Az inverter célja, hogy egyenáramú feszültséget váltakozó áramú jellé alakítson, hogy adott frekvencián és kis fázisszöggel energiát juttasson a terhelésbe (pl. az elektromos hálózatba).φ ≈0). Az egyfázisú, unipoláris impulzusszélesség-moduláció (PWM) egyszerűsített áramköre a ábrán látható.2 (ugyanez az általános séma kiterjeszthető egy háromfázisú rendszerre is). Ezen a kapcsolási rajzon egy fotovoltaikus rendszert, amely egyenfeszültségforrásként működik némi forrásinduktivitással, négy szabadonfutó diódákkal párhuzamosan kapcsolt IGBT kapcsolón keresztül váltakozó áramú jellé alakítanak. Ezeket a kapcsolókat a kapunál egy PWM jel vezérli, amely jellemzően egy olyan integrált áramkör kimenete, amely összehasonlít egy vivőhullámot (általában a kívánt kimeneti frekvenciájú szinuszhullámot) és egy lényegesen magasabb frekvenciájú referenciahullámot (jellemzően egy 5-20 kHz-es háromszöghullámot). Az IGBT-k kimenetét különböző topológiájú LC-szűrők alkalmazásával váltakozó áramú jellé alakítják, amely alkalmas felhasználásra vagy hálózatba injektálásra.
Az inverterek a statikus átalakítók nagy csoportjába tartoznak, amelybe ma már sok'eszközök képesek„megtérít„a bemenet elektromos paramétereit, például a feszültséget és a frekvenciát, hogy a kimenet kompatibilis legyen a terhelés követelményeivel.
Általánosságban elmondható, hogy az inverterek olyan eszközök, amelyek képesek az egyenáramot váltakozó árammá alakítani, és meglehetősen gyakoriak az ipari automatizálási alkalmazásokban és az elektromos hajtásokban. A különböző inverter típusok architektúrája és kialakítása az adott alkalmazástól függően változik, még akkor is, ha fő céljuk ugyanaz (DC-AC átalakítás).
1. Önálló és hálózatra csatlakoztatott inverterek
A fotovoltaikus alkalmazásokban használt invertereket történelmileg két fő kategóriába sorolják:
:Önálló inverterek
:Hálózatra csatlakoztatott inverterek
Az önálló inverterek olyan alkalmazásokhoz készültek, ahol a napelemes erőmű nincs csatlakoztatva a fő energiaelosztó hálózathoz. Az inverter képes elektromos energiával ellátni a csatlakoztatott terheléseket, biztosítva a fő elektromos paraméterek (feszültség és frekvencia) stabilitását. Ezáltal azok az előre meghatározott határértékeken belül maradnak, és képesek ellenállni az átmeneti túlterhelési helyzeteknek. Ebben az esetben az inverter egy akkumulátoros tárolórendszerrel van összekapcsolva a folyamatos energiaellátás biztosítása érdekében.
A hálózatra csatlakoztatott inverterek ezzel szemben képesek szinkronizálni azzal az elektromos hálózattal, amelyhez csatlakoznak, mivel ebben az esetben a feszültség és a frekvencia...„kiszabott„a főhálózat által. Ezeknek az invertereknek képesnek kell lenniük lekapcsolni a főhálózat meghibásodása esetén, hogy elkerüljék a főhálózat esetleges fordított betáplálását, ami komoly veszélyt jelenthet.
- 1. ábra – Példa önálló rendszerre és hálózatra kapcsolt rendszerre. Kép forrása: Biblus.
2. Mi a buszkondenzátor szerepe?
2. ábra: Impulzusszélesség-moduláció (PWM) egyfázisúinverter beállítás. Az IGBT kapcsolók az LC kimeneti szűrővel együtt a DC bemeneti jelet használható AC jellé alakítják. Ez egykáros feszültségingadozás a PV csatlakozókon. A buszA kondenzátort úgy méretezik, hogy csökkentse ezt a ingadozást.
