फोटोवोल्टिक इन्वर्टर का कार्य सिद्धांत और विशेषताएं

इन्वर्टर का कार्य सिद्धांत:

इन्वर्टर डिवाइस का मुख्य भाग इन्वर्टर स्विच सर्किट है, जिसे संक्षेप में इन्वर्टर सर्किट कहा जाता है। यह सर्किट पावर इलेक्ट्रॉनिक स्विच को चालू और बंद करके इन्वर्टर फ़ंक्शन को पूरा करता है।

विशेषताएँ:

(1) उच्च दक्षता की आवश्यकता है.

वर्तमान में सौर कोशिकाओं की उच्च कीमत के कारण, सौर कोशिकाओं के उपयोग को अधिकतम करने और प्रणाली की दक्षता में सुधार करने के लिए, हमें इन्वर्टर की दक्षता में सुधार करने का प्रयास करना चाहिए।

(2) उच्च विश्वसनीयता आवश्यक है.

वर्तमान में, फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन प्रणाली का उपयोग मुख्य रूप से दूरदराज के क्षेत्रों में किया जाता है, और कई पावर स्टेशन अप्राप्य और रखरखाव वाले होते हैं, जिसके लिए इन्वर्टर के लिए एक उचित सर्किट संरचना, सख्त घटक चयन की आवश्यकता होती है, और इन्वर्टर के लिए विभिन्न सुरक्षा कार्यों की आवश्यकता होती है, जैसे: इनपुट डीसी पोलरिटी रिवर्स प्रोटेक्शन, एसी आउटपुट शॉर्ट सर्किट प्रोटेक्शन, ओवरहीटिंग, ओवरलोड प्रोटेक्शन, आदि।

(3) इनपुट वोल्टेज के लिए अनुकूलन की व्यापक रेंज की आवश्यकता होती है।

क्योंकि सौर सेल का टर्मिनल वोल्टेज लोड और सूर्य की रोशनी की तीव्रता के साथ बदलता रहता है। खास तौर पर जब बैटरी पुरानी हो जाती है, तो इसका टर्मिनल वोल्टेज व्यापक रूप से बदलता रहता है। उदाहरण के लिए, 12V बैटरी के लिए, इसका टर्मिनल वोल्टेज 10V और 16V के बीच भिन्न हो सकता है, जिसके लिए इन्वर्टर को एक बड़ी डीसी इनपुट वोल्टेज रेंज के भीतर सामान्य रूप से काम करने की आवश्यकता होती है।

फोटोवोल्टिक इन्वर्टर वर्गीकरण:

इन्वर्टर को वर्गीकृत करने के कई तरीके हैं। उदाहरण के लिए, इन्वर्टर द्वारा एसी वोल्टेज आउटपुट के चरणों की संख्या के अनुसार, इसे सिंगल-फेज इन्वर्टर और थ्री-फेज इन्वर्टर में विभाजित किया जा सकता है; ट्रांजिस्टर इन्वर्टर, थाइरिस्टर इन्वर्टर और टर्न-ऑफ थाइरिस्टर इन्वर्टर में विभाजित। इन्वर्टर सर्किट के सिद्धांत के अनुसार, इसे सेल्फ-एक्साइटेड ऑसिलेशन इन्वर्टर, स्टेप्ड वेव सुपरपोजिशन इन्वर्टर और पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन इन्वर्टर में भी विभाजित किया जा सकता है। ग्रिड-कनेक्टेड सिस्टम या ऑफ-ग्रिड सिस्टम में एप्लिकेशन के अनुसार, इसे ग्रिड-कनेक्टेड इन्वर्टर और ऑफ-ग्रिड इन्वर्टर में विभाजित किया जा सकता है। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपयोगकर्ताओं को इन्वर्टर चुनने में सुविधा प्रदान करने के लिए, यहाँ केवल इन्वर्टर को विभिन्न लागू अवसरों के अनुसार वर्गीकृत किया गया है।

