Инверторите принадлежат към голяма група статични преобразуватели, които включват много от съвременните's устройства, способни да“преобразувам”електрически параметри на входа, като напрежение и честота, така че да се произведе изход, който е съвместим с изискванията на товара.

Най-общо казано, инверторите са устройства, способни да преобразуват постоянен ток в променлив ток и са доста често срещани в приложенията за индустриална автоматизация и електрическите задвижвания.Архитектурата и дизайнът на различните типове инвертори се променят според всяко конкретно приложение, дори ако основната им цел е една и съща (преобразуване на DC към AC).

1. Самостоятелни и свързани към мрежата инвертори

Инверторите, използвани във фотоволтаичните приложения, исторически се разделят на две основни категории:

:Самостоятелни инвертори

:Мрежови инвертори

Самостоятелните инвертори са за приложения, при които фотоволтаичната централа не е свързана към главната енергийна разпределителна мрежа.Инверторът е в състояние да доставя електрическа енергия на свързаните товари, като гарантира стабилността на основните електрически параметри (напрежение и честота).Това ги поддържа в предварително зададени граници, способни да издържат на ситуации на временно претоварване.В тази ситуация инверторът е свързан със система за съхранение на батерии, за да се осигури постоянно захранване с енергия.

Свързаните към мрежата инвертори, от друга страна, могат да се синхронизират с електрическата мрежа, към която са свързани, тъй като в този случай напрежението и честотата са“наложено”от основната мрежа.Тези инвертори трябва да могат да се изключват, ако основната мрежа се повреди, за да се избегне евентуално обратно захранване на основната мрежа, което може да представлява сериозна опасност.

Фигура 1 - Пример за самостоятелна система и свързана към мрежата система.Изображението е предоставено с любезното съдействие на Biblus.

2. Каква е ролята на автобусния кондензатор

Предназначението на инвертора е да преобразува постояннотоково вълново напрежение в променливотоков сигнал, за да инжектира мощност в товар (напр. електрическата мрежа) при дадена честота и с малък фазов ъгъл (φ ≈0).Опростена схема за еднофазна униполярна модулация с ширина на импулса (PWM) е показана на фигура2 (същата обща схема може да бъде разширена до трифазна система).В тази схема фотоволтаична система, действаща като източник на постоянно напрежение с известна индуктивност на източника, се оформя в променливотоков сигнал чрез четири IGBT превключвателя в паралел със свободни диоди.Тези превключватели се управляват на вратата чрез PWM сигнал, който обикновено е изход на IC, който сравнява носеща вълна (обикновено синусоида с желаната изходна честота) и референтна вълна със значително по-висока честота (обикновено триъгълна вълна при 5-20kHz).Изходът на IGBT се оформя в AC сигнал, подходящ за използване или инжектиране в мрежа чрез прилагането на различни топологии на LC филтри.

Получете оферта

Фигура 2: Широчинно-импулсна модулация (PWM) еднофазнанастройка на инвертора.IGBT превключвателите, заедно с LC изходния филтър, оформят DC входния сигнал в използваем AC сигнал.Това предизвиква aвредни пулсации на напрежението през PV клемите.Автобусъткондензаторът е оразмерен, за да намали тази пулсация.

Работата на IGBT въвежда пулсации на напрежението върху клемата на фотоволтаичната матрица.Тази пулсация е вредна за работата на фотоволтаичната система, тъй като номиналното напрежение, приложено към клемите, трябва да се поддържа в точката на максимална мощност (MPP) на IV кривата, за да се извлече най-много мощност.Пулсация на напрежението на фотоволтаичните клеми ще осцилира мощността, извлечена от системата, което води до

по-ниска средна изходна мощност (Фигура 3).Към шината се добавя кондензатор, за да се изгладят пулсациите на напрежението.

Фигура 3: Пулсация на напрежението, въведена върху PV клемите от PWM инверторната схема, измества приложеното напрежение от точката на максимална мощност (MPP) на PV масива.Това въвежда пулсации в изходната мощност на масива, така че средната изходна мощност е по-ниска от номиналната MPP

Амплитудата (от пик до пик) на пулсациите на напрежението се определя от честотата на превключване, PV напрежението, капацитета на шината и индуктивността на филтъра според:

където:

VPV е постоянно напрежение на слънчевия панел,

Cbus е капацитетът на кондензатора на шината,

L е индуктивността на индукторите на филтъра,

fPWM е честотата на превключване.

Уравнение (1) се прилага за идеален кондензатор, който предотвратява преминаването на заряд през кондензатора по време на зареждане и след това разрежда енергията, намираща се в електрическото поле без съпротивление.В действителност нито един кондензатор не е идеален (Фигура 4), а е съставен от множество елементи.В допълнение към идеалния капацитет, диелектрикът не е идеално резистивен и малък ток на утечка протича от анода към катода по крайно шунтово съпротивление (Rsh), заобикаляйки диелектричния капацитет (C).Когато през кондензатора тече ток, щифтовете, фолиото и диелектрикът не са идеално проводящи и има еквивалентно серийно съпротивление (ESR) последователно с капацитета.И накрая, кондензаторът съхранява известна енергия в магнитното поле, така че има еквивалентна последователна индуктивност (ESL) последователно с капацитета и ESR.

Фигура 4: Еквивалентна схема на общ кондензатор.Кондензатор есъставен от много неидеални елементи, включително диелектричен капацитет (C), небезкрайно шунтово съпротивление през диелектрика, което заобикаля кондензатора, серийно съпротивление (ESR) и серийна индуктивност (ESL).

Дори в компонент, който изглежда толкова прост като кондензатор, съществуват множество елементи, които могат да се повредят или да се повредят.Всеки от тези елементи може да повлияе на поведението на инвертора, както от страна на AC, така и на DC.За да се определи влошаването на ефекта на неидеалните кондензаторни компоненти върху пулсациите на напрежението, въведени през фотоволтаичните клеми, с помощта на SPICE беше симулиран PWM еднополярен H-мостов инвертор (Фигура 2).Филтърните кондензатори и индуктори се поддържат съответно при 250µF и 20mH.SPICE моделите за IGBT са извлечени от работата на Petrie et al. PWM сигналът, който управлява IGBT превключвателите, се определя от компаратор и инвертираща компараторна верига съответно за IGBT превключвателите с висока и ниска страна.Входът за контролите на ШИМ е 9,5 V, 60 Hz синусоидална носеща вълна и 10 V, 10 kHz триъгълна вълна.