Sprawność falowników fotowoltaicznych

Sprawność inwerterów fotowoltaicznych odnosi się do rozwijającego się rynku inwerterów fotowoltaicznych (inwerterów fotowoltaicznych) w związku z zapotrzebowaniem na energię odnawialną. A te falowniki wymagają wyjątkowo wysokiej wydajności i niezawodności. Zbadano obwody mocy stosowane w tych falownikach i zalecono najlepszy wybór przełączników i prostowników. Ogólną strukturę falownika fotoelektrycznego pokazano na rysunku 1. Do wyboru są trzy różne falowniki. Światło słoneczne pada na moduły słoneczne połączone szeregowo, a każdy moduł zawiera zestaw ogniw słonecznych połączonych szeregowo. Napięcie prądu stałego (DC) generowane przez moduły słoneczne waha się w granicach kilkuset woltów, w zależności od warunków oświetlenia tablicy modułów, temperatury baterii i liczby modułów połączonych szeregowo.
Podstawową funkcją tego typu falownika jest zamiana wejściowego napięcia stałego na stabilną wartość. Ta funkcja jest realizowana za pomocą przetwornicy podwyższającej napięcie i wymaga przełącznika podwyższającego napięcie oraz diody podwyższającej napięcie. W pierwszej konstrukcji, po stopniu doładowania, mamy do czynienia z izolowaną przetwornicą pełnomostkową. Funkcją pełnego transformatora mostkowego jest zapewnienie izolacji. Druga przetwornica mostkowa na wyjściu służy do konwersji prądu stałego pierwszego stopnia przetwornicy pełnomostkowej na napięcie przemienne. Jego wyjście jest filtrowane przed podłączeniem do sieci elektroenergetycznej prądu przemiennego przez dodatkowy dwustykowy przełącznik przekaźnikowy, w celu zapewnienia bezpiecznej izolacji podczas zdarzeń awaryjnych i odseparowania od sieci energetycznej w nocy. Druga struktura to schemat nieizolowany. Wśród nich napięcie prądu przemiennego AC jest generowane bezpośrednio przez napięcie wyjściowe prądu stałego ze stopnia doładowania. Trzecia struktura wykorzystuje innowacyjną strukturę topologii przełączników mocy i diod mocy, integrując funkcje doładowania i generowania prądu przemiennego w dedykowaną topologię. Chociaż sprawność konwersji paneli fotowoltaicznych jest bardzo niska, bardzo ważne jest, aby sprawność falownika była jak najbliższa 100 procent. W Niemczech moduł serii 3kW zainstalowany na dachu skierowanym na południe ma generować 2550 kWh energii elektrycznej rocznie. Jeśli sprawność falownika zostanie zwiększona z 95 procent do 96 procent, można wygenerować dodatkowe 25 kWh rocznie. Koszt wykorzystania dodatkowych modułów fotowoltaicznych do wygenerowania tych 25 kWh jest równoważny dodaniu falownika. Ponieważ zwiększenie sprawności z 95 procent do 96 procent nie powoduje podwojenia kosztów inwerterów, inwestowanie w bardziej wydajne inwertery jest nieuniknionym wyborem. W przypadku nowych projektów poprawa wydajności falownika przy zastosowaniu najbardziej opłacalnego podejścia jest kluczowym kryterium projektowym. Niezawodność i koszt falowników to dwa inne kryteria projektowe. Wyższa wydajność może zmniejszyć wahania temperatury podczas cykli obciążenia, poprawiając w ten sposób niezawodność. Kryteria te są zatem w rzeczywistości ze sobą powiązane. Zastosowanie modułów poprawia również niezawodność.