Az IGBT-k működése lüktető feszültséget hoz létre a napelemes rendszer kivezetésein. Ez a lüktetés káros a napelemes rendszer működésére, mivel a kivezetésekre kapcsolt névleges feszültséget az IV-görbe maximális teljesítménypontján (MPP) kell tartani a maximális teljesítmény kinyerése érdekében. A napelemes kivezetéseken fellépő feszültséglüktetés oszcillálja a rendszerből kinyert teljesítményt, ami a következőt eredményezi:
alacsonyabb átlagos teljesítménykimenet (3. ábra). Egy kondenzátort helyeznek a buszra a feszültségingadozás kisimítása érdekében.
3. ábra: A PWM inverter sémája által a PV csatlakozókra bevezetett feszültséghullámzás eltolja az alkalmazott feszültséget a PV tömb maximális teljesítménypontjától (MPP). Ez hullámzást okoz a tömb kimeneti teljesítményében, így az átlagos kimeneti teljesítmény alacsonyabb lesz, mint a névleges MPP.
A feszültséglüktetés amplitúdóját (csúcstól csúcsig) a kapcsolási frekvencia, a PV feszültség, a buszkapacitás és a szűrő induktivitása határozza meg a következőképpen:
ahol:
A VPV a napelem egyenfeszültsége,
A Cbus a buszkondenzátor kapacitása,
L a szűrő induktorainak induktivitása,
Az fPWM a kapcsolási frekvencia.
Az (1) egyenlet egy ideális kondenzátorra vonatkozik, amely töltés közben megakadályozza a töltés átfolyását a kondenzátoron, majd ellenállás nélkül kisüti az elektromos térben található energiát. A valóságban egyetlen kondenzátor sem ideális (4. ábra), hanem több elemből áll. Az ideális kapacitáson kívül a dielektrikum sem tökéletesen ellenálló, és egy kis szivárgási áram folyik az anódtól a katódig egy véges söntellenállás (Rsh) mentén, megkerülve a dielektromos kapacitást (C). Amikor áram folyik át a kondenzátoron, a csatlakozótüskék, a fóliák és a dielektrikum nem tökéletesen vezetők, és egy ekvivalens soros ellenállás (ESR) van sorosan a kapacitással. Végül a kondenzátor tárol némi energiát a mágneses térben, így egy ekvivalens soros induktivitás (ESL) van sorosan a kapacitással és az ESR-rel.
4. ábra: Egy általános kondenzátor egyenértékű áramköre. A kondenzátorszámos nem ideális elemből áll, beleértve a dielektromos kapacitást (C), a dielektromon keresztüli, a kondenzátort megkerülő, nem végtelen söntellenállást, a soros ellenállást (ESR) és a soros induktivitást (ESL).
Még egy látszólag egyszerű alkatrészben is, mint egy kondenzátor, számos olyan elem létezik, amely meghibásodhat vagy lebomolhat. Ezen elemek mindegyike befolyásolhatja az inverter viselkedését, mind az AC, mind az DC oldalon. Annak érdekében, hogy meghatározzuk a nem ideális kondenzátorkomponensek lebomlásának a PV kapcsokon keresztül bevezetett feszültségingadozásra gyakorolt hatását, egy PWM unipoláris H-híd invertert (2. ábra) szimuláltak SPICE segítségével. A szűrőkondenzátorokat és az induktorokat 250 µF-on, illetve 20 mH-on tartották. Az IGBT-k SPICE modelljei Petrie és munkatársai munkájából származnak. A PWM jelet, amely az IGBT kapcsolókat vezérli, a magas és alacsony oldali IGBT kapcsolók komparátor és invertáló komparátor áramköre határozza meg. A PWM vezérlők bemenete egy 9,5 V, 60 Hz-es szinuszvivő hullám és egy 10 V, 10 kHz-es háromszöghullám.
- CRE megoldás
A CRE egy high-tech vállalat, amely filmkondenzátorok gyártására specializálódott, különös tekintettel az erősáramú elektronikai alkalmazásokra.
A CRE a PV inverterekhez készült filmkondenzátor-sorozatok kiforrott megoldását kínálja, amely DC-kört, AC-szűrőt és csillapítót is tartalmaz.
Közzététel ideje: 2023. dec. 1.