Fotovoltaični razsmerniki, povezani z omrežjem, so bistvene ključne komponente v fotonapetostnih sistemih za proizvodnjo električne energije, ki se večinoma uporabljajo kot namenski inverterski viri energije na področju sončne fotovoltaične proizvodnje energije. Razsmerniki, povezani z omrežjem, pretvarjajo izmenični tok, ki ga ustvarijo sončni kolektorji, v izmenični tok, ki ga je mogoče neposredno povezati z električnim omrežjem prek tehnologije pretvorbe električne energije. Spoznajmo načelo delovanja fotovoltaičnih omrežnih pretvornikov in njihovo vlogo v fotonapetostnih sistemih za proizvodnjo električne energije.
1 Načelo delovanja fotovoltaičnega pretvornika, povezanega z omrežjem
Ko je javno električno omrežje prekinjeno, je stran omrežja enakovredna stanju kratkega stika in pretvornik, priključen na omrežje, se samodejno zaščiti pred preobremenitvijo. Ko mikroprocesor zazna preobremenitev, bo poleg blokiranja signala SPWM odklopil tudi odklopnik, povezan z omrežjem. Če ima niz sončnih celic izhodno energijo, bo pretvornik deloval v ločenem delovnem stanju. Pri samostojnem delovanju je krmiljenje razmeroma preprosto, kar je stanje negativne povratne zveze izmenične napetosti. Mikroprocesor zazna izhodno napetost pretvornika in jo primerja z referenčno napetostjo (običajno 220 V), nato pa nadzoruje izhodni delovni cikel PWM, da doseže pretvornik in delovanje regulacije napetosti.
Seveda pa je predpogoj za samostojno delovanje, da lahko polje sončnih celic v tem trenutku zagotavlja zadostno moč. Če je obremenitev prevelika ali so pogoji sončne svetlobe slabi, pretvornik ne more oddajati zadostne moči in napetost na sponki niza sončnih celic bo padla, kar bo povzročilo zmanjšanje izhodne izmenične napetosti in vstop v nizkonapetostno zaščito. Ko se električno omrežje ponovno vzpostavi, se samodejno preklopi v stanje povratne informacije.
2 Vloga fotovoltaičnih omrežnih razsmernikov
Inverterji nimajo samo funkcije pretvorbe neposrednega v izmenični tok, ampak imajo tudi funkcijo maksimiranja učinkovitosti sončnih celic in zaščite pred napakami sistema. Če povzamemo, obstajajo funkcije samodejnega delovanja in izklopa, funkcija nadzora sledenja največje moči, funkcija proti izoliranemu delovanju (za sisteme, povezane z omrežjem), funkcija samodejnega prilagajanja napetosti (za sisteme, povezane z omrežjem), funkcija zaznavanja enosmernega toka (za sisteme, povezane z omrežjem) in Funkcija zaznavanja ozemljitve DC (za sisteme, povezane z omrežjem).
1. Samodejno delovanje in funkcija izklopa
Zjutraj po sončnem vzhodu se intenzivnost sončnega obsevanja postopoma poveča, temu primerno se poveča tudi moč sončne celice. Ko je dosežena izhodna moč, ki je potrebna za delovanje pretvornika, pretvornik samodejno začne delovati. Po vstopu v delovanje pretvornik stalno spremlja izhod modulov sončnih celic. Dokler je izhodna moč modulov sončnih celic večja od izhodne moči, ki je potrebna za delovanje pretvornika, bo pretvornik še naprej deloval; Do sončnega zahoda lahko razsmernik deluje tudi v deževnih dneh. Ko se izhodna moč modula sončne celice zmanjša in se izhodna moč pretvornika približa ničli, pretvornik preide v stanje pripravljenosti.
2. Funkcija nadzora sledenja največje moči
Izhodna moč modulov sončnih celic se spreminja z intenzivnostjo sončnega sevanja in temperaturo samega modula sončnih celic (temperatura čipa). Poleg tega zaradi značilnosti padanja napetosti z naraščanjem toka v modulih sončnih celic obstaja optimalna delovna točka, ki lahko doseže največjo moč. Intenzivnost sončnega obsevanja se nenehno spreminja, očitno pa se spreminja tudi optimalna delovna točka. V primerjavi s temi spremembami, ki ohranjajo delovno točko modula sončne celice na točki največje moči, sistem vedno pridobi največjo izhodno moč iz modula sončne celice in ta nadzor se imenuje nadzor sledenja največje moči. Največja značilnost pretvornikov, ki se uporabljajo v sistemih za proizvodnjo sončne energije, je vključitev funkcije sledenja maksimalne moči (MPPT).
3. Funkcija zaznavanja omrežja in povezave z omrežjem
Pred proizvodnjo električne energije, povezane z omrežjem, mora omrežni pretvornik prevzeti moč iz omrežja, zaznati napetost, frekvenco, zaporedje faz in druge parametre prenosa električne energije v omrežju, nato pa prilagoditi parametre lastne proizvodnje električne energije, da bodo skladni z električni parametri omrežja. Po tem se lahko zaključi proizvodnja električne energije, povezana z omrežjem.
4. Funkcija prehoda brez (nizke) napetosti
Ko nesreče ali motnje v elektroenergetskem sistemu povzročijo začasen padec napetosti na omrežnem priključku fotovoltaične elektrarne, lahko fotovoltaična elektrarna zagotovi neprekinjeno delovanje brez odklopa v določenem območju in časovnem intervalu padca napetosti.
5. Odkrivanje in nadzor otočnega učinka
Med normalno proizvodnjo električne energije je sistem za proizvodnjo električne energije, povezan s fotovoltaičnim omrežjem, povezan z električnim omrežjem in omrežju oddaja aktivno moč. Ko pa omrežje izgubi moč, lahko sistem za proizvodnjo električne energije, povezan s fotovoltaičnim omrežjem, še naprej deluje in deluje neodvisno od lokalnih obremenitev, pojav, znan kot otočni učinek. Ko se v razsmernikih pojavi izolacija, predstavlja veliko varnostno nevarnost za osebno varnost, delovanje omrežja in sam razsmernik. Zato standard za priključitev na omrežje za razsmernike določa, da morajo imeti fotonapetostni razsmerniki, povezani v omrežje, funkcije zaznavanja in krmiljenja otočkov.