Mikro-omformer med solcellepaneler for energilagringssystem i hjemmet

I tillegg til sentraliserte og strenginvertere inkluderer nye energisystemer også mikro-omformere, som er enkle å installere og fleksibelt konfigurert. Som navnet antyder har mikro-omformere lavt strømforbruk og er derfor vanligvis koblet til bare ett eller noen få solcellepaneler. Som en inverter konverterer en mikro-omformer lavspent likestrøm fra de solcellepanelene til vekselstrøm for det lokale strømnettet. Mens spenningen til et solcellepanel typisk er rundt 50V, kan AC-nettspenningen nå hundrevis av volt. Dette høyspennings-til{10}}forholdet stiller høye krav til omformerens forsterkning. Bruk av en konvensjonell ikke-isolert PWM-omformer i denne situasjonen vil resultere i høye eller lave driftssykluser for bryterne, noe som resulterer i lav omformereffektivitet og betydelig belastning på strømenhetene. Naturligvis har det å inkludere en koblet induktor eller transformator i omformeren for å oppnå spenningstilpasning gjennom svingforhold blitt en foretrukket løsning for mikro{14}}omformere.

Funksjonelt sett må en mikro-omformer gi tre funksjoner: rask avslutning (RSD), sporing av maksimal effektpunkt (MPPT) og inversjon. RSD ble foreslått på NEC-konferansen i 2014. Formålet er å raskt koble fra solcellepaneler fra DC-bussen i tilfelle brann eller annen katastrofe, for å sikre brannmennenes sikkerhet. MPPT er godt-kjent for de innen solcelleindustrien og har blitt introdusert i tidligere artikler. Imidlertid, i motsetning til tradisjonelle sentraliserte eller strenge MPPT-kretser, krever ikke denne funksjonen i mikroinvertere nødvendigvis en boost-krets; andre kretser, som buck, full-bro og flyback, kan også brukes. Dette skyldes først og fremst mangfoldet av nedstrømskretser.

En mikro-inverter er en liten inverterenhet installert rett bak et enkelt eller et lite antall solcellepaneler, og konverterer panelets likestrøm til nett-tilkoblet vekselstrøm. Kjernefordelen ligger i dens uavhengige MPPT-funksjon (Maximum Power Point Tracking) for hvert panel, som maksimerer strømgenerering når det er uoverensstemmelse mellom paneler eller delvis skygge. Det begrenser også systemets likespenning til et lavt nivå på<60 V, reducing the risk of fire and electric shock.

Når det gjelder kretsstruktur, har mikro-omformere utviklet seg fra fler-trinn til to-trinn og deretter til enkelt-trinn [1]. Når elektrisitet produseres fra solcellepaneler og kobles parallelt til AC-nettet, jo færre konverteringstrinn, jo høyere effektivitet. En fler-- eller to-mikro-omformer. Den består av en-fronttrinn DC/DC og en bakre{12}}DC/AC. Det fremre-trinn DC/DC har MPPT- og boost-funksjoner, som øker spenningen til DC-bussspenningen som kreves for inversjon, og det bakre-trinn DC/AC inverteres og kobles til nettet.

To-mikroinvertere er videre delt inn i to typer: spenningskilde og strømkilde. Spenningskildetypen styrer utgangsspenningen på AC-siden. Utgangen fra det foregående DC/DC-trinn er en stabil likespenning. Med denne typen mikroinverter fungerer det påfølgende DC/AC-trinnet med høy frekvens. Den primære kontrollvariabelen til en mikroinverter av strømkildetype er strøm. Dens DC-sideutgang er ikke lenger en stabil likestrøm, men snarere en "dampet bollebølge" med en AC-komponent, som vist i figur 4. Den påfølgende strømfrekvenspolaritetskonverteringskretsen skiller denne dampede bollebølgen i positive og negative utganger, og danner en gitter-tilkoblet sinusbølge. Sammenlignet med spennings-mikroinvertere, tilbyr denne strømkildetypen mikroinverter lavere enhetsspenningsspenning og enklere struktur og kontroll, noe som gjør den mye brukt i gjeldende vanlige mikroinvertermodeller.

Både spennings-kilde og strøm-kildemikroinvertere har en DC/AC-krets, men strømkildetypen- krever en strøm-frekvenskrets, mens spennings-kildetypen krever høy-svitsjing. Utfoldingskretsen har en enkel struktur, med MOSFET-en som opererer ved strømfrekvens, og de primære tapene er ledningstap. 600V-950V CoolMOS™ P7 og til og med 1200V IGBT-er er egnet for denne applikasjonen. En full-brokrets er en typisk spenningskilde-omformer, med ett ben som opererer på strømfrekvens og det andre bytter på høy frekvens for å redusere utgangsspenningsharmoniske. Den optimale designen innebærer naturligvis å velge forskjellige MOSFET-er for de to bena basert på driftsforholdene, men en rekke 600V-950V CoolMOS™ P7-er er også tilgjengelig. Som man kan se fra topologien, har utfoldingskretsen begrensede evner til kompensering av reaktiv effekt på grunn av enhetens egenskaper. Inverterkretsen med full bro kan operere toveis, og gir rikelig med reaktiv effektkompensasjon, men krever et ekstra LCL-filter.