1. केंद्रीकृत इन्वर्टर

केंद्रीकृत इन्वर्टर तकनीक यह है कि कई समानांतर फोटोवोल्टिक स्ट्रिंग्स एक ही केंद्रीकृत इन्वर्टर के डीसी इनपुट से जुड़ी होती हैं। आम तौर पर, उच्च शक्ति के लिए तीन-चरण आईजीबीटी पावर मॉड्यूल का उपयोग किया जाता है, और कम शक्ति के लिए फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर का उपयोग किया जाता है। डीएसपी नियंत्रक को उत्पन्न बिजली की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए परिवर्तित करता है, जिससे यह साइन वेव करंट के बहुत करीब हो जाता है, जिसका उपयोग आमतौर पर बड़े फोटोवोल्टिक पावर प्लांट (> 10kW) के लिए सिस्टम में किया जाता है। सबसे बड़ी विशेषता यह है कि सिस्टम की शक्ति अधिक है और लागत कम है, लेकिन क्योंकि विभिन्न पीवी स्ट्रिंग्स के आउटपुट वोल्टेज और करंट अक्सर पूरी तरह से मेल नहीं खाते हैं (खासकर जब पीवी स्ट्रिंग्स बादल, छाया, दाग आदि के कारण आंशिक रूप से अवरुद्ध हो जाते हैं), केंद्रीकृत इन्वर्टर को अपनाया जाता है। तरीके के बदलाव से इन्वर्टर प्रक्रिया की दक्षता में कमी आएगी और बिजली उपयोगकर्ताओं की ऊर्जा में कमी आएगी। साथ ही, पूरे फोटोवोल्टिक सिस्टम की बिजली उत्पादन विश्वसनीयता एक फोटोवोल्टिक इकाई समूह की खराब कार्यशील स्थिति से प्रभावित होती है। नवीनतम अनुसंधान दिशा अंतरिक्ष वेक्टर मॉड्यूलेशन नियंत्रण का उपयोग और आंशिक लोड स्थितियों के तहत उच्च दक्षता प्राप्त करने के लिए इनवर्टर के नए टोपोलॉजिकल कनेक्शन का विकास है।

2. स्ट्रिंग इन्वर्टर

स्ट्रिंग इन्वर्टर मॉड्यूलर अवधारणा पर आधारित है। प्रत्येक PV स्ट्रिंग (1-5kw) एक इन्वर्टर से होकर गुजरती है, DC साइड पर अधिकतम पावर पीक ट्रैकिंग होती है, और AC साइड पर समानांतर में जुड़ी होती है। बाजार में सबसे लोकप्रिय इन्वर्टर।

कई बड़े फोटोवोल्टिक पावर प्लांट स्ट्रिंग इनवर्टर का उपयोग करते हैं। इसका लाभ यह है कि यह मॉड्यूल अंतर और स्ट्रिंग के बीच छायांकन से प्रभावित नहीं होता है, और साथ ही फोटोवोल्टिक मॉड्यूल और इन्वर्टर के इष्टतम ऑपरेटिंग पॉइंट के बीच बेमेल को कम करता है, जिससे बिजली उत्पादन में वृद्धि होती है। ये तकनीकी लाभ न केवल सिस्टम की लागत को कम करते हैं, बल्कि सिस्टम की विश्वसनीयता भी बढ़ाते हैं। साथ ही, स्ट्रिंग के बीच "मास्टर-स्लेव" की अवधारणा पेश की जाती है, ताकि सिस्टम फोटोवोल्टिक स्ट्रिंग के कई समूहों को एक साथ जोड़ सके और उनमें से एक या कई को इस शर्त के तहत काम करने दे कि ऊर्जा की एक स्ट्रिंग एक भी इन्वर्टर को काम नहीं करवा सकती है। , जिससे अधिक बिजली का उत्पादन होता है।

