ES2335046T3 - Ondulador, en especial para instalaciones fotovoltaicas. - Google Patents

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Abstract

Ondulador (1) para transformar un voltaje eléctrico continuo, en especial una fuente fotovoltaica de voltaje continuo, en un voltaje alterno con una entrada de voltaje continuo de dos conexiones (DC+, DC-), entre las que está prevista en disposición paralela una conexión de puente, en cuyas salidas de voltaje alterno (C,D) están previstas inductancias de red (L1,L2), y una salida de voltaje alterno con dos conexiones (AC1,AC2), caracterizado porque está previsto un primer ramal de puente (Z1) con por lo menos cuatro elementos conectores en serie dispuestos del primero al cuarto (S1, S2, S3, S4) y un segundo ramal de puente (Z2) con por lo menos un quinto y un sexto elemento de conexión (S5,S6) y porque entre la salida de voltaje alterno (C), que proviene del segundo ramal de puente (Z2) entre el quinto y el sexto elemento de conexión, y en cada caso los puntos de unión (A,B) entre el primero y el segundo elementos de conexión o bien entre el tercero y el cuarto elementos de conexión (S1,S2 o bien S3,S4) del primer ramal del puente (Z1), está conectado en cada caso un diodo (D7, D8) en sentido de paso opuesto, de modo que en cada caso uno de los conectores centrales segundo y tercero (S2 o S3) del primer ramal de puente (Z1) y en cada caso uno de los diodos (D7 o D8) conduce una corriente de marcha libre en un estado desacoplado del voltaje continuo.

Description

Ondulador, en especial para instalaciones fotovoltaicas.
La invención se refiere a un ondulador para transformar un voltaje eléctrico continuo, en especial una fuente fotovoltaica de voltaje continuo en un voltaje alterno, con una entrada de voltaje continuo de dos conexiones, entre las que está prevista una conexión de puente en una disposición paralela, en cuyas salidas de corriente alterna están previstas inductancias de red y una salida de voltaje alterno con dos conexiones.
La invención no se limita a las instalaciones fotovoltaicas, sino que puede aplicarse también a baterías y otros generadores de voltaje continuo.
En la transformación de la corriente generada en las instalaciones fotovoltaicas es importante no solo un alto rendimiento sino también los aspectos de seguridad, por ejemplo la protección contra voltajes elevados.
Los generadores fotovoltaicos generan voltaje continuo, por ello esta corriente tiene que transformarse en un voltaje que tenga la frecuencia de red de la amplitud correspondiente con el fin de alimentarse en una red de abastecimiento de energía o en una red aislada. Esto exige un ondulador apropiado. El rendimiento de la transformación de voltaje deberá ser lo más alto posible, con el fin de permitir el funcionamiento económicamente viable de la instalación.
Por otro lado pueden surgir problemas en cuanto a los potenciales peligrosos de contacto. Son conocidos los onduladores con separación galvánica mediante un transformador, para evitar estos problemas de seguridad. Pero, el uso de un transformador conduce a pérdidas adicionales y por tanto un peor rendimiento.
Otros aspectos son los costes, la vida útil y el peso del ondulador. Los onduladores no transformadores cumplen estos requisitos de forma casi ideal.
Si no hay separación galvánica y, por tanto, si se omiten las pérdidas adicionales de transformador entre el lado DC (continua) y AC (alterna) se reduce por un lado la energía disipada del ondulador, pero por otro lado conduce a problemas referentes a las corrientes de fuga de los generadores fotovoltaicos, que podrían conducir a potenciales elevados de contacto en los componentes de la instalación. En función de la topología pueden surgir saltos grandes de potencial en la frecuencia de la red o saltos grandes de potencial de frecuencia elevada en la fuente de corriente continua. Ambos inconvenientes conducen a corrientes de fuga AC considerables y eventualmente no tolerables por razones de seguridad, que desde los generadores de corriente continua se dirigen al entorno a través de las capacidades parásitas inevitables de estos generales con respecto al potencial de tierra.
