Falowniki należą do dużej grupy przekształtników statycznych, do której zalicza się wiele współczesnych'urządzenia, które to potrafią„konwertować”parametry elektryczne na wejściu, takie jak napięcie i częstotliwość, tak aby uzyskać sygnał wyjściowy zgodny z wymaganiami obciążenia.

Ogólnie rzecz biorąc, falowniki to urządzenia zdolne do przekształcania prądu stałego na prąd przemienny i są dość powszechne w zastosowaniach automatyki przemysłowej i napędach elektrycznych.Architektura i konstrukcja różnych typów falowników zmienia się w zależności od konkretnego zastosowania, nawet jeśli ich główne przeznaczenie jest takie samo (konwersja prądu stałego na prąd przemienny).

1. Falowniki autonomiczne i podłączone do sieci

Falowniki stosowane w zastosowaniach fotowoltaicznych są historycznie podzielone na dwie główne kategorie:

:Samodzielne falowniki

:Falowniki podłączone do sieci

Falowniki autonomiczne przeznaczone są do zastosowań, w których instalacja fotowoltaiczna nie jest podłączona do głównej sieci dystrybucyjnej energii.Falownik jest w stanie dostarczyć energię elektryczną do podłączonych odbiorników, zapewniając stabilność głównych parametrów elektrycznych (napięcie i częstotliwość).Dzięki temu mieszczą się w określonych granicach i są w stanie wytrzymać tymczasowe przeciążenia.W tej sytuacji falownik współpracuje z akumulatorowym układem magazynowania energii, aby zapewnić stałe dostawy energii.

Z kolei falowniki podłączone do sieci są w stanie synchronizować się z siecią elektryczną, do której są podłączone, ponieważ w tym przypadku napięcie i częstotliwość są„nałożone”przez główną siatkę.Falowniki te muszą mieć możliwość odłączenia w przypadku awarii sieci głównej, aby uniknąć ewentualnego zasilania odwrotnego z sieci głównej, co mogłoby stanowić poważne zagrożenie.

Rysunek 1 – Przykład systemu samodzielnego i systemu podłączonego do sieci.Zdjęcie dzięki uprzejmości Biblusa.

2. Jaka jest rola kondensatora magistrali

Zadaniem falownika jest przekształcenie napięcia prądu stałego na sygnał prądu przemiennego w celu wprowadzenia mocy do obciążenia (np. sieci energetycznej) o zadanej częstotliwości i małym kącie fazowym (φ ≈0).Uproszczony obwód jednofazowej jednobiegunowej modulacji szerokości impulsu (PWM) pokazano na rysunku2 (ten sam ogólny schemat można rozszerzyć na system trójfazowy).Na tym schemacie system fotowoltaiczny, działający jako źródło napięcia prądu stałego z pewną indukcyjnością źródła, jest przekształcany w sygnał prądu przemiennego poprzez cztery przełączniki IGBT równolegle z diodami gaszącymi.Przełączniki te są sterowane na bramce za pomocą sygnału PWM, który zazwyczaj jest wyjściem układu scalonego, który porównuje falę nośną (zwykle falę sinusoidalną o pożądanej częstotliwości wyjściowej) z falą odniesienia o znacznie wyższej częstotliwości (zazwyczaj fala trójkątna przy 5-20 kHz).Sygnał wyjściowy tranzystorów IGBT jest kształtowany na sygnał prądu przemiennego odpowiedni do wykorzystania lub wstrzykiwania do siatki poprzez zastosowanie różnych topologii filtrów LC.

Być cytowanym

Rysunek 2: Modulacja szerokości impulsu (PWM), jednofazowakonfiguracja falownika.Przełączniki IGBT wraz z filtrem wyjściowym LC przekształcają sygnał wejściowy DC w użyteczny sygnał AC.To wywołuje Aszkodliwe tętnienie napięcia na zaciskach fotowoltaicznych.Autobuskondensator jest tak dobrany, aby zredukować to tętnienie.

