PRZEKSZTAŁTNIKI ENERGOELEKTRONICZNE W INSTALACJACH FOTOWOLTAICZNYCH

W artykule opisano główne energoelektroniczne części składowe instalacji fotowoltaicznej przeznaczonej do wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej. Dokonano przeglądu przekształtników energoelektronicznych stosowanych w nowoczesnych instalacjach fotowoltaicznych. Przedstawiono podział na przekształtniki prądu stałego na prąd stały oraz - prądu stałego na prąd przemienny. Podano podstawowe układy pracy tych przekształtników w instalacjach fotowoltaicznych oraz ich topologie. Dokonano podziału instalacji ze względu na współpracę z siecią elektroenergetyczną na instalacje fotowoltaiczne z transformatorem i bez transformatora sieciowego. Poruszono zagadnienie śledzenia punktu mocy maksymalnej MPPT w układach przekształtników prądu stałego na prąd stały. Zwrócono uwagę na problem narzuconego reżimu związanego z zachowaniem parametrów sinusoidalnej fali napięcia wyjściowego falowników w instalacjach fotowoltaicznych. Dokonano zestawienia światowych producentów urządzeń fotowoltaicznych oraz poruszono problem trwałości tych urządzeń i innych wymagań stawianych tym urządzeniom. Zaprezentowano układ falownika oraz sieciowego filtru wygładzającego zaprojektowanego oraz przebadanego przez autora. Przedstawiono zarówno wyniki badań symulacyjnych jak i laboratoryjnych. Wyniki badań potwierdziły przydatność tej konstrukcji w układzie generowania napięcia sinusoidalnego do systemu sieci elektrycznej. W podsumowaniu stwierdzono przydatność zaprojektowanej konstrukcji ze względu na niski poziom zawartości wyższych harmonicznych w przebiegu napięcia wyjściowego oraz potrzebę rozbudowy zaprojektowanego układu falownika o człon przekształtnika prądu stałego na prąd stały wraz z układem sterowania zarówno do ładowania baterii akumulatorów i dopasowania mocy paneli ogniw fotowoltaicznych do układu wejściowego falownika. Na koniec stwierdzono, że dynamiczny rozwój techniki fotowoltaicznej – ze względu na stawiane im wymagania - pociągnie za sobą opracowania urządzeń energoelektronicznych o coraz wyższym stopniu niezawodności i trwałości.

Pełny tekst (pdf)

[1] Alonso-Martinez, J., Eloy-Garcia J., Arnaltes S.: Control of a three-phase grid-connected inverter for photovoltaic applications with a fuzzy MPPT under unbalanced conditions, Power Electronics and Applications, 2009, EPE '09, 13th European Conference on,8-10 Sept. 2009,  pp.1-7.

[2] Franke W.T.; Oestreich N.; Fuchs F.W.: Comparison of transformerless converter topologies for photovoltaic application concerning efficiency and mechanical volume, Industrial Electronics (ISIE), 2010 IEEE International Symposium on, 4-7 July 2010, pp.724-729.

[3] Esram T., Chapman P.L.: Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques, Energy Conversion, IEEE Transactions on, Vol.22, no.2, June 2007, pp.439-449.

[4] George M., Prakash P., George S. ,Eldo S., Raina A.: Cascaded boost converter for PV applications, International Journal of Innovative Research in Electrical, Electronics, Instrumentation and Control Engineering, Vol. 2, issue 4, April 2014, pp.1401-1406.

[5] Guerrero-Rodríguez N. F.,  Rey-Boué A.B.,  de Pablo-Gómez S.,  Guerrero -Rodrí­guez N. F., Rey-Boué A.B., de Pablo-Gómez S.: Design of the Control Algorithms for Photovoltaic Grid-Connected Renewable Agents using the Hardware in the loop Simulation Technique,  International Conference on Power Systems Transients (IPST2013) in Vancouver, Canada, July 18-20, 2013.

[6] Hyosung K., Kyoung-Hwan K.: Filter design for grid connected PV inverters, Sustainable Energy Technologies, ICSET 2008, IEEE International Conference on, 24-27 Nov. 2008,  pp.1070-1075.

[7] Kasper M., Bortis D.,  Kolar J. W.:  Classification and Comparative Evaluation of PV Panel-Integrated DC–DC Converter Concepts, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 29, No. 5, May 2014, pp. 2511-2526.

[8] Lin Ma, Xinmin Jin, Kerekes, T., Liserre, M., Teodorescu, R., Rodriguez, P.: The PWM strategies of grid-connected distributed generation active NPC inverters, Energy Conversion Congress and Exposition, 2009. ECCE 2009, IEEE, Sept. 20 -24, 2009, pp.920-927.

[9] Pradeep Kumar Yadav A., Thirumaliah S., Haritha G.: Comparison of MPPT Algoritms for DC-DC Converters Based PV Systems, International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, Vol. 1, Issue 1, July 2012, pp. 18-23.

[10] Saridakis S.; Koutroulis E.; Blaabjerg F., Optimal Design of Modern Transformerless PV Inverter Topologies, Energy Conversion, IEEE Transactions on, Vol.28, no.2, June 2013, pp.394-404.

[11] Surma P.: Porównanie metod MPPT paneli fotowoltaicznych (P&O, IC, Fuzzy Logic) w środowisku Matlab Simulink, Przegląd Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, R. 90 Nr 1/2014, str. 66-69.

[12] Vazquez, G.; Kerekes, T.; Rocabert, J.; Rodriguez, P.; Teodorescu, R.; Aguilar, D.: A photovoltaic three-phase topology to reduce Common Mode Voltage, Industrial Electronics (ISIE), 2010 IEEE International Symposium on, 4-7 July 2010, pp.2885-2890.

[13] Zaremba A., Rodziewicz T., Wacławek M.: Algorytmy śledzenia punktu mocy maksymalnej (mppt) w systemach fotowoltaicznych, Proceedings of ECOpole, 2012, str.805-810.

[14] Surya Kumari  J.,  Sai Babu Ch.: Mathematical Modeling and Simulation of Photovoltaic Cell using Matlab-Simulink EnvironmentInternational Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE) Vol. 2, No. 1, February 2012, pp. 26-34.