Una solución sin transformador para evitar las corrientes de fuga capacitivas es conocida por el documento DE 10 2004 037 446 A1. En él se describe que, si se omite el transformador en los alimentadores solares estándar, el potencial de referencia de un generador solar no conectado a tierra varía dinámicamente respecto a la tierra con los impulsos de pulsador (vibrador) del ondulador. Con ello se forman corrientes de fuga capacitivas en el generador solar, que por un lado pueden dañar las células solares y por otro lado pueden generar voltajes de contacto, incluso en la superficie de vidrio de los paneles solares. Por tanto, el ondular que se emplee allí está compuesto de un convertidor de voltaje continuo, que convierte el voltaje continuo en un voltaje +/ simétrico con respecto al potencial de tierra y un pulsador, que genera impulsos de corriente alterna. Como transistores de potencia pueden utilizarse los IGBT y los MOSFET.
Otra disposición de conexiones de un ondulador no transformador de instalaciones fotovoltaicas se representa y describe en DE 102 21 592 A1. La conexión comprende una conexión en puente con dos senderos, en los que en cada caso están previstos un conector y una serie de diodos conectados. De este modo surgen senderos de marcha libre, a lo largo de los cuales puede propagarse una corriente de inductancia. De este modo se mejora el rendimiento y se reduce el rizado de corriente. Con los senderos adicionales surge un desacoplamiento óhmico entre el generador solar y las conexiones de voltaje alterno mientras dura la marcha libre, con lo cual se evitan los saltos de potencial en el generador solar a frecuencias altas. Los conectores de puente se realizan con preferencia en forma de MOSFET o de IGBT.
Otro ondulador no transformador para la fuente fotovoltaica de voltaje continuo se ha descrito con más detalle en el documento DE 10 2004 030 912 B3. Gracias a un elemento de conexión desacoplador previo al puente es posible un funcionamiento asimétrico sin averías de alta frecuencia. Para ello los conectores funcionan con la frecuencia de la red o con alta frecuencia. En el estado desacoplado surge una corriente de marcha libre, lo cual es posible gracias al correspondiente circuito de marcha libre. Esto permite un alto rendimiento y un menor rizado de corriente. Para ello se propone que solo se ejecuten en forma de MOSFET los elementos conectores actuados por alta frecuencia. Es cierto que estos componentes presentan por principio un diodo antiparalelo, que se denomina "body-diode", pero estos diodos se encienden y se apagan lentamente y presentan una elevada carga de paro. Por este motivo es conveniente emplear los conectores superiores del puente, p.ej. los IGBT, que pueden conectarse con diodos discretos antiparalelos adicionales, pero que tienen el inconveniente de pérdidas mayores, si se comparan con los MOSFET.
El objeto de la invención consiste en desarrollar un ondulador no transformador del máximo rendimiento, sin que en el lado del generador puedan aparecer averías de alta frecuencia ni corrientes de fuga capacitivas.
Para alcanzar este objetivo se propone según la invención una conexión, en la que están previstos un primer ramal de puente con cuatro elementos conectores dispuestos en serie y un segundo ramal de puente con dos elementos conectores dispuestos en serie y que entre la conexión de voltaje alterno, que sale del segundo ramal del puente, y el punto de unión, que corresponde a los conectores previstos en el segundo ramal del puente y en cada caso uno de los puntos de unión entre los dos conectores superiores y los dos conectores superiores del primer ramal de puente está conectado en cada caso un diodo en sentido de paso opuesto, de modo que en cada caso uno de los conectores medios del primer ramal de puente y en cada caso uno de los diodos conduce una corriente de marcha libre en un estado desacoplado del voltaje continuo.
Otras características y formas de ejecución ventajosas de la invención se definen en las reivindicaciones secundarias.
