Inversores fotovoltaicos conectados à rede

Como o núcleo do controle e conversão de energia do sistema fotovoltaico conectado à rede, o inversor fotovoltaico conectado à rede converte a saída de energia CC dos módulos solares em energia CA que atende aos requisitos conectados à rede e a conecta à rede pública. As topologias de circuito específicas são numerosas e podem ser divididas em inversores de fonte de tensão e inversores de fonte de corrente de acordo com os requisitos da natureza da fonte de alimentação no lado de entrada. O lado DC do inversor da fonte de tensão é uma fonte de tensão, ou um grande capacitor é conectado em paralelo com a fonte de tensão, e a tensão do lado DC é basicamente livre de pulsação; enquanto o lado DC do inversor da fonte de corrente é conectado em série com um grande indutor, Que é equivalente à fonte de corrente, e a corrente do lado DC é basicamente livre de pulsação, mas este grande indutor levará a uma resposta dinâmica pobre do sistema, então a maioria dos inversores conectados à rede convencionais no mundo são inversores de fonte de tensão. Aqui também discutimos o inversor da fonte de tensão.

De acordo com a presença ou ausência de transformadores de isolamento, os inversores fotovoltaicos conectados à rede podem ser classificados em tipos isolados e não isolados, como segue

A discussão a seguir se concentra nos métodos básicos de trabalho de diferentes organizações nesta categoria.

Inversor conectado à rede fotovoltaica isolado

No inversor isolado fotovoltaico conectado à rede, ele é dividido em dois tipos: tipo isolado de frequência industrial e tipo isolado de alta frequência de acordo com a frequência de operação do transformador de isolamento.

Estrutura do inversor conectado à grade

O tipo de isolamento IFA é a estrutura mais comumente usada em inversores fotovoltaicos conectados à rede e é a primeira estrutura de inversor fotovoltaico desenvolvida e mais amplamente usada no mercado. Essa estrutura de circuito converte a saída de energia CC da matriz fotovoltaica em energia CA de 50Hz por meio do inversor IFC ou HF e, em seguida, a alimenta na grade por meio do transformador IFC e dos filtros de entrada e saída. A estrutura do circuito é simples, a tensão de entrada DC da matriz PV tem uma ampla gama de correspondência e tem fluxo de energia bidirecional, conversão de energia monofásica (DC-LFAC), alta eficiência de conversão e tamanho grande.

Alta eficiência de conversão e grande volume, massa e características de ruído de áudio. Devido ao isolamento do transformador, por um lado, pode garantir que nenhum componente do lado DC será injetado na rede, evitando efetivamente a saturação do voltager de distribuição e a poluição da rede pública; por outro lado, Pode efetivamente impedir que a rede pública cause danos às pessoas através do braço da ponte do circuito elétrico quando entram em contato com o circuito do lado PV, melhorando a segurança do sistema.

O inversor IFE isolado conectado à grade pode ser realizado por onda quadrada, onda de passo, modulação por largura de pulso e outros inversores, e sua família de topologia inclui push-pull, push-pull forward, meia ponte, ponte completa e outros circuitos.

Com o desenvolvimento da tecnologia de inversor conectado à rede, os inversores conectados à rede de alta frequência foram desenvolvidos para resolver os problemas de grande tamanho e massa e ruído com base na retenção dos inversores de frequência.

Estrutura do inversor conectado à rede isolada de alta frequência

O circuito inversor conectado à rede PV de alta frequência usa um transformador de alta frequência com tamanho pequeno e massa e baixo ruído, o que supera as principais desvantagens do transformador de frequência industrial. A potência DC de saída do painel solar é transformada em tensão de alta frequência por transformador de alta frequência, isolado, convertido e relação de tensão ajustada por transformador de alta frequência.

E, em seguida, através da conversão CA de alta frequência para CA de baixa frequência, a transmissão de eletricidade de corrente de baixa frequência para a rede. A conversão de CA de alta frequência para CA de baixa frequência pode ser uma cascata de retificador de alta frequência e ponte do inversor de inversão de polaridade ou um conversor circunferencial.

