Invertterit kuuluvat suureen staattisten muuntajien ryhmään, joihin kuuluu monia nykyään's laitteet pystyvät"muuntaa”tulon sähköiset parametrit, kuten jännite ja taajuus, jotta tuotetaan kuorman vaatimusten kanssa yhteensopiva lähtö.

Yleisesti ottaen invertterit ovat laitteita, jotka pystyvät muuttamaan tasavirran vaihtovirraksi ja ovat melko yleisiä teollisuusautomaatioissa ja sähkökäytöissä.Eri invertterityyppien arkkitehtuuri ja rakenne muuttuvat kunkin sovelluksen mukaan, vaikka niiden päätarkoituksen ydin olisi sama (DC-AC-muunnos).

1. Erilliset ja verkkoon kytketyt invertterit

Aurinkosähköissä käytetyt invertterit on historiallisesti jaettu kahteen pääluokkaan:

:Itsenäiset invertterit

:Verkkoon kytketyt invertterit

Itsenäiset invertterit on tarkoitettu sovelluksiin, joissa aurinkovoimalaa ei ole kytketty pääenergian jakeluverkkoon.Invertteri pystyy syöttämään sähköenergiaa kytkettyihin kuormiin varmistaen tärkeimpien sähköisten parametrien (jännite ja taajuus) vakauden.Tämä pitää ne ennalta määritetyissä rajoissa ja kykenee kestämään tilapäisiä ylikuormitustilanteita.Tässä tilanteessa invertteri on kytketty akun varastointijärjestelmään tasaisen energiansyötön varmistamiseksi.

Verkkoon kytketyt invertterit puolestaan pystyvät synkronoitumaan sen sähköverkon kanssa, johon ne on kytketty, koska tässä tapauksessa jännite ja taajuus ovat"määrätty”pääverkon kautta.Näiden invertterien on voitava kytkeytyä irti, jos verkkoon tulee vika, jotta voidaan välttää mahdollinen käänteinen syöttö verkkoon, mikä voi muodostaa vakavan vaaran.

Kuva 1 - Esimerkki itsenäisestä järjestelmästä ja verkkoon kytketystä järjestelmästä.Kuva: Biblus.

2. Mikä on väyläkondensaattorin rooli

Invertterin tarkoitus on muuntaa DC-aaltomuotojännite AC-signaaliksi tehon syöttämiseksi kuormaan (esim. sähköverkkoon) tietyllä taajuudella ja pienellä vaihekulmalla (φ ≈0).Yksinkertaistettu piiri yksivaiheista unipolaarista pulssinleveysmodulaatiota (PWM) varten on esitetty kuvassa2 (sama yleinen kaavio voidaan laajentaa kolmivaiheiseen järjestelmään).Tässä kaaviossa PV-järjestelmä, joka toimii tasajännitelähteenä jollakin lähdeinduktanssilla, muotoillaan AC-signaaliksi neljän IGBT-kytkimen kautta rinnakkain vapaasti pyörivien diodien kanssa.Näitä kytkimiä ohjataan portilla PWM-signaalin kautta, joka on tyypillisesti IC:n lähtö, joka vertaa kantoaaltoa (yleensä halutun lähtötaajuuden siniaaltoa) ja vertailuaaltoa huomattavasti korkeammalla taajuudella (tyypillisesti kolmioaalto). 5-20 kHz).IGBT:iden lähtö on muotoiltu AC-signaaliksi, joka soveltuu käytettäväksi tai verkkoinjektioon käyttämällä erilaisia LC-suotimien topologioita.

Pyydä tarjous

Kuva 2: Pulsed Width Modulation (PWM) yksivaiheineninvertterin asetukset.IGBT-kytkimet yhdessä LC-lähtösuodattimen kanssa muokkaavat DC-tulosignaalin käyttökelpoiseksi AC-signaaliksi.Tämä saa aikaan ahaitallinen jännitteen aaltoilu PV-liittimissä.Bussikondensaattori on mitoitettu vähentämään tätä aaltoilua.

