સૌર ઇન્વર્ટરનો સિદ્ધાંત અને ઉપયોગ

હાલમાં, ચીનની ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમ મુખ્યત્વે ડીસી સિસ્ટમ છે, જે સૌર બેટરી દ્વારા ઉત્પન્ન થતી વિદ્યુત ઉર્જાને ચાર્જ કરે છે, અને બેટરી સીધી લોડને પાવર સપ્લાય કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઉત્તરપશ્ચિમ ચીનમાં સૌર ઘરગથ્થુ લાઇટિંગ સિસ્ટમ અને ગ્રીડથી દૂર માઇક્રોવેવ સ્ટેશન પાવર સપ્લાય સિસ્ટમ બધી ડીસી સિસ્ટમ છે. આ પ્રકારની સિસ્ટમમાં સરળ માળખું અને ઓછી કિંમત છે. જો કે, વિવિધ લોડ ડીસી વોલ્ટેજ (જેમ કે 12V, 24V, 48V, વગેરે) ને કારણે, સિસ્ટમનું માનકીકરણ અને સુસંગતતા પ્રાપ્ત કરવી મુશ્કેલ છે, ખાસ કરીને નાગરિક પાવર માટે, કારણ કે મોટાભાગના એસી લોડ ડીસી પાવર સાથે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર સપ્લાય માટે બજારમાં કોમોડિટી તરીકે પ્રવેશવા માટે વીજળી સપ્લાય કરવી મુશ્કેલ છે. વધુમાં, ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન આખરે ગ્રીડ-કનેક્ટેડ ઓપરેશન પ્રાપ્ત કરશે, જેને પરિપક્વ બજાર મોડેલ અપનાવવું પડશે. ભવિષ્યમાં, એસી ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમ્સ ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશનનો મુખ્ય પ્રવાહ બનશે.
ઇન્વર્ટર પાવર સપ્લાય માટે ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમની જરૂરિયાતો

AC પાવર આઉટપુટનો ઉપયોગ કરતી ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમમાં ચાર ભાગો હોય છે: ફોટોવોલ્ટેઇક એરે, ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ કંટ્રોલર, બેટરી અને ઇન્વર્ટર (ગ્રીડ-કનેક્ટેડ પાવર જનરેશન સિસ્ટમ સામાન્ય રીતે બેટરી બચાવી શકે છે), અને ઇન્વર્ટર મુખ્ય ઘટક છે. ફોટોવોલ્ટેઇકમાં ઇન્વર્ટર માટે ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓ છે:

1. ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા જરૂરી છે. હાલમાં સૌર કોષોની ઊંચી કિંમતને કારણે, સૌર કોષોનો મહત્તમ ઉપયોગ કરવા અને સિસ્ટમ કાર્યક્ષમતા સુધારવા માટે, ઇન્વર્ટરની કાર્યક્ષમતા સુધારવાનો પ્રયાસ કરવો જરૂરી છે.

2. ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતા જરૂરી છે. હાલમાં, ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમ્સનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે દૂરના વિસ્તારોમાં થાય છે, અને ઘણા પાવર સ્ટેશનો ધ્યાન વગર અને જાળવણી વગર ચાલે છે. આ માટે ઇન્વર્ટરમાં વાજબી સર્કિટ માળખું, કડક ઘટકોની પસંદગી અને ઇન્વર્ટરમાં વિવિધ સુરક્ષા કાર્યો, જેમ કે ઇનપુટ ડીસી પોલેરિટી કનેક્શન પ્રોટેક્શન, એસી આઉટપુટ શોર્ટ સર્કિટ પ્રોટેક્શન, ઓવરહિટીંગ, ઓવરલોડ પ્રોટેક્શન વગેરે હોવું જરૂરી છે.

૩. ડીસી ઇનપુટ વોલ્ટેજમાં અનુકૂલનની વિશાળ શ્રેણી હોવી જરૂરી છે. બેટરીનો ટર્મિનલ વોલ્ટેજ લોડ અને સૂર્યપ્રકાશની તીવ્રતા સાથે બદલાતો હોવાથી, બેટરીનો બેટરી વોલ્ટેજ પર મહત્વપૂર્ણ પ્રભાવ હોવા છતાં, બેટરીની બાકી રહેલી ક્ષમતા અને આંતરિક પ્રતિકારમાં ફેરફાર સાથે બેટરી વોલ્ટેજમાં વધઘટ થાય છે. ખાસ કરીને જ્યારે બેટરી જૂની થઈ રહી હોય છે, ત્યારે તેનો ટર્મિનલ વોલ્ટેજ વ્યાપકપણે બદલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ૧૨ વી બેટરીનો ટર્મિનલ વોલ્ટેજ ૧૦ વી થી ૧૬ વી સુધી બદલાઈ શકે છે. આ માટે ઇન્વર્ટરને મોટા ડીસી પર કામ કરવાની જરૂર છે. ઇનપુટ વોલ્ટેજ શ્રેણીમાં સામાન્ય કામગીરી સુનિશ્ચિત કરો અને એસી આઉટપુટ વોલ્ટેજની સ્થિરતા સુનિશ્ચિત કરો.

