સૌર ઇન્વર્ટરનો સિદ્ધાંત અને ઉપયોગ

હાલમાં, ચીનની ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમ મુખ્યત્વે ડીસી સિસ્ટમ છે, જે સૌર બેટરી દ્વારા ઉત્પન્ન થતી ઇલેક્ટ્રિક ઊર્જાને ચાર્જ કરવાની 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 તમામ 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 લીધે, સિસ્ટમનું માનકીકરણ અને સુસંગતતા હાંસલ કરવી મુશ્કેલ છે, ખાસ કરીને નાગરિક શક્તિ માટે, કારણ કે મોટાભાગના AC લોડનો ઉપયોગ DC પાવર સાથે થાય છે. . ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર સપ્લાયને કોમોડિટી તરીકે બજારમાં પ્રવેશવા માટે વીજળી પૂરી પાડવી મુશ્કેલ છે. વધુમાં, ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન આખરે ગ્રીડ-કનેક્ટેડ કામગીરી હાંસલ કરશે, જેને પરિપક્વ બજાર મોડલ અપનાવવું આવશ્યક છે. ભવિષ્યમાં, એસી ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમ્સ ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશનનો મુખ્ય પ્રવાહ બની જશે.
ઇન્વર્ટર પાવર સપ્લાય માટે ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમની જરૂરિયાતો

AC પાવર આઉટપુટનો ઉપયોગ કરીને ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમમાં ચાર ભાગોનો સમાવેશ થાય છે: ફોટોવોલ્ટેઇક એરે, ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ કંટ્રોલર, બેટરી અને ઇન્વર્ટર (ગ્રીડ સાથે જોડાયેલ પાવર જનરેશન સિસ્ટમ સામાન્ય રીતે બેટરીને બચાવી શકે છે), અને ઇન્વર્ટર મુખ્ય ઘટક છે. ફોટોવોલ્ટેઇક ઇન્વર્ટર માટે ઉચ્ચ જરૂરિયાતો ધરાવે છે:

1. ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા જરૂરી છે. હાલમાં સોલાર સેલના ઊંચા ભાવને કારણે, સૌર કોષોનો મહત્તમ ઉપયોગ કરવા અને સિસ્ટમની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા માટે, ઇન્વર્ટરની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવાનો પ્રયાસ કરવો જરૂરી છે.

2. ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતા જરૂરી છે. હાલમાં, ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમ્સનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે દૂરના વિસ્તારોમાં થાય છે, અને ઘણા પાવર સ્ટેશનો અડ્યા વિના અને જાળવવામાં આવે છે. આ માટે ઇન્વર્ટરને વાજબી સર્કિટ માળખું, કમ્પોનન્ટની કડક પસંદગીની જરૂર છે અને ઇન્વર્ટરમાં વિવિધ સંરક્ષણ કાર્યોની જરૂર છે, જેમ કે ઇનપુટ ડીસી પોલેરિટી કનેક્શન પ્રોટેક્શન, એસી આઉટપુટ શોર્ટ સર્કિટ પ્રોટેક્શન, ઓવરહિટીંગ, ઓવરલોડ પ્રોટેક્શન વગેરે.

3. ડીસી ઇનપુટ વોલ્ટેજને અનુકૂલનની વિશાળ શ્રેણી હોવી જરૂરી છે. બેટરીનું ટર્મિનલ વોલ્ટેજ લોડ અને સૂર્યપ્રકાશની તીવ્રતા સાથે બદલાતું હોવાથી, બેટરીની બેટરી વોલ્ટેજ પર મહત્વની અસર હોવા છતાં, બેટરીની બાકી રહેલી ક્ષમતા અને આંતરિક પ્રતિકારમાં ફેરફાર સાથે બેટરી વોલ્ટેજ વધઘટ થાય છે. ખાસ કરીને જ્યારે બેટરી વૃદ્ધ થાય છે, ત્યારે તેનું ટર્મિનલ વોલ્ટેજ વ્યાપકપણે બદલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, 12 V બેટરીનું ટર્મિનલ વોલ્ટેજ 10 V થી 16 V સુધી બદલાઈ શકે છે. આ માટે ઇન્વર્ટરને મોટા DC પર કામ કરવાની જરૂર છે, ખાતરી કરો કે ઇનપુટ વોલ્ટેજ રેન્જમાં સામાન્ય કામગીરી થાય અને AC આઉટપુટ વોલ્ટેજની સ્થિરતા સુનિશ્ચિત કરો.

