Inverter gehéieren zu enger grousser Grupp vu statesche Konverter, zu där vill vun haut gehéieren.'s Apparater déi fäeg sinn„konvertéieren"elektresch Parameteren am Input, wéi Spannung a Frequenz, fir en Output ze produzéieren, deen mat den Ufuerderunge vun der Laascht kompatibel ass.

Am Allgemengen sinn Inverter Apparater, déi fäeg sinn, Gläichstroum an Wiesselstroum ëmzewandelen, a si sinn zimlech heefeg an industriellen Automatiséierungsapplikatiounen an elektresche Undriff. D'Architektur an den Design vun de verschiddenen Invertertypen änneren sech jee no spezifescher Applikatioun, och wann den Haaptzweck dee selwechten ass (DC-zu-AC-Ëmwandlung).

1. Standalone an Netzverbonne Wechselrichter

Inverteren, déi a photovoltaesche Uwendungen agesat ginn, sinn historesch an zwou Haaptkategorien opgedeelt:

:Standalone-Inverter

:Netzverbonne Wechselrichter

Standalone-Inverter si fir Uwendungen geduecht, wou d'PV-Anlag net un den Haaptstroumverdeelungsnetz ugeschloss ass. De Inverter kann elektresch Energie un déi ugeschlosse Lasten liwweren, wouduerch d'Stabilitéit vun den Haaptelektresche Parameteren (Spannung a Frequenz) garantéiert gëtt. Dëst hält se bannent virdefinéierte Grenzen a kann temporäre Iwwerlaaschtungssituatiounen standhalen. An dëser Situatioun ass de Inverter mat engem Batteriespäichersystem verbonnen, fir eng konsequent Energieversuergung ze garantéieren.

Netzverbindte Wechselrichter kënnen dogéint mam Stroumnetz synchroniséieren, mat deem se verbonne sinn, well an dësem Fall Spannung a Frequenz ...„opgezwongen"vum Haaptnetz. Dës Inverter mussen am Fall vun engem Ausfall vum Haaptnetz ausschalte kënnen, fir eng méiglech Réckversuergung vum Haaptnetz ze vermeiden, déi eng eescht Gefor kéint duerstellen.

Figur 1 - Beispill vun engem Standalone-System an engem u Stroumnetz ugeschlossene System. Bild mat frëndlecher Erlaabnes vu Biblus.

2. Wat ass d'Roll vum Buskondensator?

Den Zweck vun engem Inverter ass et, eng Gläichstroumspannung an en Wiesselstroumsignal ëmzewandelen, fir Stroum an eng Last (z.B. d'Stroumnetz) mat enger bestëmmter Frequenz an engem klenge Phasenwénkel ze injizéieren (φ ≈0). E vereinfachte Schaltkrees fir eng eenphasig unipolar Pulsbreetmodulatioun (PWM) gëtt an der Figur gewisen.2 (Dat selwecht allgemengt Schema kann op en Dräi-Phasen-System erweidert ginn). An dësem Schema gëtt e PV-System, dat als Gläichstroumspannungsquell mat enger gewësser Quelleninduktivitéit funktionéiert, duerch véier IGBT-Schalter parallel mat Fräilaufdioden an en AC-Signal geformt. Dës Schalter ginn um Gate duerch e PWM-Signal gesteiert, wat typescherweis den Output vun engem IC ass, deen eng Trägerwelle (normalerweis eng Sinuswelle vun der gewënschter Ausgangsfrequenz) an eng Referenzwelle mat enger däitlech méi héijer Frequenz (typescherweis eng Dräieckwelle bei 5-20 kHz) vergläicht. Den Output vun den IGBTs gëtt duerch d'Applikatioun vu verschiddenen Topologien vun LC-Filteren an en AC-Signal geformt, dat fir d'Benotzung oder d'Gitterinjektioun gëeegent ass.

Offert kréien

Figur 2: Pulséiert Breetmodulatioun (PWM) EenphasigInverter-Opstellung. D'IGBT-Schalter, zesumme mam LC-Ausgangsfilter, formen den DC-Input-Signal an e brauchbaart AC-Signal. Dëst induzéiert eschiedlech Spannungswell iwwer d'PV-Terminaler. De BusDe Kondensator ass dimensionéiert fir dës Rippel ze reduzéieren.

