U scopu di un inverter hè di trasfurmà una tensione d'onda DC in un signale AC per injectà putenza in un caricu (per esempiu a rete elettrica) à una data frequenza è cù un picculu angulu di fase (φ ≈0). Un circuitu simplificatu per una Modulazione di Larghezza d'Impulsu unipolare (PWM) à fase unica hè mostratu in a Figura2 (u listessu schema generale pò esse allargatu à un sistema trifase). In questu schema, un sistema fotovoltaicu, chì agisce cum'è una fonte di tensione continua cù una certa induttanza di a fonte, hè trasfurmatu in un signale AC attraversu quattru interruttori IGBT in parallelu cù diodi à rota libera. Quessi interruttori sò cuntrullati à a porta attraversu un signale PWM, chì hè tipicamente l'uscita di un circuitu integratu chì paraguna un'onda portante (di solitu un'onda sinusoidale di a frequenza di uscita desiderata) è un'onda di riferimentu à una frequenza significativamente più alta (tipicamente un'onda triangulare à 5-20 kHz). L'uscita di l'IGBT hè trasfurmata in un signale AC adattatu per l'usu o l'iniezione in rete attraversu l'applicazione di varie topologie di filtri LC.
L'inverter appartenenu à un grande gruppu di cunvertitori statichi, chì includenu parechji di l'oghje.'dispusitivi capaci di"cunvertisce"parametri elettrici in entrata, cum'è a tensione è a frequenza, in modu da pruduce una uscita cumpatibile cù i requisiti di u caricu.
In generale, l'inverter sò i dispusitivi capaci di cunvertisce a corrente continua in corrente alternata è sò abbastanza cumuni in l'applicazioni di automatizazione industriale è in l'azionamenti elettrici. L'architettura è u cuncepimentu di i diversi tipi d'inverter cambianu secondu ogni applicazione specifica, ancu s'è u core di u so scopu principale hè u listessu (cunversione da CC à CA).
1. Inverter autonomi è cunnessi à a rete
L'inverter utilizati in l'applicazioni fotovoltaiche sò storicamente divisi in duie categurie principali:
:Inverter autonomi
:Inverter cunnessi à a rete
L'inverter autonomi sò per l'applicazioni induve l'impianto fotovoltaicu ùn hè micca cunnessu à a rete principale di distribuzione di l'energia. L'inverter hè capace di furnisce energia elettrica à i carichi cunnessi, assicurendu a stabilità di i principali parametri elettrici (tensione è frequenza). Questu li mantene in limiti predefiniti, capaci di resiste à situazioni di sovraccaricu temporanee. In questa situazione, l'inverter hè accoppiatu cù un sistema di almacenamiento di batterie per assicurà un approvvigionamentu energeticu consistente.
L'inverter cunnessi à a rete, invece, sò capaci di sincronizà si cù a rete elettrica à a quale sò cunnessi perchè, in questu casu, a tensione è a frequenza sò"impostu"da a rete principale. Quessi inverter devenu esse capace di disconnectassi se a rete principale falla per evità ogni pussibile alimentazione inversa di a rete principale, chì puderia rapprisintà un periculu seriu.
- Figura 1 - Esempiu di sistema autonomu è sistema cunnessu à a rete. Imagine cortesia di Biblus.
2. Chì ghjè u rolu di u condensatore di bus
Figura 2: Modulazione di larghezza pulsata (PWM) monofasecunfigurazione di l'inverter. L'interruttori IGBT, inseme cù u filtru di uscita LC, trasformanu u signale d'entrata DC in un signale AC utilizabile. Questu induce unondulazione di tensione deleteria à traversu i terminali fotovoltaici. U busU condensatore hè dimensionatu per riduce sta ondulazione.
