Micro-Omvormer met zonnepanelen voor energieopslagsysteem voor thuis

Naast gecentraliseerde en stringomvormers omvatten nieuwe energiesystemen ook micro-omvormers, die eenvoudig te installeren en flexibel te configureren zijn. Zoals de naam al doet vermoeden, hebben micro-omvormers een laag stroomverbruik en zijn daarom doorgaans aangesloten op slechts één of enkele zonnepanelen. Als omvormer zet een micro-omvormer de gelijkstroom met lage-spanning van de fotovoltaïsche panelen om in wisselstroom voor het lokale elektriciteitsnet. Terwijl de spanning van een fotovoltaïsch paneel doorgaans rond de 50 V ligt, kan de AC-netspanning honderden volt bereiken. Deze hoge spanning-tot-stroomverhouding stelt hoge eisen aan de versterking van de omzetter. Het gebruik van een conventionele niet-geïsoleerde PWM-converter zou in deze situatie resulteren in hoge of lage werkcycli voor de schakelaars, wat resulteert in een laag rendement van de converter en aanzienlijke belasting van de voedingsapparaten. Uiteraard is het opnemen van een gekoppelde inductor of transformator in de converter om een ​​spanningsaanpassing via windingen te bereiken een voorkeursoplossing geworden voor micro-omvormers.

Functioneel gezien moet een micro-omvormer drie functies bieden: snelle uitschakeling (RSD), tracking van het maximale power point (MPPT) en inversie. RSD werd voorgesteld op de NEC-conferentie in 2014. Het doel is om fotovoltaïsche panelen snel los te koppelen van de DC-bus in geval van brand of een andere ramp, waardoor de veiligheid van brandweerlieden wordt gewaarborgd. MPPT is goed bekend-bij mensen in de fotovoltaïsche industrie en is in eerdere artikelen geïntroduceerd. In tegenstelling tot traditionele gecentraliseerde of string-MPPT-circuits vereist deze functie in micro-omvormers echter niet noodzakelijkerwijs een boostcircuit; andere circuits, zoals buck, full-bridge en flyback, kunnen ook worden gebruikt. Dit komt voornamelijk door de diversiteit van stroomafwaartse circuits.

Een micro-omvormer is een klein inverterapparaat dat direct achter een enkel of een klein aantal fotovoltaïsche panelen wordt geïnstalleerd en de gelijkstroom van het paneel omzet in op het elektriciteitsnet-aangesloten wisselstroom. Het belangrijkste voordeel ligt in de onafhankelijke MPPT-functie (Maximum Power Point Tracking) voor elk paneel, waardoor de energieopwekking wordt gemaximaliseerd wanneer er sprake is van een discrepantie tussen panelen of gedeeltelijke schaduw. Het beperkt ook de gelijkstroomspanning van het systeem tot een laag niveau<60 V, reducing the risk of fire and electric shock.

Wat betreft de circuitstructuur zijn micro-omvormers geëvolueerd van meer-traps naar twee-traps en vervolgens naar een-traps [1]. Wanneer elektriciteit wordt geproduceerd door fotovoltaïsche panelen en parallel wordt aangesloten op het wisselstroomnet, geldt: hoe minder conversiefasen, hoe hoger de efficiëntie. Een meer-traps of twee-micro--omvormer. Het bestaat uit een voor-trap DC/DC en een achter-trap DC/AC. De voorste-trap DC/DC heeft MPPT- en boost-functies, waardoor de spanning wordt verhoogd naar de DC-busspanning die nodig is voor inversie, en de achterste-trap DC/AC wordt omgekeerd en aangesloten op het elektriciteitsnet.

Twee-traps micro-omvormers zijn verder onderverdeeld in twee typen: spanningsbron en stroombron. Het type spanningsbron regelt de uitgangsspanning aan de AC-zijde. De uitgang van de voorgaande DC/DC-trap is een stabiele gelijkspanning. Bij dit type micro-omvormer werkt de daaropvolgende DC/AC-trap op hoge frequentie. De primaire regelvariabele van een micro-omvormer van het stroombrontype is stroom. De uitgang aan de gelijkstroomzijde is niet langer een stabiele gelijkstroom, maar eerder een 'gestoomde bun-golf' met een AC-component, zoals weergegeven in figuur 4. Het daaropvolgende conversiecircuit voor de polariteit van de stroomfrequentie scheidt deze gestoomde bun-golf in positieve en negatieve uitgangen, waardoor een op het net aangesloten sinusgolf wordt gevormd. Vergeleken met micro-omvormers van het spannings-type biedt dit huidige brontype micro-omvormer een lagere apparaatspanningsbelasting en een eenvoudiger structuur en bediening, waardoor het op grote schaal wordt gebruikt in de huidige mainstream micro-omvormermodellen.

Zowel spannings{0}}bron- als stroom-micro-omvormers hebben een DC/AC-circuit, maar het stroom-brontype vereist een stroom-frequentiecircuit, terwijl het spannings-brontype hoogfrequente- schakeling vereist. Het zich ontvouwende circuit heeft een eenvoudige structuur, waarbij de MOSFET op de netfrequentie werkt en de primaire verliezen geleidingsverliezen zijn.. 600V-950V CoolMOS™ P7 en zelfs 1200V IGBT's zijn geschikt voor deze toepassing. Een volledig-brugcircuit is een typische spannings-omvormer, waarbij de ene tak op de netfrequentie werkt en de andere op hoge frequentie schakelt om de harmonischen van de uitgangsspanning te verminderen. Het optimale ontwerp omvat uiteraard het selecteren van verschillende MOSFET's voor de twee poten op basis van de bedrijfsomstandigheden, maar er is ook een reeks 600V-950V CoolMOS™ P7's beschikbaar. Zoals uit de topologie blijkt, heeft het zich ontvouwende circuit beperkte mogelijkheden voor compensatie van reactief vermogen vanwege de kenmerken van het apparaat. Het full-bridge invertercircuit kan bidirectioneel werken en biedt voldoende mogelijkheden voor blindvermogencompensatie, maar vereist een extra LCL-filter.