Micro-inversor con paneles solares para sistema de almacenamiento de energía doméstico

Además de los inversores centralizados y de cadena, los nuevos sistemas de energía también incluyen micro{0}}inversores, que son fáciles de instalar y configurar de forma flexible. Como sugiere el nombre, los micro-inversores tienen un bajo consumo de energía y, por lo tanto, generalmente están conectados a uno o unos pocos paneles solares. Como inversor, un micro-inversor convierte la energía CC de bajo-voltaje de los paneles fotovoltaicos en energía CA para la red eléctrica local. Mientras que el voltaje de un panel fotovoltaico suele rondar los 50 V, el voltaje de la red de CA puede alcanzar cientos de voltios. Esta alta relación de voltaje-a-corriente impone altas exigencias a la ganancia del convertidor. El uso de un convertidor PWM convencional no-aislado en esta situación daría como resultado ciclos de trabajo altos o bajos para los interruptores, lo que resultaría en una baja eficiencia del convertidor y una tensión significativa en los dispositivos de alimentación. Naturalmente, la incorporación de un inductor o transformador acoplado al convertidor para lograr una adaptación de voltaje a través de la relación de vueltas se ha convertido en una solución preferida para los micro-inversores.

Funcionalmente, un micro{0}}inversor debe proporcionar tres funciones: apagado rápido (RSD), seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) e inversión. RSD se propuso en la conferencia NEC en 2014. Su propósito es desconectar rápidamente los paneles fotovoltaicos del bus de CC en caso de incendio u otro desastre, garantizando la seguridad de los bomberos. MPPT es bien-conocido por quienes trabajan en la industria fotovoltaica y se ha presentado en artículos anteriores. Sin embargo, a diferencia de los circuitos MPPT tradicionales centralizados o de cadena, esta función en los microinversores no requiere necesariamente un circuito elevador; También se pueden utilizar otros circuitos, como buck, full-bridge y flyback. Esto se debe principalmente a la diversidad de circuitos posteriores.

Un micro-inversor es un pequeño dispositivo inversor instalado directamente detrás de uno o varios paneles fotovoltaicos, que convierte la energía CC del panel en energía CA conectada-a la red. Su principal ventaja radica en su función MPPT (Seguimiento del punto de máxima potencia) independiente para cada panel, maximizando la generación de energía cuando hay desajuste entre paneles o sombreado parcial. También limita el voltaje CC del sistema a un nivel bajo de<60 V, reducing the risk of fire and electric shock.

En términos de estructura de circuito, los micro-inversores han evolucionado de varias-etapas a dos-etapas y luego a una-etapa única [1]. Cuando la electricidad se genera a partir de paneles fotovoltaicos y se conecta en paralelo a la red de CA, cuantas menos etapas de conversión, mayor será la eficiencia. Un microinversor- de varias-etapas o de dos-etapas. Consta de una etapa-DC/DC frontal y una etapa-DC/AC trasera. La etapa-CC/CC frontal tiene MPPT y funciones de refuerzo, elevando el voltaje al voltaje del bus de CC requerido para la inversión, y la etapa-CC/CA trasera se invierte y se conecta a la red.

Los microinversores de dos-etapas se subdividen en dos tipos: fuente de voltaje y fuente de corriente. El tipo de fuente de voltaje controla el voltaje de salida en el lado de CA. La salida de la etapa CC/CC anterior es un voltaje CC estable. En este tipo de microinversor, la siguiente etapa CC/CA funciona a alta frecuencia. La variable de control principal de un microinversor de tipo fuente de corriente es la corriente. Su salida del lado de CC ya no es una CC estable, sino más bien una "onda de bollo al vapor" con un componente de CA, como se muestra en la Figura 4. El circuito de conversión de polaridad de frecuencia eléctrica posterior separa esta onda de bollo al vapor en salidas positivas y negativas, formando una onda sinusoidal conectada a la red-. En comparación con los microinversores de tipo voltaje-, este tipo de microinversor de fuente de corriente ofrece un menor estrés de voltaje del dispositivo y una estructura y control más simples, lo que lo hace ampliamente utilizado en los modelos de microinversores convencionales actuales.

Tanto los microinversores de fuente-de voltaje como de fuente-de corriente tienen un circuito CC/CA, pero el tipo de fuente-de corriente requiere un circuito de frecuencia-de alimentación, mientras que el tipo de fuente-de voltaje requiere conmutación de alta-frecuencia. El circuito desplegable tiene una estructura simple, con el MOSFET funcionando a frecuencia industrial y las pérdidas principales son pérdidas de conducción.. 600V-CoolMOS™ P7 de 950 V e incluso IGBT de 1200 V son adecuados para esta aplicación. Un circuito de puente completo-es un inversor de fuente de voltaje-típico, con una pata operando a la frecuencia de potencia y la otra conmutando a alta frecuencia para reducir los armónicos del voltaje de salida. Naturalmente, el diseño óptimo implica seleccionar diferentes MOSFET para las dos patas en función de las condiciones de funcionamiento, pero también está disponible una gama de CoolMOS™ P7 de 600 V-950 V. Como puede verse en la topología, el circuito desplegado tiene capacidades limitadas de compensación de potencia reactiva debido a las características del dispositivo. El circuito inversor de puente completo puede funcionar bidireccionalmente, proporcionando amplias capacidades de compensación de potencia reactiva, pero requiere un filtro LCL adicional.