Modulation (PWM) enfasetinverter oppsett.IGBT-svitsjene, sammen med LC-utgangsfilteret, former DC-inngangssignalet til et brukbart AC-signal.Dette induserer enskadelig spenningsrippel over PV-terminalene.Bussenkondensatoren er dimensjonert for å redusere denne krusningen.

Driften av IGBT-ene introduserer en krusningsspenning på terminalen til PV-gruppen.Denne krusningen er skadelig for driften av PV-systemet, siden den nominelle spenningen som påføres terminalene bør holdes ved maks effektpunktet (MPP) til IV-kurven for å trekke ut mest mulig effekt.En spenningsrippel på PV-terminalene vil oscillere strømmen som trekkes ut fra systemet, noe som resulterer i

en lavere gjennomsnittlig effekt (Figur 3).En kondensator legges til bussen for å jevne ut spenningsrippelen.

Figur 3: En spenningsrippel introdusert på PV-klemmene av PWM-omformerskjemaet skifter den påførte spenningen fra maks strømpunktet (MPP) til PV-gruppen.Dette introduserer en krusning i utgangseffekten til arrayet slik at den gjennomsnittlige utgangseffekten er lavere enn den nominelle MPP

Amplituden (topp til topp) av spenningsrippelen bestemmes av svitsjefrekvensen, PV-spenningen, busskapasitansen og filterinduktansen i henhold til:

hvor:

VPV er solcellepanelets likespenning,

Cbus er kapasitansen til busskondensatoren,

L er induktansen til filterinduktorene,

fPWM er byttefrekvensen.

Ligning (1) gjelder for en ideell kondensator som hindrer ladning i å strømme gjennom kondensatoren under lading og deretter utlader energien som befinner seg i det elektriske feltet uten motstand.I virkeligheten er ingen kondensator ideell (Figur 4), men består av flere elementer.I tillegg til den ideelle kapasitansen, er dielektrikumet ikke perfekt resistivt og en liten lekkasjestrøm flyter fra anoden til katoden langs en begrenset shuntmotstand (Rsh), og omgår den dielektriske kapasitansen (C).Når strømmen gjennom kondensatoren flyter, er ikke pinnene, foliene og dielektrikumet perfekt ledende, og det er en ekvivalent seriemotstand (ESR) i serie med kapasitansen.Til slutt lagrer kondensatoren litt energi i magnetfeltet, så det er en ekvivalent serieinduktans (ESL) i serie med kapasitansen og ESR.

Figur 4: Ekvivalent krets for en generisk kondensator.En kondensator ersammensatt av mange ikke-ideelle elementer, inkludert dielektrisk kapasitans (C), en ikke-uendelig shuntmotstand gjennom dielektrikumet som omgår kondensatoren, seriemotstand (ESR) og serieinduktans (ESL).

Selv i en komponent som tilsynelatende er så enkel som en kondensator, finnes det flere elementer som kan svikte eller degraderes.Hvert av disse elementene kan påvirke oppførselen til omformeren, både på AC- og DC-siden.For å bestemme effekten degradering av ikke-ideelle kondensatorkomponenter har på spenningsrippelen introdusert over PV-terminalene, ble en PWM unipolar H-bro-inverter (Figur 2) simulert ved bruk av SPICE.Filterkondensatorene og induktorene holdes på henholdsvis 250µF og 20mH.SPICE-modellene for IGBT-ene er avledet fra arbeidet til Petrie et al. PWM-signalet, som styrer IGBT-svitsjene, bestemmes av en komparator- og inverterende komparatorkrets for henholdsvis høy- og lavside IGBT-svitsjer.Inngangen for PWM-kontrollene er en 9,5V, 60Hz sinusbærebølge og en 10V, 10kHz trekantet bølge.