Invertere tilhører en stor gruppe af statiske omformere, som omfatter mange af nutidens'enheder i stand til"konvertere"elektriske parametre i input, såsom spænding og frekvens, for at producere et output, der er kompatibelt med belastningens krav.

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

1. Selvstændige og nettilsluttede invertere

Invertere, der anvendes i solcelleanlæg, er historisk set opdelt i to hovedkategorier:

:Standalone invertere

:Nettilsluttede invertere

Standalone invertere er til anvendelser, hvor PV-anlægget ikke er tilsluttet det primære energidistributionsnet. Inverteren er i stand til at levere elektrisk energi til de tilsluttede belastninger og sikre stabiliteten af de vigtigste elektriske parametre (spænding og frekvens). Dette holder dem inden for foruddefinerede grænser og er 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 elnet, de er tilsluttet, fordi spænding og frekvens i dette tilfælde er"pålagt"af hovednettet. Disse invertere skal kunne afbryde strømmen, hvis hovednettet svigter, for at undgå enhver mulig tilbageført forsyning til hovednettet, hvilket kan udgøre en alvorlig fare.

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

2. Hvad er buskondensatorens rolle

Formålet med en inverter er at transformere en DC-bølgeformspænding til et AC-signal for at injicere strøm i en belastning (f.eks. elnettet) ved en given frekvens og med en lille fasevinkel (φ ≈0). Et forenklet kredsløb til enfaset unipolar pulsbreddemodulation (PWM) er vist i figur2 (Det samme generelle skema kan udvides til et trefasesystem). I dette skema formes et PV-system, der fungerer som en DC-spændingskilde med en vis kildeinduktans, til et AC-signal gennem fire IGBT-switche parallelt med friløbsdioder. Disse switche styres ved gaten via 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 betydeligt højere frekvens (typisk en trekantbølge ved 5-20 kHz). Outputtet fra IGBT'erne formes til et AC-signal, der er egnet til brug eller netinjektion, gennem anvendelse af forskellige topologier af LC-filtre.

Få et tilbud

Figur 2: Pulseret breddemodulation (PWM) enfasetinverteropsætning. IGBT-switchene, sammen med LC-udgangsfilteret, omdanner DC-indgangssignalet til et brugbart AC-signal. Dette inducerer enskadelig spændingsripple over PV-terminalerne. BussenKondensatoren er dimensioneret for at reducere denne ripple.

Driften af IGBT'erne introducerer en ripplespænding på terminalen på PV-panelet. Denne ripple er skadelig for PV-systemets drift, da den nominelle spænding, der påføres terminalerne, skal holdes ved det maksimale effektpunkt (MPP) på IV-kurven for at udvinde mest mulig effekt. En spændingsripple på PV-terminalerne vil oscillere den effekt, der udvindes fra systemet, hvilket resulterer i

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

Figur 3: En spændingsripple, der introduceres på PV-terminalerne af PWM-inverterskemaet, forskyder den påførte spænding væk fra PV-panelets maksimale effektpunkt (MPP). Dette introducerer en ripple i panelets effekt, så den gennemsnitlige udgangseffekt er lavere end den nominelle MPP.

Amplituden (peak-to-peak) af spændingsrippelen bestemmes af switchfrekvensen, PV-spændingen, bus-kapacitansen og filterinduktansen i henhold til:

hvor:

VPV er solpanelets jævnspænding,

Cbus er buskondensatorens kapacitans,

L er induktansen af filterinduktorerne,

fPWM er switchfrekvensen.

Ligning (1) gælder for en ideel kondensator, der forhindrer ladning i at flyde gennem kondensatoren under opladning og derefter aflader energien i det elektriske felt uden modstand. I virkeligheden er ingen kondensator ideel (figur 4), men består af flere elementer. Ud over den ideelle kapacitans er dielektrikumet ikke perfekt ohmsk, og en lille lækstrøm flyder fra anoden til katoden langs en endelig shuntmodstand (Rsh) og omgår den dielektriske kapacitans (C). Når strøm flyder gennem kondensatoren, er benene, 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: Ækvivalent kredsløb for en generisk kondensator. En kondensator ersammensat af mange ikke-ideelle elementer, herunder dielektrisk kapacitans (C), en ikke-uendelig shuntmodstand gennem dielektrikummet, der omgår kondensatoren, seriemodstand (ESR) og serieinduktans (ESL).

Selv i en tilsyneladende så simpel komponent som en kondensator, findes der flere elementer, der kan svigte eller forringes. Hvert af disse elementer kan påvirke inverterens opførsel, både på AC- og DC-siden. For at bestemme den effekt, som forringelsen af ikke-ideelle kondensatorkomponenter har på den spændingsripple, der introduceres over PV-terminalerne, blev en PWM unipolar H-bro-inverter (Figur 2) simuleret ved hjælp af SPICE. Filterkondensatorerne og induktorerne holdes på henholdsvis 250 µF og 20 mH. SPICE-modellerne for IGBT'erne er afledt af Petrie et al.s arbejde. PWM-signalet, som styrer IGBT-switchene, bestemmes af et komparator- og inverterende komparatorkredsløb for henholdsvis high- og low-side IGBT-switchene. Inputtet til PWM-styringerne er en 9,5 V, 60 Hz sinusbærerbølge og en 10 V, 10 kHz trekantbølge.