सौर इन्वर्टर का सिद्धांत और अनुप्रयोग

वर्तमान में, चीन की फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली मुख्य रूप से एक डीसी प्रणाली है, जो सौर बैटरी द्वारा उत्पन्न विद्युत ऊर्जा को चार्ज करने के लिए है, और बैटरी सीधे लोड को बिजली की आपूर्ति करती है। उदाहरण के लिए, उत्तर पश्चिमी चीन में सौर घरेलू प्रकाश व्यवस्था और ग्रिड से दूर माइक्रोवेव स्टेशन बिजली आपूर्ति प्रणाली सभी डीसी प्रणाली हैं। इस प्रकार की प्रणाली की एक सरल संरचना और कम लागत है। हालांकि, विभिन्न लोड डीसी वोल्टेज (जैसे 12V, 24V, 48V, आदि) के कारण, सिस्टम के मानकीकरण और संगतता को प्राप्त करना मुश्किल है, खासकर नागरिक बिजली के लिए, क्योंकि अधिकांश एसी लोड डीसी बिजली के साथ उपयोग किए जाते हैं। फोटोवोल्टिक बिजली आपूर्ति के लिए कमोडिटी के रूप में बाजार में प्रवेश करने के लिए बिजली की आपूर्ति करना मुश्किल है। इसके अलावा, फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन अंततः ग्रिड से जुड़े संचालन को प्राप्त करेगा, जिसे एक परिपक्व बाजार मॉडल को अपनाना होगा। भविष्य में, एसी फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन की मुख्यधारा बन जाएगी।
इन्वर्टर बिजली आपूर्ति के लिए फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली की आवश्यकताएं

एसी पावर आउटपुट का उपयोग करने वाले फोटोवोल्टिक पावर जनरेशन सिस्टम में चार भाग होते हैं: फोटोवोल्टिक सरणी, चार्ज और डिस्चार्ज कंट्रोलर, बैटरी और इन्वर्टर (ग्रिड से जुड़ी बिजली उत्पादन प्रणाली आम तौर पर बैटरी बचा सकती है), और इन्वर्टर मुख्य घटक है। फोटोवोल्टिक में इन्वर्टर के लिए उच्च आवश्यकताएं हैं:

1. उच्च दक्षता की आवश्यकता है। वर्तमान में सौर कोशिकाओं की उच्च कीमत के कारण, सौर कोशिकाओं के उपयोग को अधिकतम करने और सिस्टम दक्षता में सुधार करने के लिए, इन्वर्टर की दक्षता में सुधार करने का प्रयास करना आवश्यक है।

2. उच्च विश्वसनीयता की आवश्यकता है। वर्तमान में, फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली मुख्य रूप से दूरदराज के क्षेत्रों में उपयोग की जाती है, और कई बिजली स्टेशन अप्राप्य और रखरखाव वाले हैं। इसके लिए इन्वर्टर में एक उचित सर्किट संरचना, सख्त घटक चयन की आवश्यकता होती है, और इन्वर्टर में विभिन्न सुरक्षा कार्य होने चाहिए, जैसे इनपुट डीसी पोलारिटी कनेक्शन सुरक्षा, एसी आउटपुट शॉर्ट सर्किट सुरक्षा, ओवरहीटिंग, ओवरलोड सुरक्षा, आदि।

3. डीसी इनपुट वोल्टेज के लिए अनुकूलन की एक विस्तृत श्रृंखला की आवश्यकता होती है। चूंकि बैटरी का टर्मिनल वोल्टेज लोड और सूरज की रोशनी की तीव्रता के साथ बदलता है, हालांकि बैटरी का बैटरी वोल्टेज पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, बैटरी वोल्टेज बैटरी की शेष क्षमता और आंतरिक प्रतिरोध के परिवर्तन के साथ उतार-चढ़ाव करता है। खासकर जब बैटरी पुरानी हो रही होती है, तो इसका टर्मिनल वोल्टेज व्यापक रूप से भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, 12 वी बैटरी का टर्मिनल वोल्टेज 10 वी से 16 वी तक भिन्न हो सकता है। इसके लिए इन्वर्टर को एक बड़े डीसी पर संचालित करने की आवश्यकता होती है। इनपुट वोल्टेज रेंज के भीतर सामान्य संचालन सुनिश्चित करें और एसी आउटपुट वोल्टेज की स्थिरता सुनिश्चित करें।

