Invertori pieder pie lielas statisko pārveidotāju grupas, kurā ietilpst daudzi mūsdienu"ierīces, kas spēj“konvertēt"ieejas elektriskie parametri, piemēram, spriegums un frekvence, lai iegūtu izejas signālu, kas ir saderīgs ar slodzes prasībām.

Vispārīgi runājot, invertori ir ierīces, kas spēj pārveidot līdzstrāvu maiņstrāvā, un tās ir diezgan izplatītas rūpnieciskās automatizācijas lietojumprogrammās un elektriskajās piedziņās. Dažādu invertoru veidu arhitektūra un dizains mainās atkarībā no katra konkrētā pielietojuma, pat ja to galvenais mērķis ir viens un tas pats (līdzstrāvas pārveidošana maiņstrāvā).

1. Autonomie un tīklam pieslēgtie invertori

Fotoelektriskajos lietojumos izmantotie invertori vēsturiski tiek iedalīti divās galvenajās kategorijās:

:Atsevišķi invertori

:Tīklam pieslēgti invertori

Autonomie invertori ir paredzēti lietojumiem, kuros fotoelektriskā iekārta nav pieslēgta galvenajam enerģijas sadales tīklam. Invertors spēj piegādāt elektroenerģiju pievienotajām slodzēm, nodrošinot galveno elektrisko parametru (sprieguma un frekvences) stabilitāti. Tas uztur tos iepriekš noteiktās robežās, spējot izturēt īslaicīgas pārslodzes situācijas. Šādā situācijā invertors ir savienots ar akumulatora uzglabāšanas sistēmu, lai nodrošinātu pastāvīgu enerģijas piegādi.

Savukārt tīklam pieslēgtie invertori spēj sinhronizēties ar elektrotīklu, kuram tie ir pieslēgti, jo šajā gadījumā spriegums un frekvence ir“uzspiests"no galvenā tīkla. Šiem invertoriem jāspēj atvienoties galvenā tīkla atteices gadījumā, lai novērstu jebkādu iespējamu galvenā tīkla pretēju padevi, kas varētu radīt nopietnas briesmas.

1. attēls. Atsevišķas sistēmas un tīklam pieslēgtas sistēmas piemērs. Attēla avots: Biblus.

2. Kāda ir kopnes kondensatora loma?

Invertora mērķis ir pārveidot līdzstrāvas viļņu formas spriegumu maiņstrāvas signālā, lai ievadītu jaudu slodzē (piemēram, elektrotīklā) ar noteiktu frekvenci un nelielu fāzes leņķi (φ ≈0). Vienkāršota vienfāzes vienpolāras impulsa platuma modulācijas (PWM) shēma ir parādīta attēlā.2 (to pašu vispārīgo shēmu var attiecināt arī uz trīsfāžu sistēmu). Šajā shēmā PV sistēma, kas darbojas kā līdzstrāvas sprieguma avots ar zināmu avota induktivitāti, tiek pārveidota maiņstrāvas signālā, izmantojot četrus IGBT slēdžus, kas paralēli savienoti ar brīvgaitas diodēm. Šie slēdži tiek vadīti pie vārtiem, izmantojot PWM signālu, kas parasti ir integrālās shēmas izeja, kura salīdzina nesējviļņu (parasti vēlamās izejas frekvences sinusoīdu) un atskaites vilni ievērojami augstākā frekvencē (parasti trīsstūra vilni 5–20 kHz frekvencē). IGBT izeja tiek pārveidota maiņstrāvas signālā, kas piemērots lietošanai vai tīkla ievadīšanai, izmantojot dažādas LC filtru topoloģijas.

Saņemt cenu piedāvājumu

2. attēls: Impulsa platuma modulācija (PWM) vienfāzesinvertora iestatīšana. IGBT slēdži kopā ar LC izejas filtru pārveido līdzstrāvas ieejas signālu izmantojamā maiņstrāvas signālā. Tas inducēkaitīga sprieguma pulsācija pāri PV spailēm. KopneKondensatora izmērs ir tāds, lai samazinātu šo pulsāciju.