El ondulador de la invención posee un rendimiento muy elevado (en la disposición de ensayo > = 98,5%), de modo que es óptimo para las instalaciones fotovoltaicas. Por el hecho de que el primer ramal de puente está previsto que tenga cuatro elementos de conexión dispuestos en serie y los dos conectores centrales, en cada caso con uno de los dios adicionales que unen los dos ramales del puente, forman una marcha libre, durante la marcha libre puede conseguirse un desacoplamiento óhmico muy ventajoso, de modo que el generador solar funciona aislado de la red en determinadas fases del transporte interno de energía eléctrica. Los dos conectores externos se emplean para separar el circuito de corriente continua o están diseñados como conectores de desacoplamiento. En el estado desacoplado actúa el circuito de marcha libre que posee diodos adicionales, que conduce una corriente de marcha libre en un estado desacoplado del voltaje continuo. De este modo pueden evitarse las averías de alta frecuencia y las corrientes de fuga capacitivas del generador solar o por lo menos pueden reducirse en gran manera.
Gracias al sistema de conexiones de la invención es posible que de todos los conectores del sistema se puedan emplear aquellos que actualmente tengan las pérdidas menores, con independencia de que estén presentes o no los diodos antiparalelos en función de los componentes. Dado que no son necesarios para el funcionamiento de la conexión, es posible prescindir de ellos.
De este modo, para cada conector concreto puede lograrse el funcionamiento óptimo gracias a un dimensionado adecuado. Esto no era posible en las soluciones hasta ahora conocidas de la bibliografía técnica.
Esta configuración de conexiones se caracteriza en especial porque el circuito de marcha libre posee dos componentes realizados en forma de diodos adicionales, por ejemplo discretos, que están conectados en serie, de modo que está conexión en serie está conectada en paralelo a los elementos de conexión del primer ramal del puente actuados con la frecuencia de la red, de modo que el punto de empalme situado entre los dos diodos está unido a la salida de voltaje alterno del segundo ramal del puente. Gracias a esta medida pueden utilizarse diodos muy rápidos y de gran pendiente de corriente di/dt y pequeña carga de retraso de bloqueo Qrr para la marcha libre. Por tanto, no solo se puede lograr un ahorro de componentes en lo que respecta a los diodos y por ello una reducción de los costes de conexiones, sino que además se puede conseguir una mejora adicional del rendimiento. Esto resulta muy favorable cuando el puente trabaja en modo asincrónico o cuando una parte del conector de puente se acciona con la frecuencia de la red y la otra parte se acciona con alta frecuencia.
Gracias a la invención es posible además la simplificación de la activación de los conectores y por lo demás otra disminución de los costes de fabricación de la conexión del ondulador. En especial cuando según otra forma preferida de ejecución de la invención todos los elementos del sistema son del mismo tipo. Es también ventajosa la integración del diseño del circuito en un módulo semiconductor.
Con la invención se evitan las corrientes de fuga parásitas del generador solar, lo cual permite aumentar la seguridad de la instalación y de las personas. Con ello se puede impedir de forma simple que resulten dañadas las células solares de los módulos fotovoltaicos o que se formen voltajes de contacto peligrosos en la misma superficie de vidrio de los paneles solares. Con ello es posible una forma preferida de ejecución como ondulador no transformador. Un ondulador de este tipo tiene un peso reducido, es compacto y puede fabricarse con menores costes.
El sistema de conexiones de la invención puede ejecutarse no solo para redes monofásicas, sino también para redes polifásicas correspondientes, en especial bifásicas o trifásicas.
De modo conveniente, las pérdidas se reducen con un procedimiento de conversión del voltaje eléctrico continuo en voltaje alterno, en el que los dos elementos conectores centrales del primer ramal del puente se conectan a la frecuencia de la red, en especial a 50 Hz o 60 Hz, mientras que los dos elementos conectores exteriores y los dos elementos conectores del segundo ramal del puente trabajan con alta frecuencia, en especial en el intervalo de kHz, por ejemplo a 16 kHz. Gracias a la frecuencia asimétrica del puente se consigue un menor rizado de corriente y un mayor rendimiento.