4. मध्यम और बड़ी क्षमता वाली फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणालियों में, इन्वर्टर बिजली आपूर्ति का आउटपुट कम विरूपण के साथ साइन वेव होना चाहिए। ऐसा इसलिए है क्योंकि मध्यम और बड़ी क्षमता वाली प्रणालियों में, यदि स्क्वायर वेव पावर का उपयोग किया जाता है, तो आउटपुट में अधिक हार्मोनिक घटक होंगे, और उच्च हार्मोनिक्स अतिरिक्त नुकसान उत्पन्न करेंगे। कई फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणालियाँ संचार या इंस्ट्रूमेंटेशन उपकरणों से भरी होती हैं। उपकरण में पावर ग्रिड की गुणवत्ता पर उच्च आवश्यकताएँ होती हैं। जब मध्यम और बड़ी क्षमता वाली फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणालियाँ ग्रिड से जुड़ी होती हैं, तो सार्वजनिक ग्रिड के साथ बिजली प्रदूषण से बचने के लिए, इन्वर्टर को साइन वेव करंट का आउटपुट भी देना होता है।

इन्वर्टर प्रत्यक्ष धारा को प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित करता है। यदि प्रत्यक्ष धारा वोल्टेज कम है, तो इसे मानक प्रत्यावर्ती धारा वोल्टेज और आवृत्ति प्राप्त करने के लिए प्रत्यावर्ती धारा ट्रांसफार्मर द्वारा बढ़ाया जाता है। बड़ी क्षमता वाले इन्वर्टर के लिए, उच्च डीसी बस वोल्टेज के कारण, एसी आउटपुट को आम तौर पर वोल्टेज को 220V तक बढ़ाने के लिए ट्रांसफार्मर की आवश्यकता नहीं होती है। मध्यम और छोटी क्षमता वाले इन्वर्टर में, डीसी वोल्टेज अपेक्षाकृत कम होता है, जैसे कि 12V, 24V के लिए, एक बूस्ट सर्किट डिज़ाइन किया जाना चाहिए। मध्यम और छोटी क्षमता वाले इन्वर्टर में आम तौर पर पुश-पुल इन्वर्टर सर्किट, फुल-ब्रिज इन्वर्टर सर्किट और उच्च आवृत्ति बूस्ट इन्वर्टर सर्किट शामिल होते हैं। पुश-पुल सर्किट बूस्ट ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल प्लग को पॉजिटिव पावर सप्लाई से जोड़ते हैं, और दो पावर ट्यूब वैकल्पिक काम करते हैं, आउटपुट एसी पावर, क्योंकि पावर ट्रांजिस्टर कॉमन ग्राउंड से जुड़े होते हैं, ड्राइव और कंट्रोल सर्किट सरल होते हैं, और क्योंकि ट्रांसफार्मर में एक निश्चित लीकेज इंडक्शन होता है, यह शॉर्ट-सर्किट करंट को सीमित कर सकता है, इस प्रकार सर्किट की विश्वसनीयता में सुधार होता है। इसका नुकसान यह है कि ट्रांसफार्मर का उपयोग कम है और प्रेरणिक भार को चलाने की क्षमता खराब है।
फुल-ब्रिज इन्वर्टर सर्किट पुश-पुल सर्किट की कमियों को दूर करता है। पावर ट्रांजिस्टर आउटपुट पल्स की चौड़ाई को समायोजित करता है, और आउटपुट एसी वोल्टेज का प्रभावी मूल्य तदनुसार बदलता है। क्योंकि सर्किट में एक फ्रीव्हीलिंग लूप है, यहां तक ​​​​कि प्रेरक भार के लिए भी, आउटपुट वोल्टेज तरंग विकृत नहीं होगी। इस सर्किट का नुकसान यह है कि ऊपरी और निचली भुजाओं के पावर ट्रांजिस्टर जमीन को साझा नहीं करते हैं, इसलिए एक समर्पित ड्राइव सर्किट या एक अलग बिजली की आपूर्ति का उपयोग किया जाना चाहिए। इसके अलावा, ऊपरी और निचले पुल हथियारों के सामान्य चालन को रोकने के लिए, एक सर्किट को बंद करने और फिर चालू करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए, अर्थात, एक मृत समय निर्धारित किया जाना चाहिए, और सर्किट संरचना अधिक जटिल है।

पुश-पुल सर्किट और फुल-ब्रिज सर्किट के आउटपुट में स्टेप-अप ट्रांसफार्मर जोड़ना होगा। क्योंकि स्टेप-अप ट्रांसफार्मर आकार में बड़ा, दक्षता में कम और अधिक महंगा होता है, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स तकनीक के विकास के साथ, उच्च आवृत्ति स्टेप-अप रूपांतरण तकनीक का उपयोग रिवर्स को प्राप्त करने के लिए किया जाता है। यह उच्च शक्ति घनत्व इन्वर्टर का एहसास कर सकता है। इस इन्वर्टर सर्किट का फ्रंट-स्टेज बूस्ट सर्किट पुश-पुल संरचना को अपनाता है, लेकिन काम करने की आवृत्ति 20KHz से ऊपर होती है। बूस्ट ट्रांसफार्मर उच्च आवृत्ति चुंबकीय कोर सामग्री को अपनाता है, इसलिए यह आकार में छोटा और वजन में हल्का होता है। उच्च आवृत्ति व्युत्क्रमण के बाद, इसे उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर के माध्यम से उच्च आवृत्ति प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित किया जाता है, और फिर उच्च आवृत्ति रेक्टिफायर फिल्टर सर्किट के माध्यम से उच्च वोल्टेज प्रत्यक्ष धारा (आमतौर पर 300V से ऊपर) प्राप्त की जाती है, और फिर पावर फ्रीक्वेंसी इन्वर्टर सर्किट के माध्यम से उलटा किया जाता है।