IGBT:iden toiminta aiheuttaa aaltoilujännitteen PV-ryhmän napaan.Tämä aaltoilu on haitallista aurinkosähköjärjestelmän toiminnalle, koska liittimiin syötetty nimellisjännite tulisi pitää IV-käyrän maksimitehopisteessä (MPP), jotta saadaan suurin teho.Jännitteen aaltoilu PV-liittimissä värähtelee järjestelmästä otettua tehoa, mikä johtaa

pienempi keskimääräinen teho (kuva 3).Väylään on lisätty kondensaattori jännitteen aaltoilun tasoittamiseksi.

Kuva 3: PWM-invertterimallin PV-liittimiin tuoma jännitteen aaltoilu siirtää syötetyn jännitteen pois PV-ryhmän maksimitehopisteestä (MPP).Tämä aiheuttaa aaltoilua ryhmän ulostulotehoon niin, että keskimääräinen lähtöteho on pienempi kuin nimellinen MPP

Jännitteen aaltoilun amplitudi (huipusta huippuun) määräytyy kytkentätaajuuden, PV-jännitteen, väyläkapasitanssin ja suodattimen induktanssin mukaan seuraavasti:

missä:

VPV on aurinkopaneelin tasajännite,

Cbus on väyläkondensaattorin kapasitanssi,

L on suodattimen induktorien induktanssi,

fPWM on kytkentätaajuus.

Yhtälö (1) koskee ihanteellista kondensaattoria, joka estää varauksen virtaamisen kondensaattorin läpi latauksen aikana ja purkaa sitten sähkökentässä olevan energian ilman vastusta.Todellisuudessa mikään kondensaattori ei ole ihanteellinen (kuva 4), vaan se koostuu useista elementeistä.Ihanteellisen kapasitanssin lisäksi eriste ei ole täysin resistiivinen ja pieni vuotovirta kulkee anodista katodille äärellistä shunttiresistanssia (Rsh) pitkin ohittaen dielektrisen kapasitanssin (C).Kun virta kulkee kondensaattorin läpi, nastat, kalvot ja eriste eivät johda täydellisesti ja kapasitanssin kanssa on sarjassa vastaava sarjavastus (ESR).Lopuksi kondensaattori varastoi jonkin verran energiaa magneettikenttään, joten kapasitanssin ja ESR:n kanssa on sarjassa vastaava sarjainduktanssi (ESL).

Kuva 4: Yleiskondensaattorin vastaava piiri.Kondensaattori onkoostuu monista ei-ihanteellisista elementeistä, mukaan lukien dielektrinen kapasitanssi (C), ei-ääretön shunttiresistanssi eristeen läpi, joka ohittaa kondensaattorin, sarjaresistanssi (ESR) ja sarjainduktanssi (ESL).

Jopa niinkin näennäisesti yksinkertaisessa komponentissa kuin kondensaattori, on useita elementtejä, jotka voivat epäonnistua tai huonontua.Jokainen näistä elementeistä voi vaikuttaa invertterin toimintaan sekä AC- että DC-puolella.Jotta voidaan määrittää ei-ideaalisten kondensaattorikomponenttien heikkenemisen vaikutus PV-liittimiin johdettuihin jännitteen aaltoiluihin, PWM-uninapainen H-siltainvertteri (kuva 2) simuloitiin käyttämällä SPICE:tä.Suodatinkondensaattorit ja induktorit pidetään 250 µF:ssa ja 20 mH:ssa.IGBT-kytkimien SPICE-mallit on johdettu Petrien et al. työstä. PWM-signaali, joka ohjaa IGBT-kytkimiä, määräytyy komparaattorilla ja invertoivalla vertailupiirillä korkean ja matalan puolen IGBT-kytkimille, vastaavasti.PWM-säätimien tulona on 9,5 V, 60 Hz sinikantoaalto ja 10 V, 10 kHz kolmioaalto.