Es muy favorable cuando en cada caso uno de los elementos de conexión externos del primer ramal del puente es accionado con una frecuencia sincrónica con la que tiene uno de los dos elementos de conexión restantes del segundo ramal del puente. Esto simplifica no solo la activación de los conectores, sino que conduce a un desacoplamiento óptimo del lado de voltaje continuo y voltaje alterno y a una reducción de la carga que sufren los componentes.
Para minimizar las oscilaciones armónicas del voltaje alterno en la salida del ondulador y, de este modo, las pérdidas de las inductancias es especialmente ventajoso que una parte de los elementos conectores, en especial los elementos conectores de alta frecuencia se activen con modulación en la anchura de los impulsos.
La invención se ilustra a continuación con mayor detalle mediante las figuras.
La figura 1 es una representación de un sistema de conexiones según la invención de un ondulador de una instalación fotovoltaica.
La figura 2 es una presentación del sistema de conexiones de la figura 1, con un sentido de la corriente de la media onda positiva de una corriente de red, en el que dos conectores superiores de un primer ramal de puente están conectados con un conector inferior de un segundo ramal de puente.
La figura 3 es la representación del sistema de conexiones de la figura 1, con un sentido de corriente de marcha libre de la media onda positiva de la corriente de red, en el que solo está conectado el conector central superior del primer ramal del puente del circuito de marcha libre.
La figura 4 es una representación del sistema de conexiones de la figura 1, con un sentido de la corriente para la media onda negativa de una corriente de red, en el que dos conectores inferiores del primer ramal de puente están unidos con un conector superior del segundo ramal de puente.
La figura 5 es la representación del sistema de conexiones de la figura 1, con un sentido de corriente de marcha libre para la media onda negativa de la corriente de red, en el que solo el conector central inferior del primer ramal de puente está conectado en el circuito de marcha libre.
La figura 6 es una representación del sistema de conexiones con diodos antiparalelos por conector.
Y la figura 7 es una representación de un sistema de conexiones según el estado de la técnica.
En la figura 1 se representa un ondulador no transformador 1 con un rendimiento notablemente superior al del estado de la técnica y con corrientes mínimas de fuga inherentes al funcionamiento del generador solar. En las figuras de 1 a 7 se han elegido símbolos de conectores mecánicos para ilustrar mejor el principio de funcionamiento de las conexiones descritas.
El ondulador 1 sirva para convertir un voltaje eléctrico continuo, suministrado por un generador fotovoltaico SG, en un voltaje alterno para una red de corriente N. El ondulador 1 tiene una entrada de voltaje continuo con las conexiones DC+ y DC- y una salida de voltaje alterno con las conexiones AC1 y AC2.
Después del generador SG con un condensador tampón CP como circuito intermedio está conectado un sistema formado por seis elementos semiconductores de S1 a S6 y dos diodos D7 y D8. Los elementos de conexión de S1 a S6 están dispuestos de tal manera que surgen dos ramales de puente Z1 y Z2, que están conectados en paralelo al generador SG o el condensador tampón CP. El primer ramal de puente Z1 comprende los elementos S1, S2, S3 y S4 conectados en serie. El segundo ramal de puente Z2 comprende los elementos S5 y S6 conectados en serie.
Los diodos D7 y D8 están conectados en serie y están dispuestos entre los puntos de empalme A y C y C y B. El punto de empalme A está situado entre los dos elementos conectores superiores S1, S2 del primer ramal Z1 y une estos elementos conectados en serie. El punto de empalme B está situado entre los elementos conectores S3, S4 del primer ramal Z1 conectados en serie y los une. El punto de empalme C está situado entre los diodos D7, D8 y es un punto de unión de los elementos conectores S5, S6 del segundo ramal Z2 conectados en serie, pero este punto a través de la inductancia L2 conduce a la salida de voltaje alterno AC2, tal como se representa en la figura 1. Para ello, el diodo superior o primer diodo D7 está conectado de tal manera que su cátodo esté unido al primer punto de empalme A y su ánodo con el tercer punto de empalme C. El diodo inferior o segundo diodo D8 está conectado de manera que su cátodo está unido con el tercer punto de empalme C y su ánodo está unido con el segundo punto de empalme B. Un cuarto punto de empalme D está situado entre los dos elementos conectores centrales S2, S3 del primer ramal Z1 y a través de la inductancia L1 está unido a la salida de voltaje alterno AC1.
