Inverteri pripadaju velikoj grupi statičkih pretvarača, u koju spadaju mnogi današnji'uređaji koji mogu"pretvoriti"električne parametre na ulazu, kao što su napon i frekvencija, kako bi se dobio izlaz koji je kompatibilan sa zahtjevima opterećenja.

Generalno govoreći, inverteri su uređaji sposobni za pretvaranje jednosmjerne struje u naizmjeničnu i prilično su uobičajeni u industrijskoj automatizaciji i električnim pogonima. Arhitektura i dizajn različitih tipova invertera mijenjaju se u zavisnosti od svake specifične primjene, čak i ako je suština njihove glavne namjene ista (konverzija jednosmjerne u naizmjeničnu struju).

1. Samostalni i mrežno povezani inverteri

Inverteri koji se koriste u fotonaponskim sistemima historijski su podijeljeni u dvije glavne kategorije:

:Samostalni inverteri

:Inverteri priključeni na mrežu

Samostalni inverteri su namijenjeni za primjene gdje fotonaponska elektrana nije povezana na glavnu mrežu za distribuciju energije. Inverter je u stanju da isporučuje električnu energiju priključenim opterećenjima, osiguravajući stabilnost glavnih električnih parametara (napona i frekvencije). To ih održava unutar unaprijed definiranih granica, sposobnih da izdrže privremena preopterećenja. U ovoj situaciji, inverter je povezan sa sistemom za skladištenje energije u baterijama kako bi se osiguralo konzistentno snabdijevanje energijom.

S druge strane, inverteri povezani na mrežu mogu se sinhronizovati s električnom mrežom na koju su povezani jer su u ovom slučaju napon i frekvencija"nametnut"od strane glavne mreže. Ovi inverteri moraju biti u stanju da se isključe ako glavna mreža zakaže kako bi se izbjeglo bilo kakvo moguće obrnuto napajanje glavne mreže, što bi moglo predstavljati ozbiljnu opasnost.

Slika 1 - Primjer samostalnog sistema i sistema povezanog na mrežu. Slika ljubaznošću Biblusa.

2. Koja je uloga kondenzatora sabirnice

Svrha invertora je transformirati istosmjerni napon u izmjenični signal kako bi se ubrizgala energija u opterećenje (npr. električnu mrežu) na određenoj frekvenciji i s malim faznim kutom (φ ≈0). Pojednostavljeno kolo za jednofaznu unipolarnu pulsno-širinsku modulaciju (PWM) prikazano je na slici2 (ista opšta shema se može proširiti na trofazni sistem). U ovoj shemi, PV sistem, koji djeluje kao izvor istosmjernog napona sa određenom induktivnošću izvora, oblikuje se u AC signal putem četiri IGBT prekidača paralelno postavljena sa diodama sa slobodnim hodom. Ovi prekidači se kontrolišu na gejtu putem PWM signala, koji je obično izlaz integrisanog kola koje poredi noseći talas (obično sinusni talas željene izlazne frekvencije) i referentni talas na znatno višoj frekvenciji (obično trouglasti talas na 5-20kHz). Izlaz IGBT-a se oblikuje u AC signal pogodan za upotrebu ili injektiranje u mrežu primjenom različitih topologija LC filtera.

Zatražite ponudu

Slika 2: Jednofazna pulsna širinska modulacija (PWM)podešavanje invertera. IGBT prekidači, zajedno s LC izlaznim filterom, oblikuju ulazni DC signal u upotrebljiv AC signal. Ovo indukuještetno mreškanje napona na PV terminalima. SabirnicaKondenzator je dimenzioniran tako da smanji ovo valovitost.

Rad IGBT-a uvodi talasanje napona na terminal PV panela. Ovo talasanje je štetno za rad PV sistema, budući da nominalni napon primijenjen na terminale treba održavati na tački maksimalne snage (MPP) IV krive kako bi se izvukla najveća snaga. Talasanje napona na PV terminalima će oscilirati snagu izvučenu iz sistema, što će rezultirati...

niža prosječna izlazna snaga (Slika 3). Kondenzator je dodan na sabirnicu kako bi se ublažilo mreškanje napona.

Slika 3: Mreškanje napona koje PWM inverterska shema uvodi na PV terminale pomiče primijenjeni napon izvan tačke maksimalne snage (MPP) PV panela. Ovo uvodi mreškanje u izlaznoj snazi panela tako da je prosječna izlazna snaga niža od nominalne MPP.

Amplituda (od vrha do vrha) naponskog talasanja određena je frekvencijom preključivanja, PV naponom, kapacitetom sabirnice i induktivnošću filtera prema:

gdje:

VPV je istosmjerni napon solarnog panela,

Cbus je kapacitet kondenzatora sabirnice,

L je induktivnost filterskih induktora,

fPWM je frekvencija prebacivanja.

Jednačina (1) se primjenjuje na idealni kondenzator koji sprječava protok naboja kroz kondenzator tokom punjenja, a zatim prazni energiju koja se nalazi u električnom polju bez otpora. U stvarnosti, nijedan kondenzator nije idealan (Slika 4), već je sastavljen od više elemenata. Pored 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 provodljivi i postoji ekvivalentni serijski otpor (ESR) u seriji sa kapacitetom. Konačno, kondenzator pohranjuje određenu energiju u magnetnom polju, tako da postoji ekvivalentna serijska induktivnost (ESL) u seriji sa kapacitetom i ESR-om.

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

Čak i u komponenti koja se čini jednostavnom kao kondenzator, postoji više elemenata koji mogu otkazati ili se degradirati. Svaki od ovih elemenata može utjecati na ponašanje invertora, 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-most invertor (Slika 2) korištenjem SPICE-a. Filterski kondenzatori i induktiviteti drže se na 250µF i 20mH, respektivno. SPICE modeli za IGBT-e izvedeni su iz rada Petrieja i suradnika. PWM signal, koji kontrolira IGBT prekidače, određen je komparatorom i invertirajućim komparatorskim kolom za IGBT prekidače na visokoj i niskoj strani, respektivno. Ulaz za PWM kontrole su sinusni noseći val od 9,5 V, 60 Hz i trokutasti val od 10 V, 10 kHz.