ממירים שייכים לקבוצה גדולה של ממירים סטטיים, הכוללת רבים מהממירים הקיימים כיום.'מכשירים המסוגלים"לְהַמִיר"פרמטרים חשמליים בקלט, כגון מתח ותדר, על מנת לייצר פלט התואם לדרישות העומס.

באופן כללי, ממירים הם התקנים המסוגלים להמיר זרם ישר לזרם חילופין והם די נפוצים ביישומי אוטומציה תעשייתית ובכוננים חשמליים. הארכיטקטורה והעיצוב של סוגי ממירים שונים משתנים בהתאם לכל יישום ספציפי, גם אם ליבת המטרה העיקרית שלהם זהה (המרה מ-DC לזרם חילופין).

1. ממירים עצמאיים ומחוברים לרשת החשמל

ממירים המשמשים ביישומים פוטו-וולטאיים מחולקים באופן היסטורי לשתי קטגוריות עיקריות:

:ממירים עצמאיים

:ממירים המחוברים לרשת החשמל

ממירים עצמאיים מיועדים ליישומים בהם תחנת הפוטו-וולטאית אינה מחוברת לרשת חלוקת האנרגיה הראשית. הממיר מסוגל לספק אנרגיה חשמלית לעומסים המחוברים, תוך הבטחת יציבות הפרמטרים החשמליים העיקריים (מתח ותדר). זה שומר עליהם במסגרת גבולות מוגדרים מראש, ומסוגלים לעמוד במצבי עומס יתר זמניים. במצב זה, הממיר מחובר למערכת אחסון סוללות על מנת להבטיח אספקת אנרגיה עקבית.

ממירים המחוברים לרשת החשמל, לעומת זאת, מסוגלים להסתנכרן עם רשת החשמל שאליה הם מחוברים, מכיוון שבמקרה זה, המתח והתדר הם..."מוּטָל"על ידי הרשת הראשית. ממירים אלה חייבים להיות מסוגלים להתנתק במקרה של כשל ברשת הראשית על מנת למנוע כל אספקה הפוכה אפשרית של הרשת הראשית, אשר עלולה להוות סכנה חמורה.

איור 1 - דוגמה למערכת עצמאית ומערכת המחוברת לרשת החשמל. תמונה באדיבות Biblus.

2. מה תפקידו של קבל האפיק

מטרתו של ממיר היא להמיר מתח צורת גל DC לאות AC על מנת להזרים חשמל לעומס (למשל, רשת החשמל) בתדר נתון ובזווית פאזה קטנה (φ ≈מעגל פשוט עבור אפנון רוחב פולס (PWM) חד-פאזי מוצג באיור2 (ניתן להרחיב את אותה סכמה כללית למערכת תלת פאזית). בסכימה זו, מערכת פוטו-וולטאית, הפועלת כמקור מתח ישר (DC) עם השראות מסוימת, מעוצבת לאות AC באמצעות ארבעה מתגי IGBT במקביל לדיודות סיבוביות. מתגים אלה נשלטים בשער באמצעות אות PWM, שהוא בדרך כלל הפלט של מעגל משולב (IC) המשווה גל נושא (בדרך כלל גל סינוס בתדר המוצא הרצוי) לבין גל ייחוס בתדר גבוה משמעותית (בדרך כלל גל משולש ב-5-20kHz). הפלט של ה-IGBTs מעוצב לאות AC המתאים לשימוש או להזרקת רשת באמצעות יישום טופולוגיות שונות של מסנני LC.

קבל הצעת מחיר

איור 2: אפנון רוחב פעימה (PWM) חד פאזיהגדרת ממיר. מתגי ה-IGBT, יחד עם מסנן פלט LC, מעצבים את אות הקלט DC לאות AC שמיש. זה גורם לאדוות מתח מזיקה על פני הדקי ה-PV. האפיקהקבל מגודלו כך שיפחית את האדווה הזו.