Con los puntos de empalme C y D están unidos, pues, los conductores de corriente alterna; mediante dos inductancias de red L1, L2 se realiza la alimentación de la corriente alterna a través de las conexiones de voltaje alterno AC1 y AC2 a la red eléctrica o a una red de abastecimiento energético.
El circuito de marcha libre abarca en cada caso uno de los dos diodos D7, D8, realizados como componentes adicionales y que están conectados en serie de modo que esta conexión en serie está conectada en paralelo con los elementos S2, S3 del primer ramal del puente Z1 y en cada caso de uno de los elementos conectores S2, S3. Para ello, cada uno de los diodos D7, D8 y cada uno de los elementos de conexión S2, S3 están subordinados a una media onda. El punto de empalme C, situado entre los dos diodos D7, D8, está unido a través de la inductancia de red L2 con la salida del voltaje alterno AC2. El punto de empalme D, situado entre los elementos conectores S2, S3, está unido a través de la inductancia de red L1 con la salida de voltaje alterno AC1.
Los dos elementos centrales S2, S3 del primer ramal del puente Z1 se conectan con la frecuencia de la red, en especial con 50 Hz o 60 Hz. Los otros dos elementos de conexión S1, S4 del primer ramal del puente Z1 se activan con alta frecuencia, en especial del intervalo de kHz, p.ej. en especial con 16 kHz. Además, los elementos conectores S5, S6 del segundo ramal del puente Z2 se activan de forma sincrónica con los otros dos elementos conectores S1, S4 del primer ramal del puente Z1 con alta frecuencia, es decir, también p.ej. con 16 kHz, de modo que los elementos conectores S1, S4, S5 y S6 se activan p.ej. con una frecuencia de 16 kHz. Esta prevista además una modulación de la anchura de impulsos.
Tal como se ilustra en las figuras 2 y 3, durante la media onda positiva de la tensión de red, el elemento conector S2 está conectado (cerrado). Mientras dura esta media onda, los elementos conectores S1 y S6 se activan de modo sincrónico y con alta frecuencia. Si los elementos conectores S1 y S6 están cerrados, entonces fluye una corriente de carga. Este flujo de corriente se indica en la figura 2 con una línea de trazo discontinuo.
En la figura 3 se representa que, después de abrirse los elementos conectores S1 y S6, la corriente de carga fluye al circuito de marcha libre, que comprende el elemento conector S2 y el diodo superior D7. Este flujo de corriente se representa también en la figura 3 con una línea de trazo discontinuo, pero en este caso está subordinada todavía a la media onda positiva.
Durante la media onda negativa del voltaje de red, el elemento conector S3 está cerrado, tal como se indica en las figuras 4 y 5; los elementos conectores S4, S5 se activan de forma sincrónica y con alta frecuencia. A saber, si los elementos conectores S4, S5 están cerrados, entonces la corriente de carga fluye a través de los elementos conectores S5, S3 y S4, tal como se representa en la figura 4 mediante una línea de trazo discontinuo.
Después de abrir los elementos conectores S5 y S4, el elemento conector S3 y el diodo D8 forman un circuito de marcha libre para la corriente de carga, tal como se representa en la figura 5.
De modo conveniente se emplean para los diodos D7, D8 componentes muy rápidos, es decir, de una gran pendiente de corriente di/dt y de pocas pérdidas de recuperación de bloqueo Qrr. Con ello se generan pérdidas pequeñas durante el proceso de conmutación.
