इनवर्टर स्थैतिक कन्वर्टरों के एक बड़े समूह का हिस्सा हैं, जिनमें आज के कई उपकरण शामिल हैं।'ऐसे उपकरण जो सक्षम हैं“बदलना”इनपुट में विद्युत मापदंडों, जैसे वोल्टेज और आवृत्ति, को इस प्रकार समायोजित किया जाना चाहिए ताकि आउटपुट लोड की आवश्यकताओं के अनुरूप हो।

सामान्य तौर पर, इन्वर्टर ऐसे उपकरण होते हैं जो डायरेक्ट करंट को अल्टरनेटिंग करंट में परिवर्तित कर सकते हैं और औद्योगिक स्वचालन अनुप्रयोगों और इलेक्ट्रिक ड्राइव में इनका व्यापक उपयोग होता है। विभिन्न प्रकार के इन्वर्टरों की संरचना और डिज़ाइन प्रत्येक विशिष्ट अनुप्रयोग के अनुसार बदलती रहती है, भले ही उनका मूल उद्देश्य एक ही हो (डीसी से एसी में रूपांतरण)।

1. स्टैंडअलोन और ग्रिड-कनेक्टेड इन्वर्टर

फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले इनवर्टर को ऐतिहासिक रूप से दो मुख्य श्रेणियों में विभाजित किया गया है:

:स्टैंडअलोन इन्वर्टर

:ग्रिड-कनेक्टेड इन्वर्टर

स्टैंडअलोन इन्वर्टर उन अनुप्रयोगों के लिए होते हैं जहां सौर ऊर्जा संयंत्र मुख्य ऊर्जा वितरण नेटवर्क से जुड़ा नहीं होता है। इन्वर्टर जुड़े हुए लोड को विद्युत ऊर्जा की आपूर्ति करने में सक्षम होता है, जिससे मुख्य विद्युत मापदंडों (वोल्टेज और आवृत्ति) की स्थिरता सुनिश्चित होती है। यह उन्हें पूर्वनिर्धारित सीमाओं के भीतर रखता है और अस्थायी ओवरलोडिंग स्थितियों का सामना करने में सक्षम होता है। ऐसी स्थिति में, निरंतर ऊर्जा आपूर्ति सुनिश्चित करने के लिए इन्वर्टर को बैटरी स्टोरेज सिस्टम से जोड़ा जाता है।

दूसरी ओर, ग्रिड से जुड़े इनवर्टर उस विद्युत ग्रिड के साथ सिंक्रनाइज़ हो सकते हैं जिससे वे जुड़े होते हैं, क्योंकि इस मामले में वोल्टेज और आवृत्ति समान होती हैं।“थोपा”मुख्य ग्रिड द्वारा नियंत्रित। मुख्य ग्रिड के विफल होने पर इन इनवर्टरों को डिस्कनेक्ट करने में सक्षम होना चाहिए ताकि मुख्य ग्रिड की किसी भी संभावित रिवर्स सप्लाई से बचा जा सके, जो एक गंभीर खतरा पैदा कर सकती है।

चित्र 1 - स्टैंडअलोन सिस्टम और ग्रिड-कनेक्टेड सिस्टम का उदाहरण। चित्र सौजन्य: बिब्लस।

2. बस कैपेसिटर की क्या भूमिका है?

इन्वर्टर का उद्देश्य डीसी तरंग वोल्टेज को एसी सिग्नल में परिवर्तित करना है ताकि किसी दिए गए आवृत्ति पर और छोटे चरण कोण के साथ लोड (जैसे पावर ग्रिड) में शक्ति का संचार किया जा सके।φ ≈0). एकल चरण एकध्रुवीय पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्ल्यूएम) के लिए एक सरलीकृत परिपथ चित्र में दिखाया गया है।2 (इसी सामान्य योजना को तीन-चरण प्रणाली तक बढ़ाया जा सकता है)। इस आरेख में, एक PV प्रणाली, जो कुछ स्रोत प्रेरकत्व के साथ एक DC वोल्टेज स्रोत के रूप में कार्य करती है, को फ्रीव्हीलिंग डायोड के समानांतर लगे चार IGBT स्विचों के माध्यम से AC सिग्नल में रूपांतरित किया जाता है। इन स्विचों को गेट पर PWM सिग्नल द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो आमतौर पर एक IC का आउटपुट होता है जो एक वाहक तरंग (आमतौर पर वांछित आउटपुट आवृत्ति की साइन तरंग) और काफी उच्च आवृत्ति (आमतौर पर 5-20kHz पर एक त्रिभुज तरंग) पर एक संदर्भ तरंग की तुलना करता है। IGBT के आउटपुट को विभिन्न प्रकार के LC फिल्टरों के अनुप्रयोग द्वारा उपयोग या ग्रिड इंजेक्शन के लिए उपयुक्त AC सिग्नल में रूपांतरित किया जाता है।

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चित्र 2: पल्सड विड्थ मॉड्यूलेशन (पीडब्ल्यूएम) सिंगल-फेजइन्वर्टर सेटअप। आईआरबीबीटी स्विच, एलसी आउटपुट फिल्टर के साथ मिलकर, डीसी इनपुट सिग्नल को एक उपयोगी एसी सिग्नल में परिवर्तित करते हैं। इससे एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है।पीवी टर्मिनलों पर हानिकारक वोल्टेज रिपल। बसइस रिपल को कम करने के लिए कैपेसिटर का आकार निर्धारित किया जाता है।