IGBT tranzistoru darbība rada pulsējošu spriegumu uz PV masīva spailes. Šī pulsācija ir kaitīga PV sistēmas darbībai, jo nominālais spriegums, kas pielikts spailēm, jāuztur IV līknes maksimālās jaudas punktā (MPP), lai iegūtu vislielāko jaudu. Sprieguma pulsācija uz PV spailēm svārstīs no sistēmas iegūto jaudu, kā rezultātā

zemāka vidējā jauda (3. attēls). Kopnei tiek pievienots kondensators, lai izlīdzinātu sprieguma pulsāciju.

3. attēls: Sprieguma pulsācija, ko PWM invertora shēma rada PV spailēm, novirza pielikto spriegumu no PV masīva maksimālās jaudas punkta (MPP). Tas rada pulsāciju masīva izejas jaudā, lai vidējā izejas jauda būtu zemāka par nominālo MPP.

Sprieguma pulsācijas amplitūdu (no maksimuma līdz maksimumam) nosaka komutācijas frekvence, PV spriegums, kopnes kapacitāte un filtra induktivitāte saskaņā ar:

kur:

VPV ir saules paneļa līdzstrāvas spriegums,

Cbus ir kopnes kondensatora kapacitāte,

L ir filtra induktoru induktivitāte,

fPWM ir pārslēgšanās frekvence.

Vienādojums (1) attiecas uz ideālu kondensatoru, kas uzlādes laikā neļauj lādiņam plūst caur kondensatoru un pēc tam bez pretestības izlādē elektriskajā laukā esošo enerģiju. Patiesībā neviens kondensators nav ideāls (4. attēls), bet gan sastāv no vairākiem elementiem. Papildus ideālajai kapacitātei dielektriķis nav pilnīgi rezistīvs, un neliela noplūdes strāva plūst no anoda uz katodu pa galīgu šunta pretestību (Rsh), apejot dielektrisko kapacitāti (C). Kad strāva plūst caur kondensatoru, tapas, folijas un dielektriķis nav pilnīgi vadoši, un virknē ar kapacitāti ir līdzvērtīga virknes pretestība (ESR). Visbeidzot, kondensators uzkrāj zināmu enerģiju magnētiskajā laukā, tāpēc virknē ar kapacitāti un ESR ir līdzvērtīga virknes induktivitāte (ESL).

4. attēls: Ģenerāla kondensatora ekvivalentā shēma. Kondensators irsastāv no daudziem neideāliem elementiem, tostarp dielektriskās kapacitātes (C), ne bezgalīgas šunta pretestības caur dielektriķi, kas apiet kondensatoru, virknes pretestības (ESR) un virknes induktivitātes (ESL).

Pat šķietami tik vienkāršā komponentā kā kondensators pastāv vairāki elementi, kas var sabojāties vai pasliktināties. Katrs no šiem elementiem var ietekmēt invertora darbību gan maiņstrāvas, gan līdzstrāvas pusē. Lai noteiktu, kā neidendeālu kondensatora komponentu degradācija ietekmē sprieguma pulsāciju, kas tiek ievadīta PV spailēs, izmantojot SPICE, tika simulēts PWM vienpola H-tilta invertors (2. attēls). Filtra kondensatori un induktori tiek turēti attiecīgi pie 250 µF un 20 mH. SPICE modeļi IGBT tranzistoriem ir atvasināti no Petrie et al. darba. PWM signālu, kas kontrolē IGBT slēdžus, nosaka attiecīgi augstas un zemas puses IGBT slēdžu komparatora un invertējošā komparatora ķēde. PWM vadības ieeja ir 9,5 V, 60 Hz sinusa nesēja vilnis un 10 V, 10 kHz trīsstūrveida vilnis.