En principio pueden emplearse todos los conectores semiconductores conocidos, por ejemplo los MOSFET, FET o IGBT. Sin embargo se consigue un rendimiento especialmente alto cuando se emplean MOSFET para todos los elementos conectores de S1 a S6. Por su propia constitución, estos tienen diodos antiparalelos internos de D1 a D6, de modo que la conexión en el fondo comprende otros diodos de D1 a D6 según la figura 6.
Con este sistema de conexiones existe la posibilidad de utilización consecuente de un solo tipo de componentes de la tecnología de semiconductores más modernos para todos los elementos conectores semiconductores de S1 a S6. Esto simplifica la integración del sistema de conexiones en un módulo de semiconductores, su fabricación y el coste de activación.
Debido a que los MOSFET por su escasa resistencia de conexión presentan gracias a su misma tecnología un mal diodo antiparalelo o "body-diode", hasta el presente no se podía sacar provecho de las ventajas de los MOSFET, a saber, un buen comportamiento de conexión y de paso, lo cual se ilustra con mayor detalle en la figura
7.
Los conectores S2', S4' y S5' se accionan p.ej. con una frecuencia de 16 kHz. En las fases de marcha libre circula la corriente por los diodos antiparalelos D1' y D3' en función de la polaridad de la red. Si se conectaran los conectores S1' y S3', que están conectados a una frecuencia de 50 Hz, para que actuaran como MOSFET, entonces los diodos antiparalelos, que por su propia tecnología son peores, conducirían a considerables pérdidas de conmutación. Por este motivo se emplean los conectores S1' y S3' como IGBT con un diodo antiparalelo adicional. Los IGBT a su vez tienen en esta aplicación un peor comportamiento de conmutación y en especial un peor comportamiento de paso, en especial en el régimen de carga parcial. Por ello, en la práctica solo se emplean los MOSFET para los conectores S2' y S4', indicándose en la figura 7 sus "body-diodos" D2' y D4' con líneas de trazo discontinuo. Para el funcionamiento de los conectores, los diodos D2' y D4' son irrelevantes.
Con la invención puede evitarse este inconveniente, de modo que todos los conectores se realizan en forma de MOSFET. Durante la marcha libre a través de los elementos conectores S2 y S3, tal como se indica en las figuras 3 y 5, los elementos conectores actuados con alta frecuencia S1 y S6 o bien S4 y S5 están abiertos, de modo que el circuito de voltaje continuo está desacoplado del circuito de carga. Esto conduce a menores corrientes de fuga atribuibles al funcionamiento.
Los elementos conectores S2 y S3 pueden realizarse incluso en conexión paralela por ejemplo de MOSFET e IGBT, con el fin de sumar las ventajas de ambos tipos de componentes en los intervalos de carga débil y de carga nominal, sin tener que asumir los inconvenientes.
Lista de signos de referencia
1
ondulador
SG
generador
CP
condensador tampón
L1, L2
inductancias
A, B, C, D
puntos de empalme
DC+, DC-
conexiones de la entrada de voltaje continuo
AC1, AC2
conexiones de la salida de voltaje alterno
S1-S6
elementos conectores
D1-D8
diodos
N
red
Z1, Z2
ramales de puente.

Claims (10)

1. Ondulador (1) para transformar un voltaje eléctrico continuo, en especial una fuente fotovoltaica de voltaje continuo, en un voltaje alterno con una entrada de voltaje continuo de dos conexiones (DC+, DC-), entre las que está prevista en disposición paralela una conexión de puente, en cuyas salidas de voltaje alterno (C,D) están previstas inductancias de red (L1,L2), y una salida de voltaje alterno con dos conexiones (AC1,AC2), caracterizado porque está previsto un primer ramal de puente (Z1) con por lo menos cuatro elementos conectores en serie dispuestos del primero al cuarto (S1, S2, S3, S4) y un segundo ramal de puente (Z2) con por lo menos un quinto y un sexto elemento de conexión (S5,S6) y porque entre la salida de voltaje alterno (C), que proviene del segundo ramal de puente (Z2) entre el quinto y el sexto elemento de conexión, y en cada caso los puntos de unión (A,B) entre el primero y el segundo elementos de conexión o bien entre el tercero y el cuarto elementos de conexión (S1,S2 o bien S3,S4) del primer ramal del puente (Z1), está conectado en cada caso un diodo (D7, D8) en sentido de paso opuesto, de modo que en cada caso uno de los conectores centrales segundo y tercero (S2 o S3) del primer ramal de puente (Z1) y en cada caso uno de los diodos (D7 o D8) conduce una corriente de marcha libre en un estado desacoplado del voltaje continuo.