नवीनतम अवधारणा यह है कि कई इन्वर्टर “मास्टर-स्लेव” अवधारणा के बजाय एक दूसरे के साथ मिलकर एक “टीम” बनाते हैं, जो सिस्टम की विश्वसनीयता को एक कदम आगे ले जाता है। वर्तमान में, ट्रांसफॉर्मर रहित स्ट्रिंग इन्वर्टर का बोलबाला है।

3. माइक्रो इन्वर्टर

पारंपरिक पीवी सिस्टम में, प्रत्येक स्ट्रिंग इन्वर्टर का डीसी इनपुट सिरा लगभग 10 फोटोवोल्टिक पैनलों द्वारा श्रृंखला में जुड़ा होता है। जब 10 पैनल श्रृंखला में जुड़े होते हैं, अगर कोई ठीक से काम नहीं करता है, तो यह स्ट्रिंग प्रभावित होगी। यदि इन्वर्टर के कई इनपुट के लिए एक ही एमपीपीटी का उपयोग किया जाता है, तो सभी इनपुट भी प्रभावित होंगे, जिससे बिजली उत्पादन दक्षता बहुत कम हो जाएगी। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, बादल, पेड़, चिमनी, जानवर, धूल, बर्फ और हिम जैसे विभिन्न अवरोध कारक उपरोक्त कारकों का कारण बनेंगे, और स्थिति बहुत आम है। माइक्रो-इन्वर्टर की पीवी प्रणाली में, प्रत्येक पैनल एक माइक्रो-इन्वर्टर से जुड़ा होता है। जब पैनलों में से एक ठीक से काम करने में विफल रहता है, तो केवल यह पैनल प्रभावित होगा। अन्य सभी पीवी पैनल बेहतर तरीके से काम करेंगे, जिससे समग्र प्रणाली अधिक कुशल होगी और अधिक बिजली पैदा होगी। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, यदि स्ट्रिंग इन्वर्टर विफल हो जाता है, तो यह कई किलोवाट के सौर पैनलों को काम करने में विफल कर देगा, जबकि माइक्रो-इन्वर्टर की विफलता का प्रभाव काफी छोटा है।

4. पावर ऑप्टिमाइज़र

सौर ऊर्जा उत्पादन प्रणाली में पावर ऑप्टिमाइज़र की स्थापना से रूपांतरण दक्षता में काफी सुधार हो सकता है, और लागत को कम करने के लिए इन्वर्टर के कार्यों को सरल बनाया जा सकता है। एक स्मार्ट सौर ऊर्जा उत्पादन प्रणाली का एहसास करने के लिए, डिवाइस पावर ऑप्टिमाइज़र वास्तव में प्रत्येक सौर सेल को अपना सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन करने और किसी भी समय बैटरी की खपत की स्थिति की निगरानी करने में सक्षम बनाता है। पावर ऑप्टिमाइज़र पावर जनरेशन सिस्टम और इन्वर्टर के बीच एक डिवाइस है, और इसका मुख्य कार्य इन्वर्टर के मूल इष्टतम पावर पॉइंट ट्रैकिंग फ़ंक्शन को बदलना है। पावर ऑप्टिमाइज़र सर्किट को सरल बनाकर सादृश्य द्वारा अत्यंत तेज़ इष्टतम पावर पॉइंट ट्रैकिंग स्कैनिंग करता है और एक एकल सौर सेल एक पावर ऑप्टिमाइज़र से मेल खाता है, ताकि प्रत्येक सौर सेल वास्तव में इष्टतम पावर पॉइंट ट्रैकिंग प्राप्त कर सके, इसके अलावा, संचार चिप डालकर बैटरी की स्थिति को कभी भी और कहीं भी मॉनिटर किया जा सकता है, और समस्या की तुरंत रिपोर्ट की जा सकती है ताकि संबंधित कर्मचारी इसे जल्द से जल्द ठीक कर सकें।

