सौर इन्व्हर्टरचे तत्व आणि वापर

सध्या, चीनची फोटोव्होल्टेइक वीज निर्मिती प्रणाली ही प्रामुख्याने डीसी प्रणाली आहे, जी सौर बॅटरीद्वारे निर्माण होणारी विद्युत ऊर्जा चार्ज करण्यासाठी असते आणि बॅटरी थेट लोडला वीज पुरवते. उदाहरणार्थ, वायव्य चीनमधील सौर घरगुती प्रकाश व्यवस्था आणि ग्रिडपासून दूर असलेल्या मायक्रोवेव्ह स्टेशन वीज पुरवठा प्रणाली ही सर्व डीसी प्रणाली आहेत. या प्रकारच्या प्रणालीची रचना सोपी आहे आणि त्याची किंमत कमी आहे. तथापि, वेगवेगळ्या लोड डीसी व्होल्टेजमुळे (जसे की 12V, 24V, 48V, इ.), प्रणालीचे मानकीकरण आणि सुसंगतता प्राप्त करणे कठीण आहे, विशेषतः नागरी उर्जेसाठी, कारण बहुतेक एसी लोड डीसी पॉवरसह वापरले जातात. फोटोव्होल्टेइक वीज पुरवठ्यासाठी वस्तू म्हणून बाजारात वीज पुरवठा करणे कठीण आहे. याव्यतिरिक्त, फोटोव्होल्टेइक वीज निर्मिती अखेरीस ग्रिड-कनेक्टेड ऑपरेशन साध्य करेल, ज्याला एक परिपक्व बाजार मॉडेल स्वीकारावे लागेल. भविष्यात, एसी फोटोव्होल्टेइक वीज निर्मिती प्रणाली फोटोव्होल्टेइक वीज निर्मितीचा मुख्य प्रवाह बनतील.
इन्व्हर्टर वीज पुरवठ्यासाठी फोटोव्होल्टेइक वीज निर्मिती प्रणालीच्या आवश्यकता

एसी पॉवर आउटपुट वापरणाऱ्या फोटोव्होल्टेइक पॉवर जनरेशन सिस्टममध्ये चार भाग असतात: फोटोव्होल्टेइक अॅरे, चार्ज आणि डिस्चार्ज कंट्रोलर, बॅटरी आणि इन्व्हर्टर (ग्रिड-कनेक्टेड पॉवर जनरेशन सिस्टम सामान्यतः बॅटरी वाचवू शकते), आणि इन्व्हर्टर हा मुख्य घटक आहे. फोटोव्होल्टेइकमध्ये इन्व्हर्टरसाठी जास्त आवश्यकता असतात:

१. उच्च कार्यक्षमता आवश्यक आहे. सध्या सौर पेशींच्या किमती जास्त असल्याने, सौर पेशींचा जास्तीत जास्त वापर करण्यासाठी आणि प्रणालीची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी, इन्व्हर्टरची कार्यक्षमता सुधारण्याचा प्रयत्न करणे आवश्यक आहे.

२. उच्च विश्वासार्हता आवश्यक आहे. सध्या, फोटोव्होल्टेइक वीज निर्मिती प्रणाली प्रामुख्याने दुर्गम भागात वापरल्या जातात आणि अनेक वीज केंद्रे दुर्लक्षित आणि देखभाल केलेली असतात. यासाठी इन्व्हर्टरमध्ये वाजवी सर्किट रचना, कठोर घटक निवड आणि इनव्हर्टरमध्ये इनपुट डीसी पोलॅरिटी कनेक्शन संरक्षण, एसी आउटपुट शॉर्ट सर्किट संरक्षण, ओव्हरहाटिंग, ओव्हरलोड संरक्षण इत्यादी विविध संरक्षण कार्ये असणे आवश्यक आहे.

