Mikro-växelriktare med solpaneler för energilagringssystem i hemmet

Förutom centraliserade växelriktare och strängväxelriktare inkluderar nya energisystem även mikro-växelriktare, som är enkla att installera och flexibelt konfigurerade. Som namnet antyder har mikro-växelriktare låg strömförbrukning och är därför vanligtvis anslutna till endast en eller ett fåtal solpaneler. Som en växelriktare omvandlar en mikro-växelriktare låg-likspänningen från solcellspanelerna till växelström för det lokala elnätet. Medan spänningen på en solcellspanel vanligtvis är runt 50V, kan nätspänningen nå hundratals volt. Detta högspännings-till{10}}förhållande ställer höga krav på omvandlarens förstärkning. Att använda en konventionell icke-isolerad PWM-omvandlare i den här situationen skulle resultera i höga eller låga arbetscykler för switcharna, vilket resulterar i låg omvandlareffektivitet och betydande påfrestning på kraftenheterna. Naturligtvis har inkorporering av en kopplad induktor eller transformator i omvandlaren för att uppnå spänningsmatchning genom varvförhållande blivit en föredragen lösning för mikro-växelriktare.

Funktionellt sett måste en mikro-växelriktare tillhandahålla tre funktioner: snabb avstängning (RSD), spårning av maximal effektpunkt (MPPT) och invertering. RSD föreslogs vid NEC-konferensen 2014. Dess syfte är att snabbt koppla bort solcellspaneler från DC-bussen i händelse av brand eller annan katastrof, för att säkerställa brandmännens säkerhet. MPPT är väl-känd för dem inom solcellsindustrin och har introducerats i tidigare artiklar. Men till skillnad från traditionella centraliserade eller sträng-MPPT-kretsar, kräver denna funktion i mikroväxelriktare inte nödvändigtvis en förstärkningskrets; andra kretsar, såsom buck, full-bridge och flyback, kan också användas. Detta beror främst på mångfalden av nedströmskretsar.

En mikro-växelriktare är en liten inverterare som installeras direkt bakom en enstaka eller ett litet antal solcellspaneler och omvandlar panelens likström till nätansluten-växelström. Dess främsta fördel ligger i dess oberoende MPPT-funktion (Maximum Power Point Tracking) för varje panel, vilket maximerar kraftgenereringen när det är oöverensstämmelse mellan paneler eller partiell skuggning. Det begränsar också systemets DC-spänning till en låg nivå av<60 V, reducing the risk of fire and electric shock.

När det gäller kretsstruktur har mikro-växelriktare utvecklats från fler-steg till två-steg och sedan till enstegs-steg [1]. När elektricitet matas ut från solcellspaneler och ansluts parallellt till AC-nätet, desto färre konverteringssteg desto högre effektivitet. En fler-- eller två-mikro-omriktare. Den består av ett främre-steg DC/DC och ett bakre-steg DC/AC. Det främre-steget DC/DC har MPPT- och boost-funktioner, vilket höjer spänningen till den DC-bussspänning som krävs för invertering, och det bakre-steget DC/AC inverteras och ansluts till nätet.

Två-mikroväxelriktare är ytterligare uppdelade i två typer: spänningskälla och strömkälla. Spänningskällans typ styr utspänningen på AC-sidan. Utgången från det föregående DC/DC-steget är en stabil DC-spänning. Med denna typ av mikroväxelriktare arbetar det efterföljande DC/AC-steget med hög frekvens. Den primära styrvariabeln för en mikroväxelriktare av strömkälla är ström. Dess DC-sideutgång är inte längre en stabil DC, utan snarare en "steamed bun wave" med en AC-komponent, som visas i figur 4. Den efterföljande strömfrekvenspolaritetsomvandlingskretsen separerar denna steamed bun-våg i positiva och negativa utgångar och bildar en rutnäts-ansluten sinusvåg. Jämfört med spänningsmikroväxelriktare av -typ erbjuder den här typen av strömkälla av mikroväxelriktare lägre enhetsspänning och enklare struktur och kontroll, vilket gör den allmänt använd i nuvarande vanliga mikroinvertermodeller.

Både spännings-källan och strömkällan-mikroväxelriktare har en DC/AC-krets, men strömkällan- kräver en ström-frekvenskrets, medan spännings-källan kräver hög-växling. Utvikningskretsen har en enkel struktur, där MOSFET arbetar med strömfrekvens, och de primära förlusterna är ledningsförluster. 600V-950V CoolMOS™ P7 och till och med 1200V IGBT är lämpliga för denna applikation. En full-bryggkrets är en typisk spänningskälla-växelriktare, där det ena benet arbetar med strömfrekvens och det andra växlar med hög frekvens för att minska utspänningens övertoner. Den optimala designen innebär naturligtvis att man väljer olika MOSFET:er för de två benen baserat på driftsförhållandena, men ett sortiment av 600V-950V CoolMOS™ P7s finns också tillgängligt. Som framgår av topologin har utvikningskretsen begränsade förmåga att kompensera för reaktiv effekt på grund av enhetens egenskaper. Helbrygg-växelriktarkretsen kan fungera dubbelriktat, vilket ger gott om reaktiv effektkompensation, men kräver ett extra LCL-filter.