Omformere tilhører en stor gruppe statiske omformere, som inkluderer mange av dagens'enheter som er i stand til«konvertere«elektriske parametere i inngangen, som spenning og frekvens, for å produsere en utgang som er kompatibel med lastens krav.

Generelt sett er omformere enheter som er i stand til å konvertere likestrøm til vekselstrøm, og de er ganske vanlige i industrielle automatiseringsapplikasjoner og elektriske drivenheter. Arkitekturen og designet til forskjellige omformertyper endres i henhold til hver spesifikke applikasjon, selv om kjernen i hovedformålet deres er den samme (konvertering fra likestrøm til vekselstrøm).

1. Frittstående og netttilkoblede omformere

Omformere som brukes i solcelleapplikasjoner er historisk sett delt inn i to hovedkategorier:

:Frittstående omformere

:Netttilkoblede omformere

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

Netttilkoblede omformere kan derimot synkronisere med strømnettet de er koblet til fordi spenning og frekvens i dette tilfellet er«pålagt«av sentralnettet. Disse omformerne må kunne kobles fra hvis sentralnettet svikter for å unngå eventuell reversert forsyning av sentralnettet, noe som kan utgjøre en alvorlig fare.

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

2. Hva er busskondensatorens rolle

Hensikten med en inverter er å transformere en likestrømsspenning til et vekselstrømssignal for å injisere strøm til en last (f.eks. strømnettet) med en gitt frekvens og en liten fasevinkel (φ ≈0). En forenklet krets for enfaset unipolar pulsbreddemodulasjon (PWM) er vist i figur2 (Det samme generelle skjemaet kan utvides til et trefasesystem). I dette skjemaet formes et PV-system, som fungerer som en likespenningskilde med en viss kildeinduktans, til et vekselstrømssignal gjennom fire IGBT-brytere parallelt med friløpsdioder. Disse bryterne styres ved gaten gjennom et PWM-signal, som vanligvis er utgangen fra en IC som sammenligner en bærebølge (vanligvis en sinusbølge med ønsket utgangsfrekvens) og en referansebølge med en betydelig høyere frekvens (vanligvis en trekantbølge ved 5–20 kHz). Utgangen fra IGBT-ene formes til et vekselstrømssignal som er egnet for bruk eller nettinjeksjon gjennom anvendelse av ulike topologier av LC-filtre.

Få et tilbud

Figur 2: Pulsbreddemodulasjon (PWM) enfaseinverteroppsett. IGBT-bryterne, sammen med LC-utgangsfilteret, omformer DC-inngangssignalet til et brukbart AC-signal. Dette induserer enskadelig spenningsrippel over PV-terminalene. BussenKondensatoren er dimensjonert for å redusere denne rippelen.

Driften av IGBT-ene introduserer en rippelspenning på terminalen til PV-panelet. Denne rippelspenningen er skadelig for driften av PV-systemet, siden den nominelle spenningen som påføres terminalene bør holdes ved det maksimale effektpunktet (MPP) på IV-kurven for å utvinne mest mulig effekt. En spenningsrippel på PV-terminalene vil oscillere effekten som utvinnes fra systemet, noe som resulterer i

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

Figur 3: En spenningsrippel som introduseres på PV-terminalene av PWM-inverterskjemaet, forskyver den påførte spenningen fra PV-panelets maksimale effektpunkt (MPP). Dette introduserer en rippel i panelets utgangseffekt, slik at den gjennomsnittlige utgangseffekten er lavere enn den nominelle MPP-en.

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

hvor:

VPV er likespenningen til solpanelet,

Cbus er kapasitansen til busskondensatoren,

L er induktansen til filterinduktorene,

fPWM er svitsjefrekvensen.

Ligning (1) gjelder for en ideell kondensator som hindrer ladning i å flyte gjennom kondensatoren under lading og deretter utlader energien som finnes 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 ikke dielektrikumet perfekt resistivt, og en liten lekkasjestrøm flyter fra anoden til katoden langs en endelig shuntmotstand (Rsh), og omgår den dielektriske kapasitansen (C). Når strøm flyter gjennom kondensatoren, leder ikke pinnene, foliene og dielektrikumet perfekt, og det er en ekvivalent seriemotstand (ESR) i serie med kapasitansen. Til slutt lagrer kondensatoren noe 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 tilsynelatende enkel komponent som en kondensator, finnes det flere elementer som kan svikte eller degraderes. Hvert av disse elementene kan påvirke omformerens oppførsel, både på AC- og DC-siden. For å bestemme hvilken effekt degradering av ikke-ideelle kondensatorkomponenter har på spenningsrippelen som introduseres over PV-terminalene, ble en PWM unipolar H-bro-omformer (figur 2) simulert ved hjelp av SPICE. Filterkondensatorene og induktorene holdes på henholdsvis 250 µF og 20 mH. SPICE-modellene for IGBT-ene er avledet fra arbeidet til Petrie et al. PWM-signalet, som styrer IGBT-bryterne, bestemmes av en komparator- og inverterende komparatorkrets for henholdsvis høy- og lavsides IGBT-brytere. Inngangen for PWM-kontrollene er en 9,5 V, 60 Hz sinusbærerbølge og en 10 V, 10 kHz trekantbølge.