Kısaca konuşursak, bir PV invertörün çalışma süreci üç temel aşamaya ayrılabilir:güç toplama ve optimizasyon, DC-AC dönüşümü, Veşebekeye-bağlı/kapalı-şebeke uyarlaması. Aşağıda temel ilkeler, temel modüller ve temel teknolojiler açısından ayrıntılı bir döküm yer almaktadır:
I. Temel Çalışma Hedefleri
PV modüllerinin çıkış özellikleri, aydınlatma ve sıcaklığa karşı oldukça hassastır ve çıkış voltajı ile akım arasında doğrusal olmayan bir ilişki sunar. Ayrıca, doğrudan üretilen DC gücü doğrudan ana şebekeye bağlanamaz veya geleneksel AC yükleri çalıştıramaz. Bu nedenle invertörün iki temel hedefe ulaşması gerekir:
Güç çıkışını en üst düzeye çıkarın: Güç üretimi verimliliğini mümkün olduğunca artırmak için PV modüllerinin maksimum güç çıkış noktasını MPPT teknolojisi aracılığıyla gerçek zamanlı olarak izleyin.
Dalga formu ve senkronizasyon: Şebekeye bağlı güvenliği veya şebeke dışı yüklerin-kararlı çalışmasını sağlamak için DC gücünü, şebeke standartlarını karşılayan sinüzoidal AC gücüne dönüştürün (enerji şebekesiyle tutarlı voltaj, frekans ve faz ile).
II. Fotovoltaik İnvertörlerin Temel Çalışma Süreci
En yaygın olanı almakşebekeye-bağlı PV invertörlerörnek olarak genel çalışma süreci dört adıma ayrılabilir:
1. Adım: DC Girişi ve Filtreleme (DC-tarafı İşleme)
Seri/paralel-bağlı PV modüllerinin DC güç çıkışı, aydınlatma değişiklikleri ve modül özelliklerindeki farklılıklardan kaynaklanan voltaj dalgalanmaları ve akım dalgalanmaları nedeniyle kesinlikle kararlı değildir.
İnverter ilk önce DC gücüne bir kablo aracılığıyla bağlanır.DC sigorta(aşırı akım koruması için) veDC dalgalanma önleyici(aşırı gerilim koruması için).
Daha sonra aşağıdakilerden oluşan bir filtre devresiDC filtre kapasitörleri/indüktörleriDC voltajındaki dalgalanmaları yumuşatmak ve sonraki dönüşüm aşaması için kararlı bir DC girişi sağlamak için kullanılır.
Adım 2: Maksimum Güç Noktası Takibi (MPPT)
Bu, invertörün güç üretim verimliliğini artırması için önemli bir bağlantıdır. Temel prensip, PV modüllerinin çıkış voltajını ve akımını gerçek zamanlı olarak tespit etmektir.kontrol algoritmaları, mevcut çıkış gücünü hesaplayın ve PV modüllerinin her zaman maksimum güç çıkışı noktasında çalışmasını sağlamak için invertörün DC giriş voltajını dinamik olarak ayarlayın.
Ortak MPPT algoritmaları: Pertürbasyon ve Gözlem (P&O), Artımlı İletkenlik (INC). Bunlar arasında artımlı iletkenlik yöntemi daha yüksek hassasiyete sahiptir ve hızlı aydınlatma değişikliklerinin olduğu senaryolar için uygundur.
Uygulama yöntemi: DC voltajını birDC-DC dönüştürücü(Örneğin, Yükseltme-yükseltme devresi). PV modüllerinin çıkış voltajı düşük olduğunda, Takviye devresi onu evirmeye uygun bir DC bara voltajına yükseltir (örneğin, 380V AC çıkışa karşılık gelen 380V DC bara).
3. Adım: DC-AC Dönüşümü (Çekirdek Ters Çevirme Aşaması)
Bu, invertörün temel işlevidir; temel olarak sabit DC gücünü, yüksek-frekans açma{-kapama işlemi yoluyla sinüs dalgasına benzer AC gücüne dönüştürür.güç elektroniği anahtarlama cihazları. Farklı topolojik yapılara göre esas olarak aşağıdakilere ayrılmıştır:tek-fazlı invertörler(sivil düşük-güç uygulamaları için) veüç-fazlı invertörler(endüstriyel ve ticari yüksek-güç uygulamaları için), tutarlı temel ilkelerle:
Anahtarlama cihazları: Yalıtımlı Geçit Bipolar Transistörleri (IGBT'ler) veya Metal-Oksit-Yarı İletken Alan-Etkili Transistörler (MOSFET'ler), güç dönüşümü için "elektronik anahtarlar" olan ve açma-kontrolünü mikrosaniyeler içinde tamamlayabilen benimsenmiştir.
İnvertör köprü topolojisi: En sık kullanılanıtam-köprü invertör devresi(tek-faz için 4 ve üç-faz için 6 anahtarlama cihazı ile). Örnek olarak tek-fazlı tam-köprü devresini ele alırsak:
Kontrol cihazı çıkışlarıDarbe Genişliği Modülasyonu (PWM) sinyalleri4 IGBT'nin açma-kapama sırasını ve görev döngüsünü kontrol etmek için.
Darbe genişliğinin ayarlanmasıyla, anahtarlama cihazlarının "kare dalga darbe dizisi" çıkışı, sinüs dalgasına yakın AC gücü oluşturmak üzere filtrelenir.