Działanie tranzystorów IGBT powoduje wprowadzenie napięcia tętniącego na zacisk układu fotowoltaicznego.To tętnienie jest szkodliwe dla działania systemu fotowoltaicznego, ponieważ napięcie nominalne przyłożone do zacisków powinno być utrzymywane w punkcie maksymalnej mocy (MPP) krzywej IV, aby wydobyć jak najwięcej mocy.Tętnienie napięcia na zaciskach fotowoltaicznych będzie powodować oscylacje mocy pobieranej z systemu, co spowoduje:

niższą średnią moc wyjściową (rysunek 3).Do szyny dodawany jest kondensator w celu wygładzenia tętnienia napięcia.

Rysunek 3: Tętnienie napięcia wprowadzone na zaciski fotowoltaiczne przez schemat falownika PWM przesuwa przyłożone napięcie poza punkt maksymalnej mocy (MPP) układu fotowoltaicznego.Wprowadza to tętnienie mocy wyjściowej układu, tak że średnia moc wyjściowa jest niższa niż nominalna wartość MPP

Amplituda (szczyt do szczytu) tętnienia napięcia jest określana przez częstotliwość przełączania, napięcie fotowoltaiczne, pojemność szyny i indukcyjność filtra zgodnie z:

Gdzie:

VPV to napięcie prądu stałego panelu słonecznego,

Cbus to pojemność kondensatora magistrali,

L jest indukcyjnością cewek filtra,

fPWM to częstotliwość przełączania.

Równanie (1) dotyczy idealnego kondensatora, który zapobiega przepływowi ładunku przez kondensator podczas ładowania, a następnie rozładowuje energię znajdującą się w polu elektrycznym bez oporu.W rzeczywistości żaden kondensator nie jest idealny (rysunek 4), ale składa się z wielu elementów.Oprócz idealnej pojemności dielektryk nie jest idealnie oporny i niewielki prąd upływowy przepływa od anody do katody wzdłuż skończonej rezystancji bocznika (Rsh), omijając pojemność dielektryczną (C).Kiedy przez kondensator przepływa prąd, kołki, folie i dielektryk nie przewodzą doskonale, a w szeregu z pojemnością występuje równoważny opór szeregowy (ESR).Wreszcie kondensator faktycznie magazynuje pewną energię w polu magnetycznym, więc istnieje równoważna indukcyjność szeregowa (ESL) połączona szeregowo z pojemnością i ESR.

Rysunek 4: Obwód zastępczy zwykłego kondensatora.Kondensator jestskłada się z wielu nieidealnych elementów, w tym pojemności dielektrycznej (C), nieskończonej rezystancji bocznikowej w dielektryku omijającym kondensator, rezystancji szeregowej (ESR) i indukcyjności szeregowej (ESL).

Nawet w podzespole tak pozornie prostym jak kondensator istnieje wiele elementów, które mogą ulec awarii lub degradacji.Każdy z tych elementów może wpływać na zachowanie falownika, zarówno po stronie AC, jak i DC.Aby określić wpływ degradacji nieidealnych elementów kondensatora na tętnienia napięcia wprowadzane na zaciski fotowoltaiczne, przeprowadzono symulację jednobiegunowego falownika z mostkiem H PWM (rysunek 2) za pomocą SPICE.Kondensatory filtrujące i cewki indukcyjne utrzymywane są odpowiednio na poziomie 250 µF i 20 mH.Modele SPICE dla IGBT wywodzą się z pracy Petrie i in.. Sygnał PWM sterujący przełącznikami IGBT jest wyznaczany przez komparator i obwód komparatora odwracającego odpowiednio dla przełączników IGBT po stronie wysokiego i niskiego poziomu.Wejściem dla elementów sterujących PWM jest sinusoidalna fala nośna 9,5 V, 60 Hz i fala trójkątna 10 V, 10 kHz.

Rozwiązanie CRE

CRE jest przedsiębiorstwem high-tech specjalizującym się w produkcji kondensatorów foliowych, skupiającym się na zastosowaniu elektroniki mocy.

CRE oferuje dojrzałe rozwiązania w zakresie serii kondensatorów foliowych do falowników fotowoltaicznych, które obejmują łącze DC, filtr AC i tłumik.