फोटोवोल्टिक इन्वर्टर का कार्य

इन्वर्टर में न केवल डीसी-एसी रूपांतरण का कार्य है, बल्कि सौर सेल के प्रदर्शन को अधिकतम करने और सिस्टम फॉल्ट प्रोटेक्शन का कार्य भी है। संक्षेप में, स्वचालित संचालन और शटडाउन फ़ंक्शन, अधिकतम पावर ट्रैकिंग नियंत्रण फ़ंक्शन, एंटी-इंडिपेंडेंट ऑपरेशन फ़ंक्शन (ग्रिड-कनेक्टेड सिस्टम के लिए), स्वचालित वोल्टेज समायोजन फ़ंक्शन (ग्रिड-कनेक्टेड सिस्टम के लिए), डीसी डिटेक्शन फ़ंक्शन (ग्रिड-कनेक्टेड सिस्टम के लिए), डीसी ग्राउंडिंग डिटेक्शन फ़ंक्शन (ग्रिड-कनेक्टेड सिस्टम के लिए)। यहाँ स्वचालित संचालन और शटडाउन फ़ंक्शन और अधिकतम पावर ट्रैकिंग नियंत्रण फ़ंक्शन का संक्षिप्त परिचय दिया गया है।

(1) स्वचालित संचालन और स्टॉप फ़ंक्शन

सुबह सूर्योदय के बाद, सौर विकिरण की तीव्रता धीरे-धीरे बढ़ती है, और सौर सेल का आउटपुट भी बढ़ता है। जब इन्वर्टर द्वारा आवश्यक आउटपुट पावर पहुंच जाती है, तो इन्वर्टर स्वचालित रूप से चलना शुरू कर देता है। ऑपरेशन में प्रवेश करने के बाद, इन्वर्टर हर समय सौर सेल मॉड्यूल के आउटपुट की निगरानी करेगा। जब तक सौर सेल मॉड्यूल की आउटपुट पावर इन्वर्टर के काम करने के लिए आवश्यक आउटपुट पावर से अधिक है, तब तक इन्वर्टर चलता रहेगा; यह सूर्यास्त के समय बंद हो जाएगा, भले ही बादल छाए हों और बारिश हो। इन्वर्टर भी काम कर सकता है। जब सौर सेल मॉड्यूल का आउटपुट छोटा हो जाता है और इन्वर्टर का आउटपुट 0 के करीब होता है, तो इन्वर्टर एक स्टैंडबाय स्थिति बना लेगा।

(2) अधिकतम पावर ट्रैकिंग नियंत्रण फ़ंक्शन

सौर सेल मॉड्यूल का आउटपुट सौर विकिरण की तीव्रता और सौर सेल मॉड्यूल के तापमान (चिप तापमान) के साथ बदलता रहता है। इसके अलावा, चूंकि सौर सेल मॉड्यूल में यह विशेषता होती है कि धारा की वृद्धि के साथ वोल्टेज कम हो जाता है, इसलिए एक इष्टतम ऑपरेटिंग पॉइंट होता है जहां अधिकतम शक्ति प्राप्त की जा सकती है। सौर विकिरण की तीव्रता बदल रही है, और जाहिर है कि इष्टतम कार्य बिंदु भी बदल रहा है। इन परिवर्तनों के सापेक्ष, सौर सेल मॉड्यूल का ऑपरेटिंग पॉइंट हमेशा अधिकतम पावर पॉइंट पर होता है, और सिस्टम हमेशा सौर सेल मॉड्यूल से अधिकतम पावर आउटपुट प्राप्त करता है। यह नियंत्रण अधिकतम पावर ट्रैकिंग नियंत्रण है। सौर ऊर्जा प्रणालियों के लिए इनवर्टर की सबसे बड़ी विशेषता यह है कि उनमें अधिकतम पावर पॉइंट ट्रैकिंग (एमपीपीटी) का कार्य शामिल है।