file d127

2010 UPT-Dept. BFI: Sisteme PV - St. Haragus 1

Cap.6

INVERTOARE C.C.-C.A.


Introducere

Invertorul, impreuna cu modulele fotovoltaice, reprezinta o componenta esentiala a

unui sisteme fotovoltaice. El contriibuie la stabilirea costului unei instalatii

fotovoltaice, precum si la durata de functionare, fiind componenta cu o viata garantata

scurta - cca 5 ani - in comparatie cu cei 20 ani ai modulelor PV.

Principala functie a invertorului consista in conversia energiei de c.c. generata de

modulele PV in energie de c.a., necesara majoritatii tipurilor de consumatori.

Pe langa aceasta, invertorul mai indeplineste cateva functii de asemenea importante

pentru functionarea sistemului PV:

- urmarirea punctului de putere maxima al generatorului PV (MPPT)

- controlul diferitelor tipuri de protectii: la scurtcircuit, la punere la pamint, etc.


6.1 Invertorul in punte H

Cea mai raspandita topologie de invertor

este in punte H. O diagonala a puntii este

conectata la sursa de tensiune continua UDC ,

iar in cealalta este conectata sarcina. Fiecare

brat al puntii contine un element de comutatie

controlabil, de regula un tranzistor MOSFET

de putere sau un IGBT.

Cel mai simplu mod de comanda a acestor

comutatoare consta in inchiderea pentru un

interval de timp T/2 a comutatoarelor S1 si S4,

urmata de deschiderea lor si inchiderea

simultana a celorlalte doua (S2 si S3). Sarcina

este astfel alimentata cu o tensiune alternativa

UAC dreptunghiulara, de amplitudine UDC si

frecventa 1/T.


Acest mod de comanda este foarte simplu. Invertorul este ieftin si fiabil, dar forma de

unda rezulta are un factor de distorsiuni armonice (THD) foarte mare de cca. 40%,

care este inacceptabil in majoritatea aplicatiilor PV.

Reamintim ca factorul de distorsiuni armonice arata ponderea armonicilor superioare

(mai mari decat 1) fata de armonica fundamentala:

[%]100U

U

TDH1

2k

2k

⋅=

∑∞

=

unde U1 este valoarea efectiva a armonicii fundamentale, iar U2, U3, ... sunt valorile

efective ale armonicelor respective. Tinand cont de relatia

unde U este valoarea efectiva a tensiunii analizate, formula de definitie poate fi

rescrisa in forma

mai convenabila atat pentru calculul analitic al lui THD, cat si pentru determinarea

lui practica.

...UUU22

21

2++=

[%]100U

UUTDH

1

21

2

⋅−

=


Pentru a micsora THD, la iesirea invertorului se conecteaza un filtru LC trece-jos, care

atenueaza armonicile de ordin superior. Pentru o buna filtrare sunt necesare inductivitati

si capacitati mari, cu dezavantajele aferente (gabarit si greutate mari, pret de cost marit).

O solutie preferata de toate invertoarele comerciale folosite in sistemele PV consta in

comanda cu modulatie in durata a comutatoarelor (PWM). Duratele de conductie ale

comutatoarelor nu mai sunt fixe; ele rezulta prin compararea unui semnal sinusoidal de

referinta uref cu un semnal triunghiular ("purtatoarea") upurt.. Rezulta un sir de impulsuri

de latime variabila, cu proprietatea ca valoarea medie a unei perechi de impulsuri

succesive urmareste sinusoida semnalului de referinta.


Cu acest semnal se comanda comutatoarele puntii astfel incat impulsurile pozitive sa

comande inchiderea lui S1 si a lui S4, respectiv deschiderea lui S2 si S3, iar impulsurile

negative sa aibe efect complementar. Tensiunea la iesire variaza in timp la fel ca upwm,

intre +UDC si - UDC.

Spectrul de armonici al semnalului de iesire contine, pe langa o armonica de frecventa

1/T (T fiind perioada semnalului sinusoidal de referinta), o serie de armonici

superioare introduse prin semnalul triunghiular purtator. Daca se alege frecventa

acestuia suficient de mare (zeci kHz), frecventele armonicilor va fi si ele mari, iar

pentru atenuarea lor filtrul LC se poate realiza folosind inductivitati si capacitati mici,

cu consecinte favorabile privind gabaritul, greutatea si pretul invertorului.