AC filtreleme: Ters çevirme sonrasındaki AC gücü, bir filtre tarafından filtrelenmesi gereken yüksek-frekans harmonikleri içerir.LC filtre devresiSaf sinüzoidal AC gücü elde etmek için AC filtre indüktörleri ve kapasitörlerden oluşur.
4. Adım: Şebekeye-bağlı/Kapalı-Şebeke Uyarlaması ve Koruma (AC-tarafı İşleme)
1. Şebekeye-bağlı invertörler: Senkronizasyon ve Şebeke Bağlantısı
İnvertör şebekeye-bağlı enerji üretimi için kullanılıyorsa, çıkış AC gücünün uygun olduğundan emin olmak gerekir.aynı frekans, faz ve voltajdaana şebeke olarak:
Güç şebekesinin voltaj frekansını ve fazını gerçek-zamanlı olarak algılarFaz-Kilitli Döngü (PLL) teknolojisi, invertör tarafından AC güç çıkışının fazını ve frekansını ayarlayın ve güç şebekesi ile hassas senkronizasyon elde edin.
Bir kablo aracılığıyla güç şebekesine bağlanınAC kontaktörüve aracılığıyla şebekeye-bağlı güvenliği sağlayınada koruması, aşırı gerilim/düşük gerilim koruması, aşırı akım koruması, frekans korumasıvb. (örn. elektrik şebekesinde elektrik kesildiğinde, "adalama etkisinin" bakım personelini tehlikeye atmasını önlemek için invertörün çalışmayı derhal durdurması gerekir).
2. Şebekeden-bağımsız invertörler: Doğrudan Güç Kaynağı
İnvertör şebekeden bağımsız bir sistemde kullanılıyorsa (örneğin, uzak bölgelerdeki fotovoltaik güç kaynağı), filtrelenmiş sinüzoidal AC gücü doğrudan yüklere (örneğin, ev aletleri, endüstriyel ekipman) beslenir. Bu arada, kararlı voltaj regülasyonu sağlamak için enerji depolama pilleriyle birleştirilebilir.
III. Fotovoltaik İnvertörlerin Ana Tipleri ve Topolojik Farklılıklar
Farklı invertör tipleri, ters çevirme aşamasının topolojisinde küçük farklılıklara sahiptir ve farklı senaryolar için uygundur:
Merkezi invertörler(yüksek-güç, endüstriyel/ticari kullanım ve fotovoltaik enerji santralleri için):
Evlat edinmekgüç frekansı transformatörü/yüksek-frekans transformatörütopoloji. Bazı transformatörsüz (-izole edilmemiş) türler, birkaç megavat'a ulaşan güçle izolasyonu kapasitörler aracılığıyla sağlar. Yüksek entegrasyon ve rahat kullanım ve bakım ile karakterize edilirler.
Dizi invertörleri(ev kullanımı ve dağıtılmış fotovoltaik sistemler için orta ve küçük güç):
Her PV dizisi bağımsız bir MPPT denetleyicisiyle donatılmıştır ve ters çevirme aşaması tam-köprü topolojisini benimser. Farklı teller arasındaki aydınlatma farklılıklarına (örn. gölgeleme) uyum sağlayarak her bir dizinin maksimum güç noktasını bağımsız olarak izleyebilir.
Mikro invertörler(düşük-güç, ev tipi fotovoltaik sistemler için):
Doğrudan PV modüllerinin arkasına kurulur, bir modüle karşılık gelen bir mikro invertör "modül-seviyesi ters çevirme" gerçekleştirir. En yüksek MPPT hassasiyetine sahiptir ve karmaşık aydınlatma ortamları için uygundur.
IV. Temel Teknik Göstergeler ve Performans Etkileri
İnversiyon verimliliği: Yüksek-kaliteli invertörler %98'in üzerinde maksimum verimlilik (Avrupa verimliliği) elde edebilir; bu, esas olarak anahtarlama cihazlarının iletim kaybına ve MPPT'nin izleme hassasiyetine bağlıdır.
Toplam Harmonik Bozulma (THD): Şebekeye-bağlı invertörler %5'ten az veya buna eşit THD gerektirir. THD ne kadar düşük olursa, çıkış sinüs dalgası o kadar saf olur ve güç şebekesine olan girişim o kadar küçük olur.
MPPT verimliliği: Genellikle %99'a eşit veya daha büyük olması gerekir; bu, fotovoltaik sistemin genel güç üretimini doğrudan etkiler.
Özet
Bir PV invertörün özü,Temel olarak güç elektroniği anahtarlama cihazlarıyla yüksek{0}}frekans modülasyonu yoluyla güç formu dönüşümünü gerçekleştirinKontrol algoritmaları aracılığıyla güç optimizasyonu ve şebeke adaptasyonu elde edilirken. Çalışma prensibinin özünde şunlar yatmaktadır:DC-DC dönüştürücüler aracılığıyla güç optimizasyonunun gerçekleştirilmesi, PWM-modüle edilmiş invertör köprüleri aracılığıyla DC-AC dönüşümü elde edilmesi ve faz-kilitli döngüler ve koruma devreleri aracılığıyla güvenli şebeke bağlantısının sağlanması. Bu süreç, yalnızca güç elektroniği teknolojisinin hızlı anahtarlama özelliklerini kullanmakla kalmaz, aynı zamanda fotovoltaik güç üretim sistemlerinde gücün etkin kullanımı için önemli bir bağlantı görevi görerek kontrol teorisinin hassas düzenlemesini de birleştirir.