इस सर्किट संरचना के साथ, इन्वर्टर की शक्ति में काफी सुधार हुआ है, इन्वर्टर का नो-लोड नुकसान तदनुसार कम हो गया है, और दक्षता में सुधार हुआ है। सर्किट का नुकसान यह है कि सर्किट जटिल है और विश्वसनीयता उपरोक्त दो सर्किटों की तुलना में कम है।

इन्वर्टर सर्किट का नियंत्रण सर्किट

उपर्युक्त इनवर्टर के मुख्य सर्किट को एक नियंत्रण सर्किट द्वारा कार्यान्वित करने की आवश्यकता है। आम तौर पर, दो नियंत्रण विधियाँ हैं: स्क्वायर वेव और सकारात्मक और कमजोर तरंग। स्क्वायर वेव आउटपुट के साथ इन्वर्टर पावर सप्लाई सर्किट सरल, कम लागत वाला, लेकिन कम दक्षता वाला और हार्मोनिक घटकों वाला होता है। साइन वेव आउटपुट इनवर्टर का विकास प्रवृत्ति है। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स तकनीक के विकास के साथ, PWM फ़ंक्शन वाले माइक्रोप्रोसेसर भी सामने आए हैं। इसलिए, साइन वेव आउटपुट के लिए इन्वर्टर तकनीक परिपक्व हो गई है।

1. स्क्वायर वेव आउटपुट वाले इनवर्टर वर्तमान में ज्यादातर पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन इंटीग्रेटेड सर्किट का उपयोग करते हैं, जैसे कि SG 3 525, TL 494 और इसी तरह। अभ्यास ने साबित कर दिया है कि SG3525 इंटीग्रेटेड सर्किट का उपयोग और स्विचिंग पावर घटकों के रूप में पावर FETs का उपयोग अपेक्षाकृत उच्च प्रदर्शन और मूल्य इनवर्टर प्राप्त कर सकता है। क्योंकि SG3525 में सीधे पावर FETs क्षमता को चलाने की क्षमता है और इसमें आंतरिक संदर्भ स्रोत और परिचालन एम्पलीफायर और अंडरवोल्टेज सुरक्षा फ़ंक्शन है, इसलिए इसका परिधीय सर्किट बहुत सरल है।

2. साइन वेव आउटपुट के साथ इन्वर्टर कंट्रोल इंटीग्रेटेड सर्किट, साइन वेव आउटपुट के साथ इन्वर्टर के कंट्रोल सर्किट को माइक्रोप्रोसेसर द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है, जैसे कि इंटेल कॉर्पोरेशन द्वारा निर्मित 80 सी 196 एमसी, और मोटोरोला कंपनी द्वारा निर्मित एमपी 16 और पीआई सी 16 सी 73 एमआई-सीआरओ चिप कंपनी द्वारा निर्मित, आदि। इन सिंगल-चिप कंप्यूटर में कई पीडब्लूएम जनरेटर हैं, और ऊपरी और ऊपरी पुल हथियारों को सेट कर सकते हैं। मृत समय के दौरान, साइन वेव आउटपुट सर्किट को साकार करने के लिए इंटेल कंपनी के 80 सी 196 एमसी का उपयोग करें, साइन वेव सिग्नल पीढ़ी को पूरा करने के लिए 80 सी 196 एमसी, और वोल्टेज स्थिरीकरण प्राप्त करने के लिए एसी आउटपुट वोल्टेज का पता लगाएं।

इन्वर्टर के मुख्य सर्किट में पावर डिवाइस का चयन

मुख्य शक्ति घटकों का चयनपलटनेवालाबहुत महत्वपूर्ण है। वर्तमान में, सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले बिजली घटकों में डार्लिंगटन पावर ट्रांजिस्टर (BJT), पावर फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOS-F ET), इंसुलेटेड गेट ट्रांजिस्टर (IGB) और टर्न-ऑफ थाइरिस्टर (GTO), आदि शामिल हैं, छोटी क्षमता वाले कम वोल्टेज सिस्टम में सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले उपकरण MOS FET हैं, क्योंकि MOS FET में ऑन-स्टेट वोल्टेज ड्रॉप कम और उच्च होता है। IG BT की स्विचिंग आवृत्ति आमतौर पर उच्च-वोल्टेज और बड़ी-क्षमता वाले सिस्टम में उपयोग की जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि MOS FET का ऑन-स्टेट प्रतिरोध वोल्टेज की वृद्धि के साथ बढ़ता है, और IG BT मध्यम-क्षमता वाले सिस्टम में अधिक लाभ उठाता है,