4. મધ્યમ અને મોટી-ક્ષમતાવાળી ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમ્સમાં, ઇન્વર્ટર પાવર સપ્લાયનું આઉટપુટ ઓછી વિકૃતિ સાથે સાઈન વેવ હોવું જોઈએ. આ એટલા માટે છે કારણ કે મધ્યમ અને મોટી-ક્ષમતાવાળી સિસ્ટમ્સમાં, જો ચોરસ તરંગ શક્તિનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, તો આઉટપુટમાં વધુ હાર્મોનિક ઘટકો હશે, અને ઉચ્ચ હાર્મોનિક્સ વધારાના નુકસાન પેદા કરશે. ઘણી ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમો સંચાર અથવા ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન સાધનોથી ભરેલી હોય છે. પાવર ગ્રીડની ગુણવત્તા પર સાધનોની ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓ છે. જ્યારે મધ્યમ અને મોટી-ક્ષમતાવાળી ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન સિસ્ટમ્સ ગ્રીડ સાથે જોડાયેલ હોય, ત્યારે જાહેર ગ્રીડ સાથે વીજ પ્રદૂષણ ટાળવા માટે, ઇન્વર્ટરને સાઈન વેવ કરંટ આઉટપુટ કરવા માટે પણ જરૂરી છે.

ઇન્વર્ટર સીધા પ્રવાહને વૈકલ્પિક પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત કરે છે. જો ડાયરેક્ટ કરંટ વોલ્ટેજ ઓછું હોય, તો તેને પ્રમાણભૂત વૈકલ્પિક વર્તમાન વોલ્ટેજ અને આવર્તન મેળવવા માટે વૈકલ્પિક વર્તમાન ટ્રાન્સફોર્મર દ્વારા બુસ્ટ કરવામાં આવે છે. મોટી-ક્ષમતા ધરાવતા ઇન્વર્ટર માટે, ઉચ્ચ ડીસી બસ વોલ્ટેજને કારણે, AC આઉટપુટને સામાન્ય રીતે 220V સુધી વોલ્ટેજ વધારવા માટે ટ્રાન્સફોર્મરની જરૂર પડતી 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 સાથે જોડે છે, અને બે પાવર ટ્યુબ વૈકલ્પિક કાર્ય, આઉટપુટ એસી પાવર, કારણ કે પાવર ટ્રાન્ઝિસ્ટર સામાન્ય જમીન સાથે જોડાયેલા છે, ડ્રાઇવ અને નિયંત્રણ સર્કિટ સરળ છે, અને કારણ કે ટ્રાન્સફોર્મરમાં ચોક્કસ લિકેજ ઇન્ડક્ટન્સ હોય છે, તે શોર્ટ-સર્કિટ વર્તમાનને મર્યાદિત કરી શકે છે, આમ સર્કિટની વિશ્વસનીયતામાં સુધારો કરે 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 એસી વોલ્ટેજનું અસરકારક મૂલ્ય તે મુજબ બદલાય છે. કારણ કે સર્કિટમાં ફ્રીવ્હીલિંગ લૂપ છે, ઇન્ડક્ટિવ લોડ્સ માટે પણ, આઉટપુટ વોલ્ટેજ વેવફોર્મ વિકૃત થશે નહીં. આ સર્કિટનો ગેરલાભ એ છે કે ઉપલા અને નીચલા હાથના પાવર ટ્રાંઝિસ્ટર જમીનને વહેંચતા નથી, તેથી સમર્પિત ડ્રાઇવ સર્કિટ અથવા અલગ પાવર સપ્લાયનો ઉપયોગ કરવો આવશ્યક છે. વધુમાં, ઉપલા અને નીચલા પુલના હાથના સામાન્ય વહનને રોકવા માટે, સર્કિટને બંધ કરવા અને પછી ચાલુ કરવા માટે ડિઝાઇન કરવી આવશ્યક છે, એટલે કે, ડેડ ટાઇમ સેટ કરવો આવશ્યક છે, અને સર્કિટનું માળખું વધુ જટિલ છે.