4. મધ્યમ અને મોટી ક્ષમતાવાળી ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમ્સમાં, ઇન્વર્ટર પાવર સપ્લાયનું આઉટપુટ સાઈન વેવ હોવું જોઈએ જેમાં ઓછી વિકૃતિ હોય. આનું કારણ એ છે કે મધ્યમ અને મોટી ક્ષમતાવાળી સિસ્ટમોમાં, જો ચોરસ તરંગ પાવરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, તો આઉટપુટમાં વધુ હાર્મોનિક ઘટકો હશે, અને ઉચ્ચ હાર્મોનિક વધારાના નુકસાન પેદા કરશે. ઘણી ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમ્સ કોમ્યુનિકેશન અથવા ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન સાધનોથી ભરેલી હોય છે. પાવર ગ્રીડની ગુણવત્તા પર સાધનોની ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓ હોય છે. જ્યારે મધ્યમ અને મોટી ક્ષમતાવાળી ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમ્સ ગ્રીડ સાથે જોડાયેલ હોય છે, ત્યારે જાહેર ગ્રીડ સાથે પાવર પ્રદૂષણ ટાળવા માટે, ઇન્વર્ટરને સાઈન વેવ કરંટ આઉટપુટ કરવાની પણ જરૂર પડે છે.

ઇન્વર્ટર ડાયરેક્ટ કરંટને વૈકલ્પિક કરંટમાં રૂપાંતરિત કરે છે. જો ડાયરેક્ટ કરંટ વોલ્ટેજ ઓછો હોય, તો તેને વૈકલ્પિક કરંટ ટ્રાન્સફોર્મર દ્વારા બૂસ્ટ કરવામાં આવે છે જેથી પ્રમાણભૂત વૈકલ્પિક કરંટ વોલ્ટેજ અને આવર્તન પ્રાપ્ત થાય. મોટી-ક્ષમતાવાળા ઇન્વર્ટર માટે, ઉચ્ચ DC બસ વોલ્ટેજને કારણે, AC આઉટપુટને સામાન્ય રીતે 220V સુધી વોલ્ટેજ વધારવા માટે ટ્રાન્સફોર્મરની જરૂર હોતી નથી. મધ્યમ અને નાની-ક્ષમતાવાળા ઇન્વર્ટરમાં, DC વોલ્ટેજ પ્રમાણમાં ઓછું હોય છે, જેમ કે 12V, 24V માટે, બુસ્ટ સર્કિટ ડિઝાઇન કરવી આવશ્યક છે. મધ્યમ અને નાની-ક્ષમતાવાળા ઇન્વર્ટરમાં સામાન્ય રીતે પુશ-પુલ ઇન્વર્ટર સર્કિટ, ફુલ-બ્રિજ ઇન્વર્ટર સર્કિટ અને ઉચ્ચ-આવર્તન બૂસ્ટ ઇન્વર્ટર સર્કિટનો સમાવેશ થાય છે. પુશ-પુલ સર્કિટ બૂસ્ટ ટ્રાન્સફોર્મરના ન્યુટ્રલ પ્લગને પોઝિટિવ પાવર સપ્લાય અને બે પાવર ટ્યુબ સાથે જોડે છે. વૈકલ્પિક કાર્ય, આઉટપુટ AC પાવર, કારણ કે પાવર ટ્રાન્ઝિસ્ટર સામાન્ય જમીન સાથે જોડાયેલા હોય છે, ડ્રાઇવ અને નિયંત્રણ સર્કિટ સરળ હોય છે, અને કારણ કે ટ્રાન્સફોર્મરમાં ચોક્કસ લિકેજ ઇન્ડક્ટન્સ હોય છે, તે શોર્ટ-સર્કિટ કરંટને મર્યાદિત કરી શકે છે, આમ સર્કિટની વિશ્વસનીયતામાં સુધારો થાય છે. ગેરલાભ એ છે કે ટ્રાન્સફોર્મરનો ઉપયોગ ઓછો છે અને ઇન્ડક્ટિવ લોડ ચલાવવાની ક્ષમતા નબળી છે.
ફુલ-બ્રિજ ઇન્વર્ટર સર્કિટ પુશ-પુલ સર્કિટની ખામીઓને દૂર કરે છે. પાવર ટ્રાન્ઝિસ્ટર આઉટપુટ પલ્સ પહોળાઈને સમાયોજિત કરે છે, અને આઉટપુટ AC વોલ્ટેજનું અસરકારક મૂલ્ય તે મુજબ બદલાય છે. કારણ કે સર્કિટમાં ફ્રીવ્હીલિંગ લૂપ છે, ઇન્ડક્ટિવ લોડ માટે પણ, આઉટપુટ વોલ્ટેજ વેવફોર્મ વિકૃત થશે નહીં. આ સર્કિટનો ગેરલાભ એ છે કે ઉપલા અને નીચલા હાથના પાવર ટ્રાન્ઝિસ્ટર જમીનને શેર કરતા નથી, તેથી સમર્પિત ડ્રાઇવ સર્કિટ અથવા અલગ પાવર સપ્લાયનો ઉપયોગ કરવો આવશ્યક છે. વધુમાં, ઉપલા અને નીચલા બ્રિજ હાથના સામાન્ય વહનને રોકવા માટે, એક સર્કિટને બંધ કરવા અને પછી ચાલુ કરવા માટે ડિઝાઇન કરવી આવશ્યક છે, એટલે કે, ડેડ ટાઇમ સેટ કરવો આવશ્યક છે, અને સર્કિટ માળખું વધુ જટિલ છે.