פעולת ה-IGBTs יוצרת מתח גלי על הדקי מערך ה-PV. גלי זה מזיקה לפעולת מערכת ה-PV, מכיוון שהמתח הנומינלי המופעל על הדקי הדקיקים צריך להישמר בנקודת ההספק המקסימלית (MPP) של עקומת IV על מנת להפיק את מירב ההספק. גלי מתח על הדקי ה-PV יגרום לתנודה של ההספק המופק מהמערכת, וכתוצאה מכך...

תפוקת הספק ממוצעת נמוכה יותר (איור 3). קבל נוסף לאפיק כדי להחליק את אדוות המתח.

איור 3: אדוות מתח המוכנסות להדקים של ה-PV על ידי סכמת ממיר PWM מסיטה את המתח המופעל מנקודת ההספק המקסימלית (MPP) של מערך ה-PV. פעולה זו יוצרת אדוות בהספק המוצא של המערך כך שהספק המוצא הממוצע נמוך מה-MPP הנומינלי.

האמפליטודה (משיא לשיא) של אדוות המתח נקבעת על ידי תדר המיתוג, מתח ה-PV, קיבול ה-bus והשראות המסנן בהתאם ל:

אֵיפֹה:

VPV הוא מתח DC של פאנל סולארי,

Cbus הוא הקיבול של קבל האפיק,

L הוא ההשראות של סלילי המסנן,

fPWM הוא תדר המיתוג.

משוואה (1) חלה על קבל אידיאלי המונע זרימה של מטען דרך הקבל במהלך טעינה ולאחר מכן פורק את האנרגיה הנמצאת בשדה החשמלי ללא התנגדות. במציאות, אף קבל אינו אידיאלי (איור 4) אלא מורכב ממספר אלמנטים. בנוסף לקיבול האידיאלי, הדיאלקטרי אינו התנגדותי לחלוטין וזרם דליפה קטן זורם מהאנודה לקתודה לאורך התנגדות שאנט סופית (Rsh), ועוקף את הקיבול הדיאלקטרי (C). כאשר זרם זורם דרך הקבל, הפינים, השכבות והדיאלקטרי אינם מוליכים בצורה מושלמת ויש התנגדות טורית שוות ערך (ESR) בטור עם הקיבול. לבסוף, הקבל אכן אוגר אנרגיה מסוימת בשדה המגנטי, כך שיש השראות טורית שוות ערך (ESL) בטור עם הקיבול וה-ESR.

איור 4: מעגל שווה ערך של קבל גנרי. קבל הואמורכב מאלמנטים רבים שאינם אידיאליים, כולל קיבול דיאלקטרי (C), התנגדות שאנט לא אינסופית דרך הדיאלקטרי שעוקפת את הקבל, התנגדות טורית (ESR) והשראות טורית (ESL).

אפילו ברכיב שנראה פשוט כמו קבל, קיימים מספר אלמנטים שיכולים להיכשל או להתקלקל. כל אחד מהאלמנטים הללו יכול להשפיע על התנהגות הממיר, הן בצד זרם החילופין והן בצד הזרם הישיר. על מנת לקבוע את ההשפעה של התדרדרות רכיבי קבלים שאינם אידיאליים על אדוות המתח המוכנסת דרך הדקי ה-PV, בוצע סימולציה של ממיר PWM חד-קוטבי בעל גשר H (איור 2) באמצעות SPICE. קבלי המסנן והמשרנים מוחזקים על 250µF ו-20mH, בהתאמה. מודלי SPICE עבור ה-IGBTs נגזרים מעבודתם של פטרי ואחרים. אות ה-PWM, השולט במתגי ה-IGBT, נקבע על ידי מעגל משווים ומעגל משווים הפוך עבור מתגי ה-IGBT בצד הגבוה והנמוך, בהתאמה. הקלט עבור בקרות ה-PWM הוא גל נשא סינוס של 9.5V, 60Hz וגל משולש של 10V, 10kHz.