As famílias topológicas de inversores conectados à rede fotovoltaica de alta frequência incluem push-pull, push-pull para a frente, meia ponte e tubo único de ponte completa, tubo único intercalado paralelo para a frente, tubo duplo para frente e duplo intercalado paralelo tubo para a frente, etc.

Inversor não isolado PV conectado à rede

O inversor conectado à rede fotovoltaica não isolado elimina a necessidade de transformadores de frequência volumosos. Este método tem vantagens em termos de custo, tamanho, peso e eficiência, tornando esta estrutura do inversor promissora. De um modo geral, os inversores conectados à rede fotovoltaica não isolados são divididos em tipos de estágio único e vários estágios. Comparado com o inversor isolado, o inversor não isolado tem as vantagens de tamanho pequeno, baixo custo e alta eficiência, mas como não há isolamento entre a saída e o transmissor, o módulo fotovoltaico tem uma grande capacitância parasitária para o solo, o que leva a uma grande corrente de fuga para o solo, E esta corrente de fuga pode afetar seriamente o modo de trabalho do inversor e também pode causar acidentes de segurança.

Inversores de estágio único não isolados conectados à grade

Os inversores não grid de estágio único podem ser divididos nas três estruturas a seguir de acordo com a relação entre a tensão de entrada e a tensão de saída: inversor Buck, inversor Boost e inversor Buck-Boost. Entre eles, os inversores Buck-Boost são amplamente utilizados no mercado.

Este circuito inversor de canal baseado em Buck-Boost é um inversor de meia ponte não isolado de quatro interruptores, que consiste em duas matrizes fotovoltaicas e um helicóptero Buck Boost, que pode se adaptar a uma ampla gama de tensões de saída de matriz fotovoltaica e atender aos requisitos de rede sem instalar um transformador por causa do helicóptero. Ele divide a fonte de alimentação fotovoltaica no lado da entrada em duas partes para fornecer os dois circuitos Buck Boost, e os dois circuitos Buck Boost funcionam alternadamente, cada um trabalhando por meio ciclo de tensão de rede. Elimina a desvantagem de trabalhar assimetricamente nos meio-ciclos positivos e negativos da grade. Além disso, existem apenas dois tubos de comutação operando em alta frequência em cada meio-ciclo, o que tem as vantagens de baixas perdas de comutação, fraca interferência eletromagnética e alta confiabilidade. No entanto, a topologia sofre com a baixa utilização do módulo PV e o aumento de tamanho causado pelo capacitor de filtro DC.

Inversor não isolado multi-estágio conectado à rede

Para o sistema tradicional não isolado conectado à rede fotovoltaica, a tensão de saída da matriz fotovoltaica deve ser maior do que a tensão de pico da rede em todos os momentos, portanto, a conexão em série de módulos solares é necessária para aumentar a tensão de saída da matriz. No entanto, a tensão de saída da matriz PV cai severamente devido à cobertura de nuvens e outros fatores, e é impossível garantir que a tensão de saída da matriz seja maior do que a tensão de pico no lado da rede pública a qualquer momento, E é difícil obter as funções de rastreamento de potência máxima e inversor conectado à rede por conversão de nível único. O circuito inversor Buck Boost acima resolve bem esse problema, mas os dois módulos fotovoltaicos funcionam alternadamente, portanto, um inversor fotovoltaico não isolado de vários estágios conectado à rede pode ser usado para superar essa deficiência.

Para circuitos conversores DC-DC, Buck e Boost têm a maior eficiência de conversão. Como o circuito do helicóptero Buck é um circuito conversor buck, ele não pode ser impulsionado, então para perceber a tensão de saída da matriz após o impulso e, em seguida, conectado à grade, é mais provável que use o circuito Boost com conversão de impulso, De modo a atender a matriz fotovoltaica trabalhando em uma ampla faixa de tensão, tornando a adaptação dos módulos fotovoltaicos no lado DC mais flexível; e através de um método de controle adequado, A tensão no lado de entrada do circuito do conversor Boost pode ser feita A estrutura do circuito Boost é aterrada junto com o braço da ponte inferior do inversor, e o circuito é bastante simples de conduzir.