Przekształtniki energoelektroniczne w instalacjach fotowoltaicznych

• Autorzy: Bakalarczyk J.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2014.70

Warianty tytułu

EN

Power electronics converters in photovoltaic installations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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.

EN

This article describes the main power electronics components of the photovoltaic installation intended for generation and distribution of electrical energy. The review of power electronics converters used in modern solar photovoltaic installations one has done. The split of the power electronics units has been done on the DC/DC and DC/AC converters. One has given basic work systems of these converters in photovoltaic installations and theirs topologies. Taking into account a kind of the work with main grid, an installation classification of photovoltaic installation on with and without power transformers one has done. The problem of Maximum Power Point Tracking MPPT in DC/DC converters has been rised. It is noted on the problem of enforcing the regime associated with the parameters of the sine output voltage wave of the inverters in photovoltaic systems. An overview of world manufacturers of photovoltaic units was done and one has broached the problem of the durability and other requirements for these equipment. In this paper it is shown the inverter and mains filter smoothing system designed and tested by the author. In this paper are presented both simulation and laboratory test results of this equipment. The test results confirmed the usefulness of this construction to generation of sinusoidal voltage into electrical grid system. In summary it was found the usefulness of the designed structure considering the low level of higher harmonics in the output voltage waveform and the need for expansion of the inverter system of DC/DC MPPT converter with the control system both to recharge the batteries and to power matching of photovoltaic panels to the inverter input. At the end of this paper, it was alleged that the dynamic development of photovoltaic technology – because of the requirements for them - will entail the development of power electronics units to get theirs higher and higher degree of reliability and durability.

Słowa kluczowe

PL

instalacja fotowoltaiczna; przekształtnik prądu; system pracy; topologia; transformator; falownik; wymagania; trwałość

EN

photovoltaic system; current converter; work system; topology; transformer; inverter; requirements; durability

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 61, nr 3/II
• Strony: 19--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il.

Twórcy

autor

Bakalarczyk J.

• Wyższa Szkoła Techniczna, Włocławek

Bibliografia

• [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 Environment International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE) Vol. 2, No. 1, February 2012, pp. 26-34.