De Betrib vun den IGBTs féiert eng Ripplespannung op den Terminal vum PV-Array an. Dës Ripple ass schiedlech fir de Betrib vum PV-System, well d'Nennspannung, déi op d'Terminaler ugewannt gëtt, um maximalen Leeschtungspunkt (MPP) vun der IV-Kurve gehale soll ginn, fir déi meescht Leeschtung ze extrahéieren. Eng Spannungsripple op de PV-Terminaler oszilléiert d'Leeschtung, déi aus dem System extrahéiert gëtt, wat zu ... féiert.

eng méi niddreg duerchschnëttlech Leeschtung (Figur 3). E Kondensator gëtt um Bus bäigefüügt fir d'Spannungsripple auszegläichen.

Figur 3: Eng Spannungswelle, déi vum PWM-Inverterschema op d'PV-Terminaler agefouert gëtt, verschiebt déi ugewandte Spannung vum maximalen Leeschtungspunkt (MPP) vum PV-Array. Dëst féiert zu enger Welle an der Leeschtungsausgabe vum Array, sou datt déi duerchschnëttlech Ausgangsleistung méi niddreg ass wéi déi nominell MPP.

D'Amplitude (vu Peak zu Peak) vun der Spannungsripple gëtt duerch d'Schaltfrequenz, d'PV-Spannung, d'Buskapazitanz an d'Filterinduktivitéit bestëmmt no:

wou:

VPV ass d'Gläichspannung vum Solarpanel,

Cbus ass d'Kapazitéit vum Buskondensator,

L ass d'Induktivitéit vun den Filterspolen,

fPWM ass d'Schaltfrequenz.

Gleichung (1) gëllt fir en ideale Kondensator, deen d'Ladung beim Oplueden verhënnert, duerch de Kondensator ze fléissen, an dann d'Energie am elektresche Feld ouni Widderstand entleet. An der Realitéit ass kee Kondensator ideal (Figur 4), mä besteet aus verschiddenen Elementer. Zousätzlech zu der idealer Kapazitéit ass den Dielektrikum net perfekt ohmsch an e klenge Leckstroum fléisst vun der Anode op d'Kathode laanscht e finite Shuntwidderstand (Rsh), wouduerch d'dielektresch Kapazitéit (C) ëmgeet. Wann de Stroum duerch de Kondensator fléisst, sinn d'Pins, d'Folien an den Dielektrikum net perfekt leedend an et gëtt en äquivalente Seriewidderstand (ESR) a Serie mat der Kapazitéit. Schlussendlech späichert de Kondensator Energie am Magnéitfeld, sou datt et eng äquivalent Serieinduktivitéit (ESL) a Serie mat der Kapazitéit an ESR gëtt.

Figur 4: Äquivalent Schaltung vun engem generesche Kondensator. E Kondensator assaus ville net-idealen Elementer zesummegesat, dorënner dielektresch Kapazitéit (C), e net-onendleche Shuntwidderstand duerch d'Dielektrikum, dat de Kondensator ëmgeet, Seriewidderstand (ESR) a Serieninduktivitéit (ESL).

Och an enger scheinbar einfacher Komponent wéi e Kondensator gëtt et verschidde Elementer, déi ausfalen oder degradéiere kënnen. Jiddwer vun dësen Elementer kann d'Verhale vum Inverter beaflossen, souwuel op der AC- wéi och op der DC-Säit. Fir den Effekt ze bestëmmen, deen d'Degradatioun vun net-ideale Kondensatorkomponenten op d'Spannungswelle huet, déi iwwer d'PV-Terminaler agefouert gëtt, gouf e PWM unipolare H-Bréck-Inverter (Figur 2) mat SPICE simuléiert. D'Filterkondensatoren an d'Induktoren ginn op 250µF respektiv 20mH gehalen. D'SPICE-Modeller fir d'IGBTs stamen aus der Aarbecht vum Petrie et al. De PWM-Signal, deen d'IGBT-Schalter steiert, gëtt vun engem Komparator- an engem invertéierende Komparatorschaltkrees fir déi héich respektiv déi niddreg Säit vun den IGBT-Schalter bestëmmt. Den Input fir d'PWM-Steierungen ass eng 9,5V, 60Hz Sinusträgerwelle an eng 10V, 10kHz Dräieckwelle.