Razsmerniki spadajo v veliko skupino statičnih pretvornikov, kamor spada veliko današnjih'naprave, ki lahko"pretvoriti"električni parametri na vhodu, kot sta napetost in frekvenca, da se ustvari izhod, ki je združljiv z zahtevami obremenitve.

Na splošno so razsmerniki naprave, ki lahko pretvarjajo enosmerni tok v izmenični tok in so precej pogoste v industrijski avtomatizaciji in električnih pogonih. Arhitektura in zasnova različnih tipov razsmernikov se razlikujeta glede na posamezno aplikacijo, tudi če je njihov glavni namen enak (pretvorba enosmernega v izmenični tok).

1. Samostojni in omrežno priključeni razsmerniki

Razsmerniki, ki se uporabljajo v fotovoltaičnih aplikacijah, so zgodovinsko razdeljeni v dve glavni kategoriji:

:Samostojni razsmerniki

:Razsmerniki, priključeni na omrežje

Samostojni razsmerniki so namenjeni aplikacijam, kjer sončna elektrarna ni priključena na glavno omrežje za distribucijo energije. Razsmernik lahko dovaja električno energijo priključenim bremenom in zagotavlja stabilnost glavnih električnih parametrov (napetosti in frekvence). To jih ohranja znotraj vnaprej določenih omejitev in jih lahko prenese začasne preobremenitve. V tem primeru je razsmernik povezan s sistemom za shranjevanje energije v baterijah, da se zagotovi dosledna oskrba z energijo.

Razsmerniki, priključeni na omrežje, pa se lahko sinhronizirajo z električnim omrežjem, na katerega so priključeni, ker sta v tem primeru napetost in frekvenca"vsiljeno"iz glavnega omrežja. Ti razsmerniki morajo biti sposobni odklopiti se, če glavno omrežje izpade, da se prepreči morebitna povratna napetost glavnega omrežja, ki bi lahko predstavljala resno nevarnost.

Slika 1 - Primer samostojnega sistema in sistema, povezanega z omrežjem. Slika je last Biblusa.

2. Kakšna je vloga kondenzatorja vodila

Namen razsmernika je pretvoriti enosmerno valovno napetost v izmenični signal, da bi v obremenitev (npr. električno omrežje) vbrizgal energijo pri določeni frekvenci in z majhnim faznim kotom (φ ≈0). Poenostavljeno vezje za enofazno unipolarno pulzno-širinsko modulacijo (PWM) je prikazano na sliki2 (ista splošna shema se lahko razširi na trifazni sistem). V tej shemi se fotonapetostni sistem, ki deluje kot vir enosmerne napetosti z nekaj induktivnosti vira, oblikuje v izmenični signal prek štirih IGBT stikal, vzporedno povezanih z diodami za prosti tek. Ta stikala so na vratih krmiljena s PWM signalom, ki je običajno izhod integriranega vezja, ki primerja nosilni val (običajno sinusni val želene izhodne frekvence) in referenčni val na bistveno višji frekvenci (običajno trikotni val pri 5–20 kHz). Izhod IGBT-jev se oblikuje v izmenični signal, primeren za uporabo ali vbrizgavanje v omrežje, z uporabo različnih topologij LC filtrov.

Pridobi ponudbo

Slika 2: Enofazna pulzno-širinska modulacija (PWM)nastavitev razsmernika. IGBT stikala skupaj z izhodnim LC filtrom oblikujejo vhodni enosmerni signal v uporaben izmenični signal. To povzročiškodljivo valovanje napetosti na PV priključkih. VodiloKondenzator je dimenzioniran tako, da zmanjša to valovanje.

Delovanje IGBT-jev povzroča valovanje napetosti na priključkih fotonapetostnega sistema. To valovanje je škodljivo za delovanje fotonapetostnega sistema, saj mora biti nazivna napetost, ki se uporablja na priključkih, na točki največje moči (MPP) IV krivulje, da se izvleče največ moči. Valovanje napetosti na fotonapetostnih priključkih bo nihalo moč, ki se izvleče iz sistema, kar bo povzročilo...

nižja povprečna izhodna moč (slika 3). Na vodilo je dodan kondenzator, da se zgladi valovanje napetosti.

Slika 3: Valovanje napetosti, ki ga na PV priključke vnese shema PWM inverterja, premakne uporabljeno napetost z točke največje moči (MPP) PV niza. To povzroči valovanje v izhodni moči niza, tako da je povprečna izhodna moč nižja od nazivne MPP.

Amplitudo (od vrha do vrha) valovanja napetosti določajo preklopna frekvenca, napetost PV, kapacitivnost vodila in induktivnost filtra v skladu z:

kjer:

VPV je enosmerna napetost sončne celice,

Cbus je kapacitivnost kondenzatorja vodila,

L je induktivnost filtrirnih induktorjev,

fPWM je preklopna frekvenca.

Enačba (1) velja za idealen kondenzator, ki preprečuje pretok naboja skozi kondenzator med polnjenjem in nato brez upora prazni energijo, ki se nahaja v električnem polju. V resnici noben kondenzator ni idealen (slika 4), ampak je sestavljen iz več elementov. Poleg idealne kapacitivnosti dielektrik ni popolnoma uporoven in majhen uhajalni tok teče od anode do katode vzdolž končne shuntne upornosti (Rsh), ki obide dielektrično kapacitivnost (C). Ko tok teče skozi kondenzator, nožice, folije in dielektrik niso popolnoma prevodni in zaporedno s kapacitivnostjo je ekvivalentna serijska upornost (ESR). Konec koncev kondenzator shrani nekaj energije v magnetnem polju, zato je zaporedno s kapacitivnostjo in ESR enakovredna serijska induktivnost (ESL).

Slika 4: Nadomestno vezje generičnega kondenzatorja. Kondenzator jesestavljen iz številnih neidealnih elementov, vključno z dielektrično kapacitivnostjo (C), neneskončno premostitveno upornostjo skozi dielektrik, ki obide kondenzator, zaporedno upornostjo (ESR) in zaporedno induktivnostjo (ESL).

Tudi v komponenti, ki je na videz tako preprosta, kot je kondenzator, obstaja več elementov, ki lahko odpovejo ali se poškodujejo. Vsak od teh elementov lahko vpliva na delovanje razsmernika, tako na izmenični kot na enosmerni strani. Da bi ugotovili vpliv degradacije neidealnih komponent kondenzatorja na valovanje napetosti, ki se pojavi na fotonapetostnih priključkih, je bil z uporabo SPICE simuliran unipolarni razsmernik PWM z H-mostom (slika 2). Filtrirni kondenzatorji in induktorji so nastavljeni na 250 µF oziroma 20 mH. SPICE modeli za IGBT-je so izpeljani iz dela Petrieja in sodelavcev. PWM signal, ki krmili IGBT stikala, določa primerjalno in invertirajoče primerjalno vezje za visokonapetostna in nizkonapetostna IGBT stikala. Vhod za PWM krmiljenje sta sinusni nosilni val 9,5 V, 60 Hz in trikotni val 10 V, 10 kHz.