३. डीसी इनपुट व्होल्टेजमध्ये विस्तृत अनुकूलन असणे आवश्यक आहे. बॅटरीचा टर्मिनल व्होल्टेज भार आणि सूर्यप्रकाशाच्या तीव्रतेसह बदलत असल्याने, जरी बॅटरीचा बॅटरी व्होल्टेजवर महत्त्वाचा प्रभाव पडतो, तरीही बॅटरीची उर्वरित क्षमता आणि अंतर्गत प्रतिकार बदलल्याने बॅटरी व्होल्टेजमध्ये चढ-उतार होतात. विशेषतः जेव्हा बॅटरी जुनी होत असते तेव्हा तिचा टर्मिनल व्होल्टेज मोठ्या प्रमाणात बदलतो. उदाहरणार्थ, १२ व्ही बॅटरीचा टर्मिनल व्होल्टेज १० व्ही ते १६ व्ही पर्यंत बदलू शकतो. यासाठी इन्व्हर्टरला मोठ्या डीसीवर ऑपरेट करणे आवश्यक आहे. इनपुट व्होल्टेज श्रेणीमध्ये सामान्य ऑपरेशन सुनिश्चित करा आणि एसी आउटपुट व्होल्टेजची स्थिरता सुनिश्चित करा.

४. मध्यम आणि मोठ्या क्षमतेच्या फोटोव्होल्टेइक पॉवर जनरेशन सिस्टीममध्ये, इन्व्हर्टर पॉवर सप्लायचे आउटपुट कमी विकृतीसह साइन वेव्ह असले पाहिजे. कारण मध्यम आणि मोठ्या क्षमतेच्या सिस्टीममध्ये, जर स्क्वेअर वेव्ह पॉवर वापरली गेली तर आउटपुटमध्ये अधिक हार्मोनिक घटक असतील आणि उच्च हार्मोनिक्स अतिरिक्त नुकसान निर्माण करतील. अनेक फोटोव्होल्टेइक पॉवर जनरेशन सिस्टीममध्ये कम्युनिकेशन किंवा इन्स्ट्रुमेंटेशन उपकरणांचा समावेश असतो. पॉवर ग्रिडच्या गुणवत्तेसाठी उपकरणांची उच्च आवश्यकता असते. जेव्हा मध्यम आणि मोठ्या क्षमतेच्या फोटोव्होल्टेइक पॉवर जनरेशन सिस्टीम ग्रिडशी जोडल्या जातात, तेव्हा सार्वजनिक ग्रिडसह वीज प्रदूषण टाळण्यासाठी, इन्व्हर्टरला साइन वेव्ह करंट आउटपुट करणे देखील आवश्यक असते.

इन्व्हर्टर डायरेक्ट करंटला अल्टरनेटिंग करंटमध्ये रूपांतरित करतो. जर डायरेक्ट करंट व्होल्टेज कमी असेल, तर तो अल्टरनेटिंग करंट ट्रान्सफॉर्मरद्वारे बूस्ट केला जातो जेणेकरून मानक अल्टरनेटिंग करंट व्होल्टेज आणि वारंवारता मिळेल. मोठ्या-क्षमतेच्या इन्व्हर्टरसाठी, उच्च डीसी बस व्होल्टेजमुळे, एसी आउटपुटला सामान्यतः 220V पर्यंत व्होल्टेज वाढविण्यासाठी ट्रान्सफॉर्मरची आवश्यकता नसते. मध्यम आणि लहान-क्षमतेच्या इन्व्हर्टरमध्ये, डीसी व्होल्टेज तुलनेने कमी असते, जसे की 12V, 24V साठी, बूस्ट सर्किट डिझाइन करणे आवश्यक आहे. मध्यम आणि लहान-क्षमतेच्या इन्व्हर्टरमध्ये सामान्यतः पुश-पुल इन्व्हर्टर सर्किट, फुल-ब्रिज इन्व्हर्टर सर्किट आणि उच्च-फ्रिक्वेन्सी बूस्ट इन्व्हर्टर सर्किट समाविष्ट असतात. पुश-पुल सर्किट बूस्ट ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल प्लगला पॉझिटिव्ह पॉवर सप्लायशी जोडतात आणि दोन पॉवर ट्यूब पर्यायी काम करतात, आउटपुट एसी पॉवर, कारण पॉवर ट्रान्झिस्टर कॉमन ग्राउंडशी जोडलेले असतात, ड्राइव्ह आणि कंट्रोल सर्किट सोपे असतात आणि ट्रान्सफॉर्मरमध्ये विशिष्ट लीकेज इंडक्टन्स असल्याने, ते शॉर्ट-सर्किट करंट मर्यादित करू शकते, अशा प्रकारे सर्किटची विश्वासार्हता सुधारते. तोटा असा आहे की ट्रान्सफॉर्मरचा वापर कमी आहे आणि प्रेरक भार चालविण्याची क्षमता कमी आहे.
फुल-ब्रिज इन्व्हर्टर सर्किट पुश-पुल सर्किटच्या कमतरतांवर मात करते. पॉवर ट्रान्झिस्टर आउटपुट पल्स रुंदी समायोजित करतो आणि आउटपुट एसी व्होल्टेजचे प्रभावी मूल्य त्यानुसार बदलते. सर्किटमध्ये फ्रीव्हीलिंग लूप असल्याने, प्रेरक भारांसाठी देखील, आउटपुट व्होल्टेज वेव्हफॉर्म विकृत होणार नाही. या सर्किटचा तोटा असा आहे की वरच्या आणि खालच्या आर्म्सचे पॉवर ट्रान्झिस्टर जमिनीवर शेअर करत नाहीत, म्हणून एक समर्पित ड्राइव्ह सर्किट किंवा आयसोलेटेड पॉवर सप्लाय वापरणे आवश्यक आहे. याव्यतिरिक्त, वरच्या आणि खालच्या ब्रिज आर्म्सचे सामान्य वहन रोखण्यासाठी, एक सर्किट बंद करण्यासाठी आणि नंतर चालू करण्यासाठी डिझाइन केले पाहिजे, म्हणजेच, एक डेड टाइम सेट करणे आवश्यक आहे आणि सर्किटची रचना अधिक क्लिष्ट आहे.