પુશ-પુલ સર્કિટ અને ફુલ-બ્રિજ સર્કિટના આઉટપુટમાં સ્ટેપ-અપ ટ્રાન્સફોર્મર ઉમેરવું આવશ્યક છે. સ્ટેપ-અપ ટ્રાન્સફોર્મર કદમાં મોટું, કાર્યક્ષમતામાં ઓછું અને વધુ ખર્ચાળ હોવાથી, પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ ટેકનોલોજીના વિકાસ સાથે, હાઇ-ફ્રિકવન્સી સ્ટેપ-અપ કન્વર્ઝન ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ રિવર્સ પ્રાપ્ત કરવા માટે થાય છે. તે હાઇ પાવર ડેન્સિટી ઇન્વર્ટરને સાકાર કરી શકે છે. આ ઇન્વર્ટર સર્કિટનું ફ્રન્ટ-સ્ટેજ બૂસ્ટ સર્કિટ પુશ-પુલ સ્ટ્રક્ચર અપનાવે છે, પરંતુ વર્કિંગ ફ્રીક્વન્સી 20KHz થી ઉપર છે. બૂસ્ટ ટ્રાન્સફોર્મર હાઇ-ફ્રિકવન્સી મેગ્નેટિક કોર મટિરિયલ અપનાવે છે, તેથી તે કદમાં નાનું અને વજનમાં હલકું છે. હાઇ-ફ્રિકવન્સી ઇન્વર્ઝન પછી, તેને હાઇ-ફ્રિકવન્સી ટ્રાન્સફોર્મર દ્વારા હાઇ-ફ્રિકવન્સી અલ્ટરનેટિંગ કરંટમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, અને પછી હાઇ-વોલ્ટેજ ડાયરેક્ટ કરંટ (સામાન્ય રીતે 300V થી ઉપર) હાઇ-ફ્રિકવન્સી રેક્ટિફાયર ફિલ્ટર સર્કિટ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે, અને પછી પાવર ફ્રીક્વન્સી ઇન્વર્ટર સર્કિટ દ્વારા ઇન્વર્ટ કરવામાં આવે છે.

આ સર્કિટ સ્ટ્રક્ચર સાથે, ઇન્વર્ટરની શક્તિમાં ઘણો સુધારો થાય છે, ઇન્વર્ટરનો નો-લોડ લોસ અનુરૂપ રીતે ઘટે છે, અને કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થાય છે. સર્કિટનો ગેરલાભ એ છે કે સર્કિટ જટિલ છે અને વિશ્વસનીયતા ઉપરોક્ત બે સર્કિટ કરતા ઓછી છે.

ઇન્વર્ટર સર્કિટનું નિયંત્રણ સર્કિટ

ઉપરોક્ત ઇન્વર્ટરના મુખ્ય સર્કિટ બધાને કંટ્રોલ સર્કિટ દ્વારા સાકાર કરવાની જરૂર છે. સામાન્ય રીતે, બે નિયંત્રણ પદ્ધતિઓ છે: સ્ક્વેર વેવ અને પોઝિટિવ અને નબળા તરંગ. સ્ક્વેર વેવ આઉટપુટ સાથે ઇન્વર્ટર પાવર સપ્લાય સર્કિટ સરળ, ઓછી કિંમત, પરંતુ કાર્યક્ષમતા ઓછી અને હાર્મોનિક ઘટકોમાં મોટી છે. . સાઇન વેવ આઉટપુટ એ ઇન્વર્ટરનો વિકાસ વલણ છે. માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ ટેકનોલોજીના વિકાસ સાથે, PWM ફંક્શનવાળા માઇક્રોપ્રોસેસર્સ પણ બહાર આવ્યા છે. તેથી, સાઇન વેવ આઉટપુટ માટે ઇન્વર્ટર ટેકનોલોજી પરિપક્વ થઈ ગઈ છે.

