Invertere tilhører en stor gruppe af statiske omformere, som omfatter mange af i dag's enheder i stand til“konvertere”elektriske parametre i input, såsom spænding og frekvens, for at producere et output, der er kompatibelt med kravene til belastningen.

Generelt er invertere de enheder, der er i stand til at konvertere jævnstrøm til vekselstrøm og er ret almindelige i industrielle automatiseringsapplikationer og elektriske drev.Arkitekturen og designet af forskellige invertertyper ændrer sig alt efter hver specifik applikation, selvom kernen i deres hovedformål er det samme (DC til AC konvertering).

1.Standalone og nettilsluttede invertere

Invertere, der bruges i solcelleapplikationer, er historisk opdelt i to hovedkategorier:

:Standalone invertere

:Nettilsluttede invertere

Standalone invertere er til de applikationer, hvor solcelleanlægget ikke er forbundet til det primære energidistributionsnet.Inverteren er i stand til at levere elektrisk energi til de tilsluttede belastninger, hvilket sikrer stabiliteten af de vigtigste elektriske parametre (spænding og frekvens).Dette holder dem inden for foruddefinerede grænser, i stand til at modstå midlertidige overbelastningssituationer.I denne situation er inverteren koblet til et batterilagringssystem for at sikre en ensartet energiforsyning.

Nettilsluttede invertere er derimod i stand til at synkronisere med det elektriske net, som de er tilsluttet, fordi spænding og frekvens i dette tilfælde er“pålagt”ved hovednettet.Disse invertere skal kunne afbrydes, hvis hovednettet svigter, for at undgå eventuel omvendt forsyning af hovednettet, hvilket kan udgøre en alvorlig fare.

Figur 1 - Eksempel på enkeltstående system og nettilsluttet system.Billede udlånt af Biblus.

2.Hvad er buskondensatorens rolle

Formålet med en inverter er at omdanne en DC-bølgeformspænding til et AC-signal for at tilføre strøm til en belastning (f.eks. elnettet) ved en given frekvens og med en lille fasevinkel (φ ≈0).Et forenklet kredsløb for en enkeltfaset unipolær Pulse-Width Modulation (PWM) er vist i figuren2 (den samme generelle ordning kan udvides til et trefaset system).I dette skema er et PV-system, der fungerer som en jævnspændingskilde med en vis kildeinduktans, formet til et AC-signal gennem fire IGBT-kontakter parallelt med friløbsdioder.Disse kontakter styres ved porten gennem et PWM-signal, som typisk er outputtet fra en IC, der sammenligner en bærebølge (normalt en sinusbølge med den ønskede udgangsfrekvens) og en referencebølge ved en væsentlig højere frekvens (typisk en trekantbølge ved 5-20 kHz).Outputtet fra IGBT'erne er formet til et AC-signal, der er egnet til brug eller gitterinjektion gennem anvendelse af forskellige topologier af LC-filtre.

Få tilbud

Figur 2: Pulsed Width Modulation (PWM) enfasetinverter opsætning.IGBT-switcherne, sammen med LC-udgangsfilteret, former DC-indgangssignalet til et brugbart AC-signal.Dette inducerer enskadelig spændingsbølge over PV-terminalerne.Bussenkondensatoren er dimensioneret for at reducere denne krusning.

Driften af IGBT'erne introducerer en rippelspænding på terminalen af PV-arrayet.Denne krusning er skadelig for driften af PV-systemet, da den nominelle spænding, der påføres klemmerne, skal holdes ved max power point (MPP) af IV-kurven for at udvinde mest effekt.En spændingsrippel på PV-terminalerne vil oscillere den effekt, der udvindes fra systemet, hvilket resulterer i

en lavere gennemsnitlig effekt (Figur 3).En kondensator tilføjes til bussen for at udjævne spændingsrippelen.

Figur 3: En spændingsrippel introduceret på PV-terminalerne af PWM-inverter-skemaet flytter den påførte spænding fra det maksimale effektpunkt (MPP) af PV-arrayet.Dette introducerer en krusning i arrayets udgangseffekt, så den gennemsnitlige udgangseffekt er lavere end den nominelle MPP

Amplituden (peak to peak) af spændingsrippelen bestemmes af omskiftningsfrekvensen, PV-spændingen, buskapacitansen og filterinduktansen i henhold til:

hvor:

VPV er solpanelets jævnspænding,

Cbus er kapacitansen af buskondensatoren,

L er induktansen af filterinduktorerne,

fPWM er omskiftningsfrekvensen.

Ligning (1) gælder for en ideel kondensator, der forhindrer ladning i at strømme gennem kondensatoren under opladning og derefter aflader energien placeret i det elektriske felt uden modstand.I virkeligheden er ingen kondensator ideel (figur 4), men er sammensat af flere elementer.Ud over den ideelle kapacitans er dielektrikumet ikke perfekt resistivt, og en lille lækstrøm flyder fra anoden til katoden langs en endelig shuntmodstand (Rsh), der omgår den dielektriske kapacitans (C).Når strømmen gennem kondensatoren flyder, er stifterne, folierne og dielektrikumet ikke perfekt ledende, og der er en ækvivalent seriemodstand (ESR) i serie med kapacitansen.Endelig lagrer kondensatoren noget energi i magnetfeltet, så der er en ækvivalent serieinduktans (ESL) i serie med kapacitansen og ESR.

Figur 4: Tilsvarende kredsløb for en generisk kondensator.En kondensator ersammensat af mange ikke-ideelle elementer, herunder dielektrisk kapacitans (C), en ikke-uendelig shuntmodstand gennem dielektrikumet, der omgår kondensatoren, seriemodstand (ESR) og serieinduktans (ESL).

Selv i en komponent så tilsyneladende simpel som en kondensator findes der flere elementer, der kan svigte eller nedbrydes.Hvert af disse elementer kan påvirke inverterens opførsel, både på AC- og DC-siden.For at bestemme effekten nedbrydning af ikke-ideelle kondensatorkomponenter har på spændingsrippelen introduceret over PV-terminalerne, blev en PWM unipolær H-bro-inverter (figur 2) simuleret ved hjælp af SPICE.Filterkondensatorerne og induktorerne holdes ved henholdsvis 250µF og 20mH.SPICE-modellerne for IGBT'erne er afledt af Petrie et al. PWM-signalet, som styrer IGBT-switcherne, bestemmes af et komparator- og inverterende komparatorkredsløb for henholdsvis høj- og lavside IGBT-switche.Indgangen til PWM-kontrollerne er en 9,5V, 60Hz sinusbærerbølge og en 10V, 10kHz trekantet bølge.