Os inversores pertencen a un gran grupo de conversores estáticos, que inclúen moitos dos actuais's dispositivos capaces de"converter”parámetros eléctricos de entrada, como tensión e frecuencia, para producir unha saída compatible cos requisitos da carga.

En xeral, os inversores son os dispositivos capaces de converter a corrente continua en corrente alterna e son bastante comúns en aplicacións de automatización industrial e accionamentos eléctricos.A arquitectura e o deseño dos diferentes tipos de inversores cambian segundo cada aplicación específica, aínda que o núcleo do seu propósito principal sexa o mesmo (conversión de CC a CA).

1.Inversores autónomos e conectados á rede

Os inversores utilizados en aplicacións fotovoltaicas divídense históricamente en dúas categorías principais:

:Inversores autónomos

:Inversores conectados á rede

Os inversores autónomos son para as aplicacións nas que a planta fotovoltaica non está conectada á rede principal de distribución de enerxía.O inversor é capaz de subministrar enerxía eléctrica ás cargas conectadas, garantindo a estabilidade dos principais parámetros eléctricos (tensión e frecuencia).Isto mantéñenos dentro de límites predefinidos, capaces de soportar situacións de sobrecarga temporais.Nesta situación, o inversor está acoplado a un sistema de almacenamento de baterías para garantir unha subministración de enerxía consistente.

Os inversores conectados á rede, pola súa banda, son capaces de sincronizarse coa rede eléctrica á que están conectados porque, neste caso, a tensión e a frecuencia son"imposta”pola reixa principal.Estes inversores deben poder desconectarse en caso de falla na rede principal para evitar calquera posible subministración inversa da rede principal, que podería representar un grave perigo.

Figura 1 - Exemplo de sistema autónomo e sistema conectado á rede.Imaxe cortesía de Biblus.

2.Cal é o papel do condensador de bus

O propósito dun inversor é transformar unha tensión de forma de onda de CC nun sinal de CA para inxectar enerxía nunha carga (por exemplo, a rede eléctrica) a unha frecuencia determinada e cun ángulo de fase pequeno (φ ≈0).Na figura móstrase un circuíto simplificado para unha modulación de ancho de pulso (PWM) unipolar monofásico2 (o mesmo esquema xeral pódese estender a un sistema trifásico).Neste esquema, un sistema fotovoltaico, que actúa como fonte de tensión de CC con certa inductancia da fonte, dáse forma a un sinal de CA a través de catro interruptores IGBT en paralelo con díodos de roda libre.Estes interruptores son controlados na porta a través dun sinal PWM, que normalmente é a saída dun IC que compara unha onda portadora (xeralmente unha onda sinusoidal da frecuencia de saída desexada) e unha onda de referencia a unha frecuencia significativamente máis alta (normalmente unha onda triangular). a 5-20 kHz).A saída dos IGBTs está conformada nun sinal de CA axeitado para o seu uso ou inxección de reixa mediante a aplicación de varias topoloxías de filtros LC.

Obter cotización

Figura 2: Modulación de ancho pulsada (PWM) monofásicaconfiguración do inversor.Os interruptores IGBT, xunto co filtro de saída LC, configuran o sinal de entrada de CC nun sinal de CA utilizable.Isto induce aondulación de tensión nociva nos terminais fotovoltaicos.O autobúso capacitor está dimensionado para reducir esta onda.

O funcionamento dos IGBT introduce unha tensión de ondulación no terminal da matriz fotovoltaica.Esta onda é prexudicial para o funcionamento do sistema fotovoltaico, xa que a tensión nominal aplicada aos terminais debe manterse no punto de potencia máxima (MPP) da curva IV para extraer a maior potencia.Unha ondulación de tensión nos terminais fotovoltaicos fará oscilar a potencia extraída do sistema, o que resultará

unha potencia media de saída inferior (Figura 3).Engádese un capacitor ao bus para suavizar a ondulación de tensión.

Figura 3: Unha ondulación de tensión introducida nos terminais fotovoltaicos polo esquema do inversor PWM desvía a tensión aplicada do punto de potencia máxima (MPP) da matriz fotovoltaica.Isto introduce unha onda na potencia de saída da matriz de xeito que a potencia de saída media é inferior ao MPP nominal

A amplitude (pico a pico) da ondulación de tensión está determinada pola frecuencia de conmutación, a tensión fotovoltaica, a capacitancia do bus e a inductancia do filtro segundo:

onde:

VPV é a tensión continua do panel solar,

Cbus é a capacidade do capacitor do bus,

L é a inductancia dos indutores do filtro,

fPWM é a frecuencia de conmutación.

A ecuación (1) aplícase a un capacitor ideal que impide que a carga flúa polo capacitor durante a carga e despois descarga a enerxía situada no campo eléctrico sen resistencia.En realidade, ningún capacitor é ideal (Figura 4), senón que está composto por varios elementos.Ademais da capacitancia ideal, o dieléctrico non é perfectamente resistivo e unha pequena corrente de fuga flúe do ánodo ao cátodo ao longo dunha resistencia de derivación finita (Rsh), evitando a capacitancia dieléctrica (C).Cando a corrente a través do capacitor está a fluír, os pinos, as follas e o dieléctrico non conducen perfectamente e hai unha resistencia en serie equivalente (ESR) en serie coa capacidade.Finalmente, o capacitor almacena algo de enerxía no campo magnético, polo que hai unha inductancia en serie equivalente (ESL) en serie coa capacidade e ESR.

Figura 4: Circuíto equivalente dun condensador xenérico.Un capacitor écomposto por moitos elementos non ideais, incluíndo a capacidade dieléctrica (C), unha resistencia de derivación non infinita a través do dieléctrico que evita o capacitor, a resistencia en serie (ESR) e a inductancia en serie (ESL).

Incluso nun compoñente tan aparentemente sinxelo como un capacitor, existen múltiples elementos que poden fallar ou degradarse.Cada un destes elementos pode afectar o comportamento do inversor, tanto no lado de CA como de CC.Para determinar o efecto da degradación dos compoñentes do capacitor non ideais sobre a ondulación de tensión introducida nos terminais fotovoltaicos, simulouse un inversor unipolar de ponte H PWM (figura 2) usando SPICE.Os condensadores do filtro e os indutores mantéñense a 250 µF e 20 mH, respectivamente.Os modelos SPICE para os IGBT derívanse do traballo de Petrie et al. O sinal PWM, que controla os interruptores IGBT, está determinado por un comparador e un circuíto comparador inversor para os interruptores IGBT de lado alto e baixo, respectivamente.A entrada para os controis PWM é unha onda portadora sinusoidal de 9,5 V e 60 Hz e unha onda triangular de 10 V e 10 kHz.