U funziunamentu di l'IGBT introduce una tensione di ripple nantu à u terminale di u pannellu fotovoltaicu. Questa ripple hè deleteria per u funziunamentu di u sistema fotovoltaicu, postu chì a tensione nominale applicata à i terminali deve esse mantenuta à u puntu di massima putenza (MPP) di a curva IV per estrarre a più putenza. Una ripple di tensione nantu à i terminali fotovoltaici farà oscillà a putenza estratta da u sistema, risultendu in
una putenza media di uscita più bassa (Figura 3). Un condensatore hè aghjuntu à u bus per appianà l'ondulazione di tensione.
Figura 3: Una ondulazione di tensione introdutta nantu à i terminali fotovoltaici da u schema di l'inverter PWM sposta a tensione applicata fora di u puntu di massima putenza (MPP) di u pannellu fotovoltaicu. Questu introduce una ondulazione in a putenza di uscita di u pannellu in modu chì a putenza media di uscita sia più bassa di u MPP nominale.
L'amplitude (piccu à piccu) di l'ondulazione di tensione hè determinata da a frequenza di cummutazione, a tensione PV, a capacità di u bus è l'induttanza di u filtru secondu:
induve:
VPV hè a tensione continua di u pannellu solare,
Cbus hè a capacità di u condensatore di u bus,
L hè l'induttanza di l'induttori di u filtru,
fPWM hè a frequenza di cummutazione.
L'equazione (1) s'applica à un condensatore ideale chì impedisce à a carica di scorrere attraversu u condensatore durante a carica è poi scarica l'energia situata in u campu elettricu senza resistenza. In realtà, nisun condensatore hè ideale (Figura 4) ma hè cumpostu da parechji elementi. In più di a capacità ideale, u dielettricu ùn hè micca perfettamente resistivu è una piccula corrente di dispersione scorre da l'anodu à u catodu longu una resistenza shunt finita (Rsh), bypassendu a capacità dielettrica (C). Quandu a corrente scorre attraversu u condensatore, i pin, i fogli è u dielettricu ùn sò micca perfettamente conduttivi è ci hè una resistenza in serie equivalente (ESR) in serie cù a capacità. Infine, u condensatore immagazzina una certa energia in u campu magneticu, dunque ci hè una induttanza in serie equivalente (ESL) in serie cù a capacità è l'ESR.
Figura 4: Circuitu equivalente di un condensatore genericu. Un condensatore hècumpostu da parechji elementi non ideali, cumpresi a capacità dielettrica (C), una resistenza shunt non infinita attraversu u dielettricu chì bypassa u condensatore, a resistenza in serie (ESR) è l'induttanza in serie (ESL).
Ancu in un cumpunente apparentemente simplice cum'è un condensatore, esistenu parechji elementi chì ponu fallu o degradassi. Ognunu di questi elementi pò influenzà u cumpurtamentu di l'inverter, sia da u latu AC sia da u latu DC. Per determinà l'effettu chì a degradazione di i cumpunenti di condensatori non ideali hà nantu à l'ondulazione di tensione introdutta à traversu i terminali fotovoltaici, un inverter à ponte H unipolare PWM (Figura 2) hè statu simulatu cù SPICE. I condensatori di filtru è l'induttori sò mantenuti à 250µF è 20mH, rispettivamente. I mudelli SPICE per l'IGBT sò derivati da u travagliu di Petrie et al. U signale PWM, chì cuntrolla l'interruttori IGBT, hè determinatu da un circuitu di paragone è di paragone invertente per l'interruttori IGBT di u latu altu è di u latu bassu, rispettivamente. L'input per i cuntrolli PWM hè un'onda portante sinusoidale di 9,5 V, 60 Hz è un'onda triangolare di 10 V, 10 kHz.
- Soluzione CRE
CRE hè una impresa high-tech specializata in a pruduzzione di condensatori à film, cuncentrata nantu à l'applicazione di l'elettronica di putenza.
CRE offre a suluzione matura di serie di condensatori di film per inverter fotovoltaici chì includenu DC-link, AC-filter è snubber.
Data di publicazione: 01 dicembre 2023