પુશ-પુલ સર્કિટ અને ફુલ-બ્રિજ સર્કિટના આઉટપુટમાં સ્ટેપ-અપ ટ્રાન્સફોર્મર ઉમેરવું આવશ્યક છે. કારણ કે સ્ટેપ-અપ ટ્રાન્સફોર્મર કદમાં મોટું છે, કાર્યક્ષમતા ઓછી છે અને વધુ ખર્ચાળ છે, પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ ટેક્નોલોજીના વિકાસ સાથે, ઉચ્ચ-આવર્તન સ્ટેપ-અપ કન્વર્ઝન ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ રિવર્સ હાંસલ કરવા માટે થાય છે તે ઉચ્ચ પાવર ડેન્સિટી ઇન્વર્ટરને અનુભવી શકે છે. આ ઇન્વર્ટર સર્કિટનું ફ્રન્ટ-સ્ટેજ બૂસ્ટ સર્કિટ પુશ-પુલ સ્ટ્રક્ચરને અપનાવે છે, પરંતુ કામ કરવાની આવર્તન 20KHz ઉપર છે. બુસ્ટ ટ્રાન્સફોર્મર ઉચ્ચ-આવર્તન ચુંબકીય કોર સામગ્રીને અપનાવે છે, તેથી તે કદમાં નાનું અને વજનમાં ઓછું છે. ઉચ્ચ-આવર્તન વ્યુત્ક્રમણ પછી, તે ઉચ્ચ-આવર્તન ટ્રાન્સફોર્મર દ્વારા ઉચ્ચ-આવર્તન વૈકલ્પિક પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત થાય છે, અને પછી ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ડાયરેક્ટ કરંટ (સામાન્ય રીતે 300V ઉપર) ઉચ્ચ-આવર્તન રેક્ટિફાયર ફિલ્ટર સર્કિટ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે, અને પછી ઊંધી પ્રવાહ દ્વારા પાવર ફ્રીક્વન્સી ઇન્વર્ટર સર્કિટ.

આ સર્કિટ સ્ટ્રક્ચર સાથે, ઇન્વર્ટરની શક્તિમાં ઘણો સુધારો થાય છે, ઇન્વર્ટરનું નો-લોડ નુકશાન અનુરૂપ રીતે ઓછું થાય છે, અને કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થાય છે. સર્કિટનો ગેરલાભ એ છે કે સર્કિટ જટિલ છે અને વિશ્વસનીયતા ઉપરોક્ત બે સર્કિટ કરતાં ઓછી છે.

ઇન્વર્ટર સર્કિટનું નિયંત્રણ સર્કિટ

ઉપરોક્ત ઇન્વર્ટરના મુખ્ય સર્કિટને નિયંત્રણ સર્કિટ દ્વારા સમજવાની જરૂર છે. સામાન્ય રીતે, ત્યાં બે નિયંત્રણ પદ્ધતિઓ છે: ચોરસ તરંગ અને હકારાત્મક અને નબળા તરંગ. સ્ક્વેર વેવ આઉટપુટ સાથે ઇન્વર્ટર પાવર સપ્લાય સર્કિટ સરળ છે, કિંમતમાં ઓછી છે, પરંતુ કાર્યક્ષમતા ઓછી છે અને હાર્મોનિક ઘટકોમાં મોટી છે. . સાઈન વેવ આઉટપુટ એ ઇન્વર્ટરનો વિકાસ વલણ છે. માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ ટેક્નોલોજીના વિકાસ સાથે, PWM ફંક્શન્સ સાથે માઇક્રોપ્રોસેસર્સ પણ બહાર આવ્યા છે. તેથી, સાઈન વેવ આઉટપુટ માટે ઇન્વર્ટર ટેકનોલોજી પરિપક્વ થઈ ગઈ છે.