Acest sistem este deosebit de convenabil in cazul invertoarelor conectate la retea, care

trebuie sa urmareasca fidel tensiunea retelei, lucru usor de realizat alegand ca tensiune

de referinta tocmai tensiunea retelei.


Principalele componente constructive ale unui invertor

1. Elementele de comutatie

(tranzistoare MOSFET, IGBT)


2. Blocul de comanda al

comutatoarelor,

implementat de regula

in tehnologie digitala.

Asigura si alte functii

importante, ca de

exemplu MPPT si

controlul anumitor

protectii.


3. Bobinele si condensatoarele filtrului trece-jos


4. Transformatorul de iesire. Unele invertoare sunt cuplate cu sarcina prin

intermediul unui transformator care, pe langa rolul de separare galvanica,

ridica tensiunea de la iesirea invertorului la valori necesare consumatorului,

sau la nivelul retelei de c.a.


6.2 Invertoare in sistemele PV conectate la retea

Aceste invertoare sunt conectate la reteaua publica de electricitate, deci tensiunea si

frecventa pe partea de c.a. trebuie sa se incadreze in limitele impuse de furnizorul local

de energie electrica. Blocul de control al invertorului monitorizeaza permanent reteaua,

adaptand parametrii lui de iesire la cei ai retelei.

O mentiune speciala se refera la protectia anti-insularizare: in caz ca reteaua este

deconectata, din varii motive, de la bara comuna cu invertorul, consumatorii alimentati

de la invertor raman sub tensiune, formand o "insula" energetizata intr-o mare de

deconectati. Acest fapt reprezinta un potential risc pentru echipele de interventie si in

multe tari exista normative care cer deconectarea invertorului de la bara comuna in

cazul aparitiei unei astfel de insule.


Interfatarea invertorului cu reteaua se poate realiza in urmatoarele moduri:

1. Folosind un transformator de joasa frecventa:

Monofazat

Filtrul trece-jos este conectat la intrarea transformatorului, deci acesta lucreaza la

joasa frecventa - fundamentala tensiunii de referinta a comenzii invertorului.

Transformatorul ridica tensiunea filtrata la nivelul cerut de retea. La joasa frecventa,

pentru a avea un randament de transfer ridicat, transformatorul necesita un numar

mare de spire si un transformator destul de masiv.


Varianta trifazata


2. Cu transformator de inalta frecventa

Transformatorul nu mai are functia de ridicare a tensiunii la nivelul cerut de retea; aceasta

functie o indeplineste un convertor c.c.-c.c. boost conectat la intrarea invertorului.

Transformatorul lucreaza la frecventa mare - frecventa de comutatie a puntii. Randamentul lui

de transfer este astfel foarte mare, transformatorul necesitand putine spire, iar miezul poate

avea sectiune mica. Rezulta astfel un transformator de mici dimensiuni, usor si ieftin. Se mai

observa ca filtrul este conectat dupa transformator.


3. Fara transformator


Invertorul mai contine si o serie de aparate de conectare/deconectare

comandate de protectiile controlate de blocul de comanda al invertorului.


6.3 Conectarea modulelor PV la intrarea invertoarelor

1. Individual: Fiecare invertor este

alimentat de la un singur modul PV, iar

iesirile de c.a. sunt conectate in paralel.

Solutia se foloseste daca conditiile de

iluminare ale modulelor sunt foarte

neuniforme, deci MPP - urile modulelor

sunt foarte diferite. Prin aceasta

conectare, fiecare modul este dus, de

catre invertorul respectiv, in MPP. Este o

solutie costisitoare.

Exista mai multe posibilitati de a asocia modulele PV cu invertoarele.


2. Pe siruri

Modulele sunt conectate in serie

(sir), fiecare sir fiind conectat la alt

invertor. Iesirile invertoarelor sunt

conectate in paralel pe retea.

Solutia se foloseste daca sirurile au

conditii de iluminare diferite, de

exemplu daca sunt situate pe peretii

exteriori diferiti ai unei cladiri.

