ממירים שייכים לקבוצה גדולה של ממירים סטטיים, הכוללים רבים מהיום'המכשירים מסוגלים"להמיר”פרמטרים חשמליים בקלט, כגון מתח ותדירות, כדי לייצר פלט התואם לדרישות העומס.

באופן כללי, ממירים הם המכשירים המסוגלים להמיר זרם ישר לזרם חילופין והם נפוצים למדי ביישומי אוטומציה תעשייתית ובכוננים חשמליים.הארכיטקטורה והעיצוב של סוגי אינוורטרים שונים משתנה בהתאם לכל אפליקציה ספציפית, גם אם ליבת המטרה העיקרית שלהם זהה (המרה DC ל-AC).

1. ממירים עצמאיים ומקושרים לרשת

מהפכים המשמשים ביישומים פוטו-וולטאיים מחולקים היסטורית לשתי קטגוריות עיקריות:

:ממירים עצמאיים

:ממירים המחוברים לרשת

ממירים עצמאיים מיועדים ליישומים שבהם מפעל ה-PV אינו מחובר לרשת חלוקת האנרגיה הראשית.המהפך מסוגל לספק אנרגיה חשמלית לעומסים המחוברים, ומבטיח את היציבות של הפרמטרים החשמליים העיקריים (מתח ותדר).זה שומר אותם בגבולות מוגדרים מראש, מסוגלים לעמוד במצבי עומס זמני.במצב זה, המהפך מחובר למערכת אחסון סוללות על מנת להבטיח אספקת אנרגיה עקבית.

מהפכים המחוברים לרשת, לעומת זאת, מסוגלים להסתנכרן עם רשת החשמל שאליה הם מחוברים מכיוון שבמקרה זה, מתח ותדר הם"מוטל”על ידי הרשת הראשית.ממירים אלו חייבים להיות מסוגלים להתנתק אם הרשת הראשית נכשלת על מנת למנוע כל אספקה הפוכה אפשרית של הרשת הראשית, שעלולה להוות סכנה חמורה.

איור 1 - דוגמה למערכת עצמאית ומערכת המחוברת לרשת.התמונה באדיבות ביבלוס.

2. מה תפקידו של קבל האוטובוס

מטרתו של מהפך היא להפוך מתח צורת גל DC לאות AC על מנת להזרים כוח לעומס (למשל רשת החשמל) בתדר נתון ובזווית פאזה קטנה (φ ≈0).מעגל פשוט עבור אפנון רוחב דופק חד-פאזי חד-פאזי (PWM) מוצג באיור2 (ניתן להרחיב את אותה סכימה כללית למערכת תלת פאזית).בסכימה זו, מערכת PV, הפועלת כמקור מתח DC עם השראות מקור מסוימת, מעוצבת לאות AC באמצעות ארבעה מתגי IGBT במקביל לדיודות מגלגלות חופשיות.מתגים אלה נשלטים בשער באמצעות אות PWM, שהוא בדרך כלל פלט של IC המשווה בין 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-IGBT מעוצב לאות AC המתאים לשימוש או להזרקת רשת באמצעות יישום של טופולוגיות שונות של מסנני LC.

לקבל הצעת מחיר

איור 2: Pulsed Width Modulation (PWM) חד פאזיהגדרת מהפך.מתגי ה-IGBT, יחד עם מסנן פלט LC, מעצבים את אות הכניסה DC לאות AC שמיש.זה משרה אאדוות מתח מזיקות על פני מסופי ה-PV.האוטובוסגודל הקבל הוא על מנת להפחית את האדוות הזו.

פעולתם של ה-IGBTs מציגה מתח אדוות למסוף של מערך ה-PV.אדווה זו מזיקה לפעולה של מערכת ה-PV, שכן המתח הנומינלי המופעל על המסופים צריך להישמר בנקודת הכוח המקסימלית (MPP) של עקומת ה-IV על מנת לחלץ את מירב הכוח.אדוות מתח על מסופי ה-PV תנדנד את הכוח המופק מהמערכת, וכתוצאה מכך

הספק ממוצע נמוך יותר (איור 3).קבל נוסף על האוטובוס על מנת להחליק את אדוות המתח.

איור 3: אדוות מתח המוכנסות למסופי ה-PV על ידי ערכת מהפך PWM מסיטה את המתח המופעל מנקודת הכוח המקסימלית (MPP) של מערך ה-PV.זה מציג אדווה בתפוקת הכוח של המערך כך שהספק המוצא הממוצע נמוך מה-MPP הנומינלי

המשרעת (שיא לשיא) של אדוות המתח נקבעת על ידי תדר המיתוג, מתח ה-PV, קיבול האוטובוס והשראות המסנן בהתאם:

איפה:

VPV הוא מתח DC של פאנל סולארי,

Cbus הוא הקיבול של קבל האוטובוס,

L הוא השראות של משרני המסנן,

fPWM הוא תדר המיתוג.

משוואה (1) חלה על קבל אידיאלי המונע ממטען לזרום דרך הקבל במהלך הטעינה ולאחר מכן פורק את האנרגיה הממוקמת בשדה החשמלי ללא התנגדות.במציאות, אף קבל אינו אידיאלי (איור 4) אלא מורכב ממספר אלמנטים.בנוסף לקיבול האידיאלי, הדיאלקטרי אינו עמיד בצורה מושלמת וזרם דליפה קטן זורם מהאנודה לקתודה לאורך התנגדות shunt סופית (Rsh), תוך עקיפת הקיבול הדיאלקטרי (C).כאשר זרם דרך הקבל זורם, הפינים, הרדידים והדיאלקטרי אינם מוליכים בצורה מושלמת ויש התנגדות סדרתית שווה (ESR) בסדרה עם הקיבול.לבסוף, הקבל אכן אוגר אנרגיה מסוימת בשדה המגנטי, כך שקיימת השראות סדרתית מקבילה (ESL) בסדרה עם הקיבול וה-ESR.

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

אפילו ברכיב פשוט לכאורה כמו קבל, קיימים מספר אלמנטים שיכולים להיכשל או להתקלקל.כל אחד מהאלמנטים הללו יכול להשפיע על התנהגות המהפך, הן בצד ה-AC והן בצד ה-DC.על מנת לקבוע את ההשפעה של השפלה של רכיבי קבלים לא אידיאליים על אדוות המתח המוכנסות על פני מסופי ה-PV, מהפך PWM חד קוטבי גשר H (איור 2) בוצע הדמיה באמצעות SPICE.קבלי המסנן והמשרנים מוחזקים ב-250µF ו-20mH, בהתאמה.דגמי SPICE עבור ה-IGBTs נגזרים מעבודתם של Petrie et al. אות PWM, השולט על מתגי ה-IGBT, נקבע על ידי מעגל השוואות והשוואה הפוך עבור מתגי ה-IGBT הגבוהים והנמוכים, בהתאמה.הקלט עבור פקדי ה-PWM הם גל נושא סינוס 9.5V, 60Hz וגל משולש של 10V, 10kHz.