Invertory patria do veľkej skupiny statických meničov, medzi ktoré dnes patrí mnoho...'zariadenia schopné„konvertovať„elektrické parametre na vstupe, ako je napätie a frekvencia, aby sa dosiahol výstup, ktorý je kompatibilný s požiadavkami záťaže.

Vo všeobecnosti sú meniče zariadenia schopné premieňať jednosmerný prúd na striedavý a sú pomerne bežné v aplikáciách priemyselnej automatizácie a elektrických pohonov. Architektúra a dizajn rôznych typov meničov sa líšia v závislosti od každej konkrétnej aplikácie, aj keď jadro ich hlavného účelu je rovnaké (prevod jednosmerného prúdu na striedavý prúd).

1. Samostatné a sieťové invertory

Meniče používané vo fotovoltaických aplikáciách sa historicky delia do dvoch hlavných kategórií:

:Samostatné meniče

:Striedače pripojené k sieti

Samostatné invertory sú určené pre aplikácie, kde fotovoltaická elektráreň nie je pripojená k hlavnej distribučnej sieti. Invertor je schopný dodávať elektrickú energiu do pripojených záťaží, čím zabezpečuje stabilitu hlavných elektrických parametrov (napätie a frekvencia). To ich udržiava v rámci vopred definovaných limitov a je schopný odolať dočasnému preťaženiu. V tejto situácii je invertor spojený so systémom batériového úložiska, aby sa zabezpečila konzistentná dodávka energie.

Striedače pripojené k sieti sa na druhej strane dokážu synchronizovať s elektrickou sieťou, ku ktorej sú pripojené, pretože v tomto prípade sú napätie a frekvencia...„uvalené„hlavnou sieťou. Tieto meniče musia byť schopné odpojiť sa v prípade výpadku hlavnej siete, aby sa predišlo možnému spätnému napájaniu hlavnej siete, ktoré by mohlo predstavovať vážne nebezpečenstvo.

Obrázok 1 – Príklad samostatného systému a systému pripojeného k sieti. Obrázok s láskavým dovolením Biblus.

2. Aká je úloha zbernicového kondenzátora

Účelom meniča je transformovať jednosmerné napätie na striedavý signál, aby sa do záťaže (napr. elektrickej siete) pri danej frekvencii a s malým fázovým uhlom vniesol výkon (φ ≈0). Zjednodušený obvod pre jednofázovú unipolárnu pulzne šírkovú moduláciu (PWM) je znázornený na obrázku2 (rovnakú všeobecnú schému možno rozšíriť na trojfázový systém). V tejto schéme je fotovoltaický systém, ktorý funguje ako zdroj jednosmerného napätia s určitou zdrojovou indukčnosťou, prevedený na striedavý signál prostredníctvom štyroch IGBT spínačov paralelne zapojených s voľnobežnými diódami. Tieto spínače sú riadené na hradle pomocou PWM signálu, čo je zvyčajne výstup integrovaného obvodu, ktorý porovnáva nosnú vlnu (zvyčajne sínusovú vlnu s požadovanou výstupnou frekvenciou) a referenčnú vlnu s výrazne vyššou frekvenciou (zvyčajne trojuholníkovú vlnu pri 5 – 20 kHz). Výstup IGBT je prevedený na striedavý signál vhodný na použitie alebo injektovanie do siete pomocou aplikácie rôznych topológií LC filtrov.

Získať cenovú ponuku

Obrázok 2: Jednofázová pulzná šírková modulácia (PWM)nastavenie meniča. IGBT spínače spolu s výstupným LC filtrom tvarujú vstupný jednosmerný signál na použiteľný striedavý signál. To indukuješkodlivé zvlnenie napätia na FV svorkách. Zbernicakondenzátor je dimenzovaný tak, aby sa toto zvlnenie znížilo.

