Micro-invertor cu panouri solare pentru sistemul de stocare a energiei la domiciliu

Pe lângă invertoarele centralizate și string, noile sisteme energetice includ și micro-invertoare, care sunt ușor de instalat și configurate flexibil. După cum sugerează și numele, micro-invertoarele au un consum redus de energie și, prin urmare, sunt conectate de obicei la unul sau la câteva panouri solare. Ca invertor, un micro-invertor convertește puterea de curent continuu de -joasă tensiune de la panourile fotovoltaice în putere de curent alternativ pentru rețeaua electrică locală. În timp ce tensiunea unui panou fotovoltaic este de obicei în jur de 50 V, tensiunea rețelei AC poate ajunge la sute de volți. Acest raport înaltă tensiune-la-curent impune cerințe mari asupra câștigului convertorului. Folosirea unui convertor PWM convențional ne-izolat în această situație ar avea ca rezultat cicluri de lucru mari sau scăzute pentru comutatoare, rezultând o eficiență scăzută a convertorului și un stres semnificativ asupra dispozitivelor de alimentare. Desigur, încorporarea unui inductor sau transformator cuplat în convertor pentru a realiza potrivirea tensiunii prin raportul de spire a devenit o soluție preferată pentru micro-invertoare.

Din punct de vedere funcțional, un micro-invertor trebuie să ofere trei funcții: oprire rapidă (RSD), urmărire punct de putere maximă (MPPT) și inversare. RSD a fost propus la conferința NEC din 2014. Scopul său este de a deconecta rapid panourile fotovoltaice de la magistrala DC în caz de incendiu sau alt dezastru, asigurând siguranța pompierilor. MPPT este bine-cunoscut celor din industria fotovoltaică și a fost introdus în articolele anterioare. Cu toate acestea, spre deosebire de circuitele tradiționale centralizate sau string MPPT, această funcție în microinvertoare nu necesită neapărat un circuit de amplificare; pot fi utilizate și alte circuite, cum ar fi buck, full-bridge și flyback. Acest lucru se datorează în primul rând diversității circuitelor din aval.

Un micro-invertor este un mic dispozitiv invertor instalat direct în spatele unui singur panou fotovoltaic sau a unui număr mic de panouri fotovoltaice, care transformă puterea curentă continuu a panoului în curent alternativ-conectat la rețea. Avantajul său principal constă în funcția independentă MPPT (Maximum Power Point Tracking) pentru fiecare panou, maximizând generarea de energie atunci când există nepotrivire între panouri sau umbrire parțială. De asemenea, limitează tensiunea DC a sistemului la un nivel scăzut de<60 V, reducing the risk of fire and electric shock.

În ceea ce privește structura circuitului, micro-invertoarele au evoluat de la mai multe-etape la două-etape și apoi la o singură-etapă [1]. Când electricitatea este scoasă din panouri fotovoltaice și conectată în paralel la rețeaua de curent alternativ, cu cât sunt mai puține trepte de conversie, cu atât eficiența este mai mare. Un micro-invertor cu mai multe-etape sau cu două-etape. Este alcătuit dintr-o treaptă DC/DC frontală-DC/DC treaptă din spate. DC/DC treapta frontală-cu funcții MPPT și boost, ridicând tensiunea la tensiunea magistralei CC necesară pentru inversare, iar treapta DC/AC din spate-este inversată și conectată la rețea.

Microinvertoarele cu două-etape sunt subdivizate în două tipuri: sursă de tensiune și sursă de curent. Tipul sursei de tensiune controlează tensiunea de ieșire pe partea AC. Ieșirea etapei precedente DC/DC este o tensiune DC stabilă. Cu acest tip de microinvertor, treapta ulterioară DC/AC funcționează la frecvență înaltă. Variabila de control primară a unui microinvertor de tip sursă de curent este curentul. Ieșirea sa laterală DC nu mai este un DC stabil, ci mai degrabă o „undă bun aburită” cu o componentă AC, așa cum se arată în Figura 4. Circuitul de conversie a polarității frecvenței de alimentare ulterior separă această undă bun aburită în ieșiri pozitive și negative, formând o undă sinusoidală conectată la rețea-. În comparație cu microinvertoarele de tip-tensiune, acest tip de microinvertor cu sursă de curent oferă o tensiune mai mică de tensiune a dispozitivului și o structură și un control mai simple, făcându-l pe scară largă în modelele curente de microinvertoare principale.

Atât microinvertoarele de tensiune-sursă, cât și de curent-sursă au un circuit DC/AC, dar tipul de sursă-de curent necesită un circuit de putere-frecvență, în timp ce tipul de-sursă de tensiune necesită comutare de-frecvență înaltă. Circuitul de desfășurare are o structură simplă, MOSFET-ul funcționând la frecvența de putere, iar pierderile primare fiind pierderi de conducție. 600V-950V CoolMOS™ P7 și chiar IGBT-urile de 1200V sunt potrivite pentru această aplicație. Un circuit complet-punte este un invertor de sursă-obișnuit, cu un picior care funcționează la frecvența de alimentare și celălalt comutând la frecvență înaltă pentru a reduce armonicile tensiunii de ieșire. Designul optim implică în mod natural selectarea diferitelor MOSFET pentru cele două picioare în funcție de condițiile de funcționare, dar este disponibilă și o gamă de 600V-950V CoolMOS™ P7. După cum se poate vedea din topologie, circuitul de desfășurare are capacități limitate de compensare a puterii reactive datorită caracteristicilor dispozitivului. Circuitul invertorului cu punte completă poate funcționa bidirecțional, oferind capacități ample de compensare a puterii reactive, dar necesită un filtru LCL suplimentar.