Unele invertoare suporta mai multe

siruri in paralel. Solutia e

convenabila numai daca sirurile sunt

in aceleasi conditii de iluminare

intrucat invertorul are un singur

MPPT.


O varianta relativ economica o reprezinta invertorul multistring care are pentru

fiecare string cate o intrare de c.c. separata, respectiv un MPPT:


Din aceasta categorie face parte, de exemplu, invertorul SUNNY BOY 4000TL/5000TL, care

accepta o pereche de siruri, fiecare pereche la randul ei putand fi formata din doua siruri legate

in paralel.


3. Mixt

In cazul generatoarelor PV de mare

putere, cum este cazul parcurilor PV,

se folosesc invertoare de putere mai

mare, numite invertoare centrale, la

care se conecteaza o grupare mixta de

module PV.


6.4 Invertoare in sisteme PV autonome

In partile esentiale sunt similare invertoarelor din sistemele PV legate la retea.

Nu au sisteme de detectie a insularizarii energetice, intru-cat nu este cazul.

De regula contin si blocul de control al incarcarii acumulatoarelor.

Contin o serie de blocuri specifice functionarii independente


6.5 Randamentul invertoarelor. Euro-randamentul

Invertorul este blocul prin care puterea generata de modulele PV este procesata si

transferata consumatorilor de c.a.. Randamentul lui este deci un parametru foarte

important al unui sistem fotovoltaic.

Bilantul energetic pentru un invertor este descris de relatia

unde Pin este puterea la intrarea invertorului, Pies este puterea la iesire, Ppr reprezinta

consumul propriu, iar kPies sunt pierderi dependente de puterea de iesire.

Intrucat invertorul nu functioneaza tot timpul la puterea lui nominala, se defineste un

factor de utilizare p,

Randamentul invertorului poate fi exprimat in forma

nom

ies

P

Pp0 <<

nom

prin

ies

Pp

Pk1

1

P

P

⋅++

==η

iespriesin PkPPP ⋅++=

(1)


Randamentul unui invertor depinde de puterea debitata de acesta. In figura de mai jos

sunt prezenate ilustrativ curbele randamentului pentru doua invertoare.

Pentru a putea determina pierderile (k si Ppr) extragem din curba randamentului in

functie de puterea de iesire (sau din datele de catalog) valoarea randamentului la

sarcina nominala (Pies = Pnom, deci p =1), notata cu η100, si valoarea randamentului

la o sarcina de 10% din cea nominala (Pies =0,1Pnom, deci p = 0,1), notata cu η10.

Inlocuind aceste doua valori in rel.(1) obtinem:


nom

pr100

P1

Pk1

1

⋅++

=η

nom

pr10

P1,0

Pk1

1

⋅++

=η

Rezolvand acest sistem in raport cu Ppr si k, obtinem

η−

η=

10010

nompr

11

9

PP 1

9

1

9

10k

10100

−η⋅

−η⋅

=

Pentru calculul energetic a unui sistem PV care include un invertor este util un

randament mediu, care sa fie ponderat de o distributie probabilistica

corespunzatoare nivelului de iluminare zonal. Pentru nivelele de iluminare din

Europa centrala s-a definit un euro-randament prin urmatoarea relatie:

100503020105euro 2,048,01,013,006,003,0 η⋅+η⋅+η⋅+η⋅+η⋅+η⋅=η

Acest randament permite compararea diferitelor tipuri de invertoare intr-o gama

larga de puteri.


6.6 Invertoare folosite in sistemele PV pilot din cadrul

departamentului de BFI

In cadrul departamentului BFI al UPT exista doua sisteme PV, unul conectat la

reteaua de JT, care foloseste un invertor Sunny Boy 3000, respectiv un sistem PV

autonom, care foloseste un invertor Sunny Island 5048.


6.6.1 Date tehnice privind invertorul Sunny Island 5048




6.6.2 Date tehnice privind invertorul Sunny Boy 3000


Schema bloc


Date tehnice


Date tehnice - continuare


O comisie internationala (IEA PVPS ) a comparat mai multe tipuri de invertoare. Mai

jos sunt prezentate rezultatele pentru Sunny Boy 3000




Date post:	28-Apr-2015
Category:	Documents
Upload:	larisa-viorica-florian
View:	38 times
Download:	4 times

file d127

Documents