1. સ્ક્વેર વેવ આઉટપુટ ધરાવતા ઇન્વર્ટર હાલમાં મોટાભાગે પલ્સ-વિડ્થ મોડ્યુલેશન ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટનો ઉપયોગ કરે છે, જેમ કે SG 3 525, TL 494 અને તેથી વધુ. પ્રેક્ટિસે સાબિત કર્યું છે કે SG3525 ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટનો ઉપયોગ અને પાવર FETsનો સ્વિચિંગ પાવર ઘટકો તરીકે ઉપયોગ પ્રમાણમાં ઉચ્ચ પ્રદર્શન અને કિંમત ઇન્વર્ટર પ્રાપ્ત કરી શકે છે. કારણ કે SG3525 માં પાવર FETs ને સીધા ચલાવવાની ક્ષમતા છે અને તેમાં આંતરિક સંદર્ભ સ્ત્રોત અને ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર અને અંડરવોલ્ટેજ પ્રોટેક્શન ફંક્શન છે, તેથી તેનું પેરિફેરલ સર્કિટ ખૂબ જ સરળ છે.

2. સાઈન વેવ આઉટપુટ સાથેનું ઇન્વર્ટર કંટ્રોલ ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ, સાઈન વેવ આઉટપુટ સાથેના ઇન્વર્ટરનું કંટ્રોલ સર્કિટ માઇક્રોપ્રોસેસર દ્વારા નિયંત્રિત કરી શકાય છે, જેમ કે INTEL કોર્પોરેશન દ્વારા ઉત્પાદિત 80 C 196 MC, અને મોટોરોલા કંપની દ્વારા ઉત્પાદિત. MI-CRO CHIP કંપની દ્વારા ઉત્પાદિત MP 16 અને PI C 16 C 73, વગેરે. આ સિંગલ-ચિપ કમ્પ્યુટર્સમાં બહુવિધ PWM જનરેટર છે, અને તેઓ ઉપલા અને ઉપલા બ્રિજ આર્મ્સને સેટ કરી શકે છે. ડેડ ટાઇમ દરમિયાન, સાઇન વેવ આઉટપુટ સર્કિટને સાકાર કરવા માટે INTEL કંપનીના 80 C 196 MC, સાઇન વેવ સિગ્નલ જનરેશન પૂર્ણ કરવા માટે 80 C 196 MC નો ઉપયોગ કરો, અને વોલ્ટેજ સ્થિરીકરણ પ્રાપ્ત કરવા માટે AC આઉટપુટ વોલ્ટેજ શોધો.

ઇન્વર્ટરના મુખ્ય સર્કિટમાં પાવર ડિવાઇસીસની પસંદગી

મુખ્ય પાવર ઘટકોની પસંદગીઇન્વર્ટરખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. હાલમાં, સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા પાવર ઘટકોમાં ડાર્લિંગ્ટન પાવર ટ્રાન્ઝિસ્ટર (BJT), પાવર ફિલ્ડ ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર (MOS-F ET), ઇન્સ્યુલેટેડ ગેટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર (IGB) અને ટર્ન-ઓફ થાઇરિસ્ટર (GTO), વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. નાની-ક્ષમતાવાળી ઓછી-વોલ્ટેજ સિસ્ટમમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા ઉપકરણો MOS FET છે, કારણ કે MOS FET માં ઓન-સ્ટેટ વોલ્ટેજ ડ્રોપ ઓછો અને વધુ હોય છે. IG BT ની સ્વિચિંગ ફ્રીક્વન્સી સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ અને મોટી-ક્ષમતાવાળી સિસ્ટમોમાં વપરાય છે. આનું કારણ એ છે કે MOS FET નો ઓન-સ્ટેટ પ્રતિકાર વોલ્ટેજમાં વધારો સાથે વધે છે, અને IG BT મધ્યમ-ક્ષમતાવાળી સિસ્ટમોમાં વધુ ફાયદો ધરાવે છે, જ્યારે સુપર-લાર્જ-ક્ષમતા (100 kVA થી ઉપર) સિસ્ટમોમાં, GTO નો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે પાવર ઘટકો તરીકે થાય છે.