पुश-पुल सर्किट आणि फुल-ब्रिज सर्किटच्या आउटपुटमध्ये स्टेप-अप ट्रान्सफॉर्मर जोडणे आवश्यक आहे. स्टेप-अप ट्रान्सफॉर्मर आकाराने मोठा, कार्यक्षमता कमी आणि महाग असल्याने, पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स आणि मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स तंत्रज्ञानाच्या विकासासह, उच्च-फ्रिक्वेन्सी स्टेप-अप रूपांतरण तंत्रज्ञानाचा वापर उलट साध्य करण्यासाठी केला जातो. तो उच्च पॉवर घनता इन्व्हर्टर साकार करू शकतो. या इन्व्हर्टर सर्किटचा फ्रंट-स्टेज बूस्ट सर्किट पुश-पुल स्ट्रक्चर स्वीकारतो, परंतु कार्यरत वारंवारता 20KHz पेक्षा जास्त आहे. बूस्ट ट्रान्सफॉर्मर उच्च-फ्रिक्वेन्सी मॅग्नेटिक कोर मटेरियल स्वीकारतो, म्हणून तो आकाराने लहान आणि वजनाने हलका आहे. उच्च-फ्रिक्वेन्सी इन्व्हर्जन नंतर, ते उच्च-फ्रिक्वेन्सी ट्रान्सफॉर्मरद्वारे उच्च-फ्रिक्वेन्सी अल्टरनेटिंग करंटमध्ये रूपांतरित केले जाते आणि नंतर उच्च-फ्रिक्वेन्सी रेक्टिफायर फिल्टर सर्किटद्वारे उच्च-व्होल्टेज डायरेक्ट करंट (सामान्यत: 300V पेक्षा जास्त) प्राप्त केला जातो आणि नंतर पॉवर फ्रिक्वेन्सी इन्व्हर्टर सर्किटद्वारे उलट केला जातो.

या सर्किट स्ट्रक्चरमुळे, इन्व्हर्टरची पॉवर मोठ्या प्रमाणात सुधारली जाते, इन्व्हर्टरचा नो-लोड लॉस अनुरूप कमी होतो आणि कार्यक्षमता सुधारली जाते. सर्किटचा तोटा असा आहे की सर्किट गुंतागुंतीचे आहे आणि वरील दोन सर्किटपेक्षा त्याची विश्वासार्हता कमी आहे.

इन्व्हर्टर सर्किटचे नियंत्रण सर्किट

वर उल्लेख केलेल्या इन्व्हर्टरचे सर्व मुख्य सर्किट कंट्रोल सर्किटद्वारे साकार करणे आवश्यक आहे. साधारणपणे, दोन नियंत्रण पद्धती आहेत: स्क्वेअर वेव्ह आणि पॉझिटिव्ह आणि कमकुवत वेव्ह. स्क्वेअर वेव्ह आउटपुटसह इन्व्हर्टर पॉवर सप्लाय सर्किट सोपे, कमी किमतीचे, परंतु कार्यक्षमतेत कमी आणि हार्मोनिक घटकांमध्ये मोठे आहे. . साइन वेव्ह आउटपुट हा इन्व्हर्टरचा विकास ट्रेंड आहे. मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स तंत्रज्ञानाच्या विकासासह, PWM फंक्शन्स असलेले मायक्रोप्रोसेसर देखील बाहेर आले आहेत. म्हणून, साइन वेव्ह आउटपुटसाठी इन्व्हर्टर तंत्रज्ञान परिपक्व झाले आहे.