आईजीबीटी के संचालन से पीवी सरणी के टर्मिनलों पर एक रिपल वोल्टेज उत्पन्न होता है। यह रिपल पीवी प्रणाली के संचालन के लिए हानिकारक है, क्योंकि अधिकतम शक्ति प्राप्त करने के लिए टर्मिनलों पर लगाया गया नाममात्र वोल्टेज आईवी वक्र के अधिकतम शक्ति बिंदु (एमपीपी) पर स्थिर रहना चाहिए। पीवी टर्मिनलों पर वोल्टेज रिपल प्रणाली से प्राप्त शक्ति में उतार-चढ़ाव पैदा करेगा, जिसके परिणामस्वरूप

कम औसत पावर आउटपुट (चित्र 3)। वोल्टेज रिपल को कम करने के लिए बस में एक कैपेसिटर जोड़ा जाता है।

चित्र 3: पीडब्ल्यूएम इन्वर्टर प्रणाली द्वारा पीवी टर्मिनलों पर उत्पन्न वोल्टेज रिपल, लागू वोल्टेज को पीवी ऐरे के अधिकतम पावर पॉइंट (एमपीपी) से दूर कर देता है। इससे ऐरे के पावर आउटपुट में रिपल उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप औसत आउटपुट पावर नाममात्र एमपीपी से कम हो जाती है।

वोल्टेज रिपल का आयाम (पीक-टू-पीक) स्विचिंग आवृत्ति, पीवी वोल्टेज, बस धारिता और फ़िल्टर प्रेरकत्व द्वारा निम्न सूत्र के अनुसार निर्धारित होता है:

कहाँ:

वीपीवी सौर पैनल का डीसी वोल्टेज है।

Cbus बस कैपेसिटर की धारिता है।

L फिल्टर प्रेरकों का प्रेरकत्व है।

fPWM स्विचिंग आवृत्ति है।

समीकरण (1) एक आदर्श संधारित्र पर लागू होता है जो आवेशन के दौरान संधारित्र से आवेश के प्रवाह को रोकता है और फिर विद्युत क्षेत्र में स्थित ऊर्जा को बिना किसी प्रतिरोध के निर्वहन करता है। वास्तविकता में, कोई भी संधारित्र आदर्श नहीं होता (चित्र 4), बल्कि यह कई तत्वों से बना होता है। आदर्श धारिता के अतिरिक्त, परावैद्युत पूर्णतः प्रतिरोधी नहीं होता और एक सीमित शंट प्रतिरोध (Rsh) के साथ एनोड से कैथोड तक एक छोटी रिसाव धारा प्रवाहित होती है, जो परावैद्युत धारिता (C) को दरकिनार कर देती है। जब संधारित्र से धारा प्रवाहित होती है, तो पिन, पन्नी और परावैद्युत पूर्णतः चालक नहीं होते और धारिता के साथ श्रृंखला में एक समतुल्य श्रृंखला प्रतिरोध (ESR) होता है। अंत में, संधारित्र चुंबकीय क्षेत्र में कुछ ऊर्जा संग्रहित करता है, इसलिए धारिता और ESR के साथ श्रृंखला में एक समतुल्य श्रृंखला प्रेरकत्व (ESL) होता है।

चित्र 4: एक सामान्य संधारित्र का समतुल्य परिपथ। एक संधारित्रइसमें कई गैर-आदर्श तत्व शामिल हैं, जिनमें परावैद्युत धारिता (C), परावैद्युत के माध्यम से एक गैर-अनंत शंट प्रतिरोध जो संधारित्र को बायपास करता है, श्रृंखला प्रतिरोध (ESR), और श्रृंखला प्रेरकत्व (ESL) शामिल हैं।

कैपेसिटर जैसे दिखने में सरल घटक में भी कई ऐसे तत्व मौजूद होते हैं जो खराब हो सकते हैं या उनकी कार्यक्षमता घट सकती है। इनमें से प्रत्येक तत्व AC और DC दोनों तरफ इन्वर्टर के व्यवहार को प्रभावित कर सकता है। गैर-आदर्श कैपेसिटर घटकों की कार्यक्षमता में गिरावट का PV टर्मिनलों पर उत्पन्न वोल्टेज रिपल पर पड़ने वाले प्रभाव को निर्धारित करने के लिए, SPICE का उपयोग करके एक PWM यूनिपोलर H-ब्रिज इन्वर्टर (चित्र 2) का सिमुलेशन किया गया। फ़िल्टर कैपेसिटर और इंडक्टरों की चालकता क्रमशः 250µF और 20mH रखी गई। IGBT के लिए SPICE मॉडल पेट्री एट अल के कार्य से लिए गए हैं। IGBT स्विचों को नियंत्रित करने वाला PWM सिग्नल, उच्च और निम्न-साइड IGBT स्विचों के लिए क्रमशः एक तुलनित्र और एक इनवर्टिंग तुलनित्र परिपथ द्वारा निर्धारित किया जाता है। PWM नियंत्रण के लिए इनपुट 9.5V, 60Hz साइन कैरियर तरंग और 10V, 10kHz त्रिकोणीय तरंग हैं।