1. સ્ક્વેર વેવ આઉટપુટ સાથેના ઇન્વર્ટર હાલમાં મોટે ભાગે પલ્સ-વિડ્થ મોડ્યુલેશન ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટનો ઉપયોગ કરે છે, જેમ કે SG 3 525, TL 494 અને તેથી વધુ. પ્રેક્ટિસ એ સાબિત કર્યું છે કે SG3525 ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટનો ઉપયોગ અને પાવર FET નો ઉપયોગ પાવર ઘટકો તરીકે સ્વિચિંગ પ્રમાણમાં ઊંચી કામગીરી અને કિંમત ઇન્વર્ટર હાંસલ કરી શકે છે. કારણ કે SG3525 પાવર FETs ક્ષમતાને સીધી રીતે ચલાવવાની ક્ષમતા ધરાવે છે અને આંતરિક સંદર્ભ સ્ત્રોત અને ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર અને અંડરવોલ્ટેજ પ્રોટેક્શન ફંક્શન ધરાવે છે, તેથી તેની પેરિફેરલ સર્કિટ ખૂબ જ સરળ છે.

2. સાઈન વેવ આઉટપુટ સાથે ઈન્વર્ટર કંટ્રોલ ઈન્ટીગ્રેટેડ સર્કિટ, સાઈન વેવ આઉટપુટ સાથે ઈન્વર્ટરનું 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 વગેરે દ્વારા ઉત્પાદિત MP 16 અને PI C 16 C 73. આ સિંગલ-ચિપ કમ્પ્યુટર્સમાં બહુવિધ PWM જનરેટર હોય છે, અને તે ઉપરના અને ઉપરના બ્રિજને સેટ કરી શકે છે. ડેડ ટાઇમ દરમિયાન, સાઈન વેવ આઉટપુટ સર્કિટને સમજવા માટે INTEL કંપનીના 80 C 196 MC, સાઈન વેવ સિગ્નલ જનરેશનને પૂર્ણ કરવા માટે 80 C 196 MC અને વોલ્ટેજ સ્થિરીકરણ પ્રાપ્ત કરવા માટે AC આઉટપુટ વોલ્ટેજનો ઉપયોગ કરો.

ઇન્વર્ટરના મુખ્ય સર્કિટમાં પાવર ઉપકરણોની પસંદગી

ના 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) નો સમાવેશ થાય છે. T) અને ટર્ન-ઑફ થાઇરિસ્ટર (GTO), વગેરે, નાની-ક્ષમતા ધરાવતી ઓછી-વોલ્ટેજ સિસ્ટમમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા ઉપકરણો MOS FET છે, કારણ કે MOS FETમાં ઓન-સ્ટેટ વોલ્ટેજ ડ્રોપ અને ઉચ્ચ IG BT ની સ્વિચિંગ આવર્તન સામાન્ય રીતે છે. ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ અને મોટી ક્ષમતાવાળી સિસ્ટમમાં વપરાય છે. આનું કારણ એ છે કે MOS FET નો ઓન-સ્ટેટ રેઝિસ્ટન્સ વોલ્ટેજના વધારા સાથે વધે છે, અને IG BT મધ્યમ-ક્ષમતાવાળી સિસ્ટમ્સમાં વધુ ફાયદો મેળવે છે, જ્યારે સુપર-લાર્જ-કેપેસિટી (100 kVA ઉપર) સિસ્ટમ્સમાં, GTO નો સામાન્ય રીતે ઉપયોગ થાય છે. પાવર ઘટકો તરીકે.