१. स्क्वेअर वेव्ह आउटपुट असलेले इन्व्हर्टर सध्या बहुतेकदा पल्स-विड्थ मॉड्युलेशन इंटिग्रेटेड सर्किट्स वापरतात, जसे की SG 3 525, TL 494 आणि असेच. सरावाने सिद्ध केले आहे की SG3525 इंटिग्रेटेड सर्किट्सचा वापर आणि स्विचिंग पॉवर घटक म्हणून पॉवर FETs चा वापर तुलनेने उच्च कार्यक्षमता आणि किंमत इन्व्हर्टर साध्य करू शकतो. कारण SG3525 मध्ये पॉवर FETs थेट चालविण्याची क्षमता आहे आणि त्यात अंतर्गत संदर्भ स्रोत आणि ऑपरेशनल अॅम्प्लिफायर आणि अंडरव्होल्टेज संरक्षण कार्य आहे, म्हणून त्याचे परिधीय सर्किट खूप सोपे आहे.

२. साइन वेव्ह आउटपुटसह इन्व्हर्टर कंट्रोल इंटिग्रेटेड सर्किट, साइन वेव्ह आउटपुटसह इन्व्हर्टरचे कंट्रोल सर्किट मायक्रोप्रोसेसरद्वारे नियंत्रित केले जाऊ शकते, जसे की INTEL कॉर्पोरेशनने उत्पादित केलेले आणि मोटोरोला कंपनीने उत्पादित केलेले ८० C १९६ MC. MI-CRO CHIP कंपनीने उत्पादित केलेले MP १६ आणि PI C १६ C ७३, इत्यादी. या सिंगल-चिप संगणकांमध्ये अनेक PWM जनरेटर आहेत आणि ते वरच्या आणि वरच्या ब्रिज आर्म्स सेट करू शकतात. डेड टाइम दरम्यान, साइन वेव्ह आउटपुट सर्किट साकार करण्यासाठी INTEL कंपनीचे ८० C १९६ MC, साइन वेव्ह सिग्नल जनरेशन पूर्ण करण्यासाठी ८० C १९६ MC वापरा आणि व्होल्टेज स्थिरीकरण साध्य करण्यासाठी AC आउटपुट व्होल्टेज शोधा.

इन्व्हर्टरच्या मुख्य सर्किटमध्ये पॉवर उपकरणांची निवड

च्या मुख्य पॉवर घटकांची निवडइन्व्हर्टरहे खूप महत्वाचे आहे. सध्या, सर्वात जास्त वापरल्या जाणाऱ्या पॉवर घटकांमध्ये डार्लिंग्टन पॉवर ट्रान्झिस्टर (BJT), पॉवर फील्ड इफेक्ट ट्रान्झिस्टर (MOS-F ET), इन्सुलेटेड गेट ट्रान्झिस्टर (IGB) आणि टर्न-ऑफ थायरिस्टर (GTO) इत्यादींचा समावेश आहे. लहान-क्षमतेच्या कमी-व्होल्टेज सिस्टीममध्ये सर्वात जास्त वापरले जाणारे उपकरण MOS FET आहेत, कारण MOS FET मध्ये ऑन-स्टेट व्होल्टेज ड्रॉप कमी आणि जास्त आहे. IG BT ची स्विचिंग फ्रिक्वेन्सी सामान्यतः उच्च-व्होल्टेज आणि मोठ्या-क्षमतेच्या सिस्टीममध्ये वापरली जाते. याचे कारण असे की MOS FET चा ऑन-स्टेट रेझिस्टन्स व्होल्टेज वाढल्याने वाढतो आणि IG BT मध्यम-क्षमतेच्या सिस्टीममध्ये जास्त फायदा घेतो, तर सुपर-लार्ज-क्षमतेच्या (100 kVA पेक्षा जास्त) सिस्टीममध्ये, GTO सामान्यतः पॉवर घटक म्हणून वापरले जातात.