Prevádzka IGBT tranzistorov zavádza zvlnenie napätia na svorkách FV panela. Toto zvlnenie je škodlivé pre prevádzku FV systému, pretože menovité napätie privádzané na svorky by sa malo udržiavať v bode maximálneho výkonu (MPP) IV krivky, aby sa získal čo najväčší výkon. Zvlnenie napätia na FV svorkách bude oscilovať výkon odoberaný zo systému, čo bude mať za následok...

nižší priemerný výstupný výkon (obrázok 3). Na zbernicu je pridaný kondenzátor, aby sa vyhladilo zvlnenie napätia.

Obrázok 3: Zvlnenie napätia, ktoré PWM invertorová schéma privádza na FV svorky, posúva aplikované napätie mimo bodu maximálneho výkonu (MPP) FV poľa. To spôsobuje zvlnenie výstupného výkonu poľa, takže priemerný výstupný výkon je nižší ako nominálny MPP.

Amplitúda (vrchol po vrchole) zvlnenia napätia je určená spínacou frekvenciou, napätím FV, kapacitou zbernice a indukčnosťou filtra podľa:

kde:

VPV je jednosmerné napätie solárneho panela,

Cbus je kapacita kondenzátora zbernice,

L je indukčnosť filtračných induktorov,

fPWM je spínacia frekvencia.

Rovnica (1) platí pre ideálny kondenzátor, ktorý zabraňuje toku náboja cez kondenzátor počas nabíjania a potom vybíja energiu nachádzajúcu sa v elektrickom poli bez odporu. V skutočnosti nie je žiadny kondenzátor ideálny (obrázok 4), ale skladá sa z viacerých prvkov. Okrem ideálnej kapacity nie je dielektrikum dokonale odporové a malý zvodový prúd preteká z anódy do katódy pozdĺž konečného bočného odporu (Rsh), ktorý obchádza dielektrickú kapacitu (C). Keď prúd preteká kondenzátorom, piny, fólie a dielektrikum nie sú dokonale vodivé a v sérii s kapacitou je ekvivalentný sériový odpor (ESR). Nakoniec, kondenzátor ukladá určitú energiu v magnetickom poli, takže v sérii s kapacitou a ESR je ekvivalentná sériová indukčnosť (ESL).

Obrázok 4: Ekvivalentný obvod generického kondenzátora. Kondenzátor jezložený z mnohých neideálnych prvkov vrátane dielektrickej kapacity (C), nenekonečného bočného odporu cez dielektrikum, ktorý obchádza kondenzátor, sériového odporu (ESR) a sériovej indukčnosti (ESL).

Dokonca aj v zdanlivo jednoduchej súčiastke, ako je kondenzátor, existuje viacero prvkov, ktoré môžu zlyhať alebo sa opotrebovať. Každý z týchto prvkov môže ovplyvniť správanie meniča, a to na strane striedavého aj jednosmerného prúdu. Aby sa určil vplyv degradácie neideálnych kondenzátorových súčiastok na zvlnenie napätia zavedené na fotovoltaických svorkách, bol pomocou SPICE simulovaný PWM unipolárny H-mostíkový menič (obrázok 2). Filtračné kondenzátory a cievky sú udržiavané na 250 µF a 20 mH. SPICE modely pre IGBT sú odvodené z práce Petrieho a kol. PWM signál, ktorý riadi IGBT spínače, je určený komparátorom a invertujúcim komparátorovým obvodom pre IGBT spínače na vysokej a nízkej strane. Vstupom pre PWM riadenie je sínusová nosná vlna 9,5 V, 60 Hz a trojuholníková vlna 10 V, 10 kHz.

Riešenie CRE

CRE je high-tech podnik špecializujúci sa na výrobu filmových kondenzátorov so zameraním na aplikácie výkonovej elektroniky.

Spoločnosť CRE ponúka vyspelé riešenie série filmových kondenzátorov pre fotovoltaické invertory, ktoré zahŕňa jednosmerný prepojovací článok, striedavý filter a tlmič prúdu.