МНОГОКАНАЛЬНЫЙ СЕТЕВОЙ ИНВЕРТОР ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к преобразовательной технике, и может быть использована для преобразования напряжений от нескольких каналов солнечных батарей в сетевое напряжение.
Алгоритмы работы таких преобразователей (инверторов) имеют некоторые особенности, обусловленные физическими процессами в солнечных модулях.
Типичные вольт-амперные характеристики единичного солнечного модуля для разных интенсивностей облучения приведены на Фиг.1. Видно, что для каждой интенсивности облучения существует оптимальный ток, при котором мощность, отбираемая от модуля, максимальна.
Таким образом, при непрерывно меняющейся интенсивности облучения модуля даже при постоянной нагрузке необходимо все время искать точку максимальной мощности, этот способ в зарубежной литературе получил название Maximum power point tracking (MPPT). Описано достаточно много алгоритмов МРРТ[I,II,III], но в основном они сводятся к «рысканью» вокруг оптимальной точки по какому-то закону, т.е. реализуется один из классических численных способов поиска экстремума.
Чаще всего для согласования максимально возможного напряжения солнечного модуля и необходимого входного постоянного напряжения инвертора при реализации сетевых инверторов применяют одну из известных одноключевых схем преобразователей постоянного напряжения - понижающий преобразователь (Buck converter), повышающий преобразователь (Boost converter) или одну из схем повышающе - понижающих преобразователей (инвертирующего или Кука). При работе этих схем управление с помощью широтно-импульсной модуляции должно реализовывать выбранный алгоритм MPPT, чтобы отбирать от солнечного модуля максимальную в данный момент мощность.
К недостаткам использования перечисленных схем можно отнести невозможность отбирать для работы сетевого инвертора мощность от нескольких каналов с солнечными модулями, так как необходимо организовывать обратные связи в системах управления каждого канала таким образом, чтобы отбирать от разных модулей оптимальный в данный момент ток и чтобы выходные напряжения преобразователей всех каналов были равными и оптимальными для самого сетевого инвертора. Каждый из перечисленных однокаскадных преобразователей постоянного напряжения может оптимально выполнять только одну функцию - отбирать нужный ток от модуля или поддерживать нужное напряжение на входе сетевого инвертора.
Задача полезной модели - предложить универсальную структурную схему оптимального обслуживания нескольких каналов солнечных модулей, работающих на вход общего сетевого инвертора.
На Фиг.2 приведена предлагаемая структурная схема с двумя каналами обслуживания разных модулей. На этой схеме элементы L1, VT1, VD1, С1 образуют повышающий преобразователь входного напряжения с солнечного модуля СМ1 в повышенное напряжение на конденсаторе С1. В этой схеме с помощью микропроцессорной системы управления легко организовать ШИМ с обратной связью по входному току каскада таким образом, чтобы реализовать выбранный алгоритм МРРТ, при этом мощность, отбираемая от модуля СМ1, будет максимальна при данных условиях освещенности модуля СМ1. Фактически система управления должна поддерживать такой ток на входе, чтобы выбрать максимальную мощность с модуля.
Второй каскад, включающий VT2, VD2, L2, VD5, С3, работает как обычный понижающий DC/DC преобразователь. Обратная связь заведена от выходного напряжения на С3 (конденсатор входного фильтра инвертора) таким образом, чтобы стабилизировать это напряжение около величины, задаваемой сетью переменного тока, подключенной к выходу DC/AC инвертора через фильтр, состоящий из L5, L6, С4.
Напряжение на конденсаторе С3 должно быть таким, чтобы с помощью алгоритма ШИМ инвертор вырабатывал синфазное с сетью напряжение с амплитудой, позволяющей скомпенсировать падение напряжения на выходном фильтре.
Второй солнечный модуль СМ2 находится в других условиях по освещенности, и цепочка независимых повышающего и понижающего DC/DC преобразователей, аналогичных верхнему каналу, будет работать при таких параметрах ШИМ, которые обеспечат отбор максимальной мощности с этого модуля. Общим для этих двух каналов является конденсатор С3, от которого питается сетевой инвертор.
Блок питания ИП должен быть запитан от того модуля, с которого в данный момент может быть снята максимальная мощность.
Таким образом, предлагаемая схема разделяет и делает оптимальными способы организации обратных связей для управления входным током и выходным напряжением в каждом канале.
Число параллельных каналов солнечных модулей может быть увеличено.
Источники информации:
1. D.P.Hohm, М.Е.Ropp Comparative Study of Maximum Power Point Tracking Algorithms. Progress in fotovoltaics: Research and applications. Prog. Photovolt: Res. Appl. 2003; 11:47-62. pp.48-61.
2. Hannes Knopf Analysis, simulation, and evaluation of maximum power point tracking methods for a solar powered vehicle. A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of master of science in electrical and computer engineering. Portland State University/1999.
3. Dave Freeman Introduction to Photovoltaic Systems Maximum Power Point Tracking. Texas Instruments. Application report SLVA446 - November 2010.