El propòsit d'un inversor és transformar una tensió de forma d'ona de CC en un senyal de CA per injectar energia a una càrrega (per exemple, la xarxa elèctrica) a una freqüència determinada i amb un angle de fase petit (φ ≈0).A la figura es mostra un circuit simplificat per a una modulació d'amplada de pols (PWM) unipolar monofàsica2 (el mateix esquema general es pot estendre a un sistema trifàsic).En aquest esquema, un sistema fotovoltaic, que actua com a font de tensió de CC amb una certa inductància de font, es configura en un senyal de CA a través de quatre interruptors IGBT en paral·lel amb díodes de roda lliure.Aquests interruptors es controlen a la porta mitjançant un senyal PWM, que normalment és la sortida d'un IC que compara una ona portadora (generalment una ona sinusoïdal de la freqüència de sortida desitjada) i una ona de referència a una freqüència significativament més alta (normalment una ona triangular). a 5-20 kHz).La sortida dels IGBT es configura en un senyal de CA adequat per al seu ús o injecció de graella mitjançant l'aplicació de diverses topologies de filtres LC.
Els inversors pertanyen a un gran grup de convertidors estàtics, que inclouen molts dels actuals's dispositius capaços de“convertir”paràmetres elèctrics d'entrada, com ara la tensió i la freqüència, per tal de produir una sortida compatible amb els requisits de la càrrega.
En termes generals, els inversors són els dispositius capaços de convertir el corrent continu en corrent altern i són força habituals en aplicacions d'automatització industrial i accionaments elèctrics.L'arquitectura i el disseny dels diferents tipus d'inversor canvia segons cada aplicació específica, encara que el nucli de la seva finalitat principal sigui el mateix (conversió de CC a CA).
1.Inversors autònoms i connectats a la xarxa
Els inversors utilitzats en aplicacions fotovoltaiques es divideixen històricament en dues categories principals:
:Inversors autònoms
:Inversors connectats a la xarxa
Els inversors autònoms són per a les aplicacions on la planta fotovoltaica no està connectada a la xarxa principal de distribució d'energia.L'inversor és capaç de subministrar energia elèctrica a les càrregues connectades, assegurant l'estabilitat dels principals paràmetres elèctrics (tensió i freqüència).Això els manté dins dels límits predefinits, capaços de suportar situacions de sobrecàrrega temporals.En aquesta situació, l'inversor s'acobla a un sistema d'emmagatzematge de bateries per tal de garantir un subministrament d'energia constant.
Els inversors connectats a la xarxa, en canvi, són capaços de sincronitzar-se amb la xarxa elèctrica a la qual estan connectats perquè, en aquest cas, la tensió i la freqüència són“imposada”per la graella principal.Aquests inversors s'han de poder desconnectar si falla la xarxa principal per evitar qualsevol possible subministrament invers de la xarxa principal, que podria representar un greu perill.
- Figura 1 - Exemple de sistema autònom i sistema connectat a la xarxa.Imatge cortesia de Biblus.
2.Quin és el paper del condensador de bus
Figura 2: Modulació d'amplada polsada (PWM) monofàsicaconfiguració de l'inversor.Els interruptors IGBT, juntament amb el filtre de sortida LC, donen forma al senyal d'entrada de CC en un senyal de CA utilitzable.Això indueix aondulació de tensió perjudicial als terminals fotovoltaics.L'autobúsel condensador està dimensionat per reduir aquesta ondulació.
El funcionament dels IGBT introdueix una tensió ondulada al terminal de la matriu fotovoltaica.Aquesta ondulació és perjudicial per al funcionament del sistema fotovoltaic, ja que la tensió nominal aplicada als terminals s'ha de mantenir al punt de potència màxima (MPP) de la corba IV per extreure la màxima potència.Una ondulació de tensió als terminals fotovoltaics farà oscil·lar la potència extreta del sistema, donant lloc a
una potència mitjana de sortida inferior (figura 3).S'afegeix un condensador al bus per suavitzar la ondulació de tensió.
Figura 3: Una ondulació de tensió introduïda als terminals fotovoltaics per l'esquema d'inversor PWM desplaça la tensió aplicada del punt de potència màxima (MPP) de la matriu fotovoltaica.Això introdueix una ondulació en la potència de sortida de la matriu de manera que la potència de sortida mitjana és inferior al MPP nominal
L'amplitud (pic a pic) de la ondulació de tensió ve determinada per la freqüència de commutació, la tensió fotovoltaica, la capacitat del bus i la inductància del filtre segons:
on:
VPV és la tensió de CC del panell solar,
Cbus és la capacitat del condensador del bus,
L és la inductància dels inductors del filtre,
fPWM és la freqüència de commutació.
L'equació (1) s'aplica a un condensador ideal que impedeix que la càrrega flueixi a través del condensador durant la càrrega i després descarrega l'energia situada al camp elèctric sense resistència.En realitat, cap condensador és ideal (figura 4), sinó que està format per múltiples elements.A més de la capacitat ideal, el dielèctric no és perfectament resistiu i un petit corrent de fuga flueix de l'ànode al càtode al llarg d'una resistència de derivació finita (Rsh), evitant la capacitat dielèctrica (C).Quan flueix el corrent pel condensador, els pins, les làmines i el dielèctric no condueixen perfectament i hi ha una resistència en sèrie equivalent (ESR) en sèrie amb la capacitat.Finalment, el condensador emmagatzema una mica d'energia al camp magnètic, de manera que hi ha una inductància sèrie equivalent (ESL) en sèrie amb la capacitat i l'ESR.
Figura 4: Circuit equivalent d'un condensador genèric.Un condensador éscompost de molts elements no ideals, inclosa la capacitat dielèctrica (C), una resistència de derivació no infinita a través del dielèctric que evita el condensador, la resistència en sèrie (ESR) i la inductància en sèrie (ESL).
Fins i tot en un component tan aparentment simple com un condensador, existeixen múltiples elements que poden fallar o degradar-se.Cadascun d'aquests elements pot afectar el comportament de l'inversor, tant en el costat AC com en DC.Per tal de determinar l'efecte que té la degradació dels components del condensador no ideals sobre la ondulació de tensió introduïda als terminals fotovoltaics, es va simular un inversor de pont H unipolar PWM (figura 2) mitjançant SPICE.Els condensadors i inductors del filtre es mantenen a 250 µF i 20 mH, respectivament.Els models SPICE per als IGBT es deriven del treball de Petrie et al. El senyal PWM, que controla els interruptors IGBT, està determinat per un comparador i un circuit comparador inversor per als interruptors IGBT de costat alt i baix, respectivament.L'entrada per als controls PWM és una ona portadora sinusoïdal de 9,5 V i 60 Hz i una ona triangular de 10 V i 10 kHz.
- Solució CRE
CRE és una empresa d'alta tecnologia especialitzada en la producció de condensadors de pel·lícula, centrada en l'aplicació de l'electrònica de potència.
CRE ofereix la solució madura de sèries de condensadors de pel·lícula per a inversors fotovoltaics que inclouen DC-link, filtre AC i snubber.
Hora de publicació: 01-12-2023