2. Ondulador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque todos los elementos de conexión del primero al sexto (S1, S6) y todos los diodos (D7,D8) están integrados en un modulo semiconductor.
3. Ondulador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por una forma de ejecución como ondulador no transformador.
4. Ondulador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por una forma de ejecución multifásica.
5. Procedimiento de activación de un ondulador (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
- están presentes tanto las señales de activación con la frecuencia de red como las de la frecuencia elevada de los elementos de conexión del primero al sexto (S1-S6) de la conexión de puente,
- el segundo elemento de conexión (S2) está actuado con frecuencia de red y el primero y el sexto elemento de conexión (S1,S6) están actuados con frecuencia elevada durante una media onda del voltaje de red y el tercer elemento de conexión (S3) está actuado con la frecuencia de red y el cuarto y el quinto elemento de conexión (S4,S5) están actuados con una frecuencia elevada durante la otra media onda del voltaje de red y
- el primero, cuarto, quinto y sexto elementos de conexión (S1, S4, S5, S6) se activan de forma asimétrica, de modo que en cada caso se activan el primero y el cuarto elementos de conexión (S1,S4) del primer ramal del puente (Z1) mientras que el quinto y el sexto elementos de conexión (S5, S6) del segundo ramal del puente (Z2) se activan con la misma frecuencia y
- durante por lo menos una fase de marcha libre fluye corriente de marcha libre a través del segundo elemento de conexión S2 y uno de los dos diodos (D7) durante media onda de voltaje de red o una corriente de marcha libre fluye a través del tercer elemento de conexión S3 y el otro diodo (D8) durante la otra media onda del voltaje de red, de modo que durante la marcha libre el circuito de voltaje alterno está desacoplado del circuito de voltaje continuo.
6. Procedimiento de activación según la reivindicación 5, caracterizado porque el segundo y el tercer elementos de conexión (S2,S3) del primer ramal del puente (Z1) están conectados con la frecuencia de red, en especial con 50 Hz o 60 Hz, mientras que los otros dos elementos de conexión primero y cuarto (S1,S4) del primer ramal de puente (Z1) así como los elementos de conexión quinto y sexto (S5,S6) del segundo ramal de puente están actuados con alta frecuencia, en especial del intervalo de kHz.
7. Procedimiento de activación según la reivindicación 5, caracterizado porque el primer elemento de conexión (S1) del primer ramal de puente (Z1) y el sexto elemento de conexión (S6) del segundo ramal del puente (Z2) se actúan de forma sincrónica durante la primera media onda del voltaje de red y el elemento de conexión (S4) del primer ramal del puente (Z1) y el elemento de conexión (S5) del segundo ramal del puente (Z2) están actuados de modo sincrónico durante la otra media onda del voltaje de red.
8. Procedimiento de activación según la reivindicación 7, caracterizado porque los elementos de conexión adicionales existentes en el primer ramal del puente (Z1) se convierten en elementos de alta frecuencia de modo sincrónico con los otros dos elementos de conexión quinto y sexto (S5,S6) del segundo ramal del puente (Z2).
9. Procedimiento de activación según la reivindicación 7 ú 8, caracterizado porque una parte de los elementos de conexión, en especial los elementos de conexión actuados con alta frecuencia, el primero, segundo, cuarto y quinto (S1, S2, S4, S5) se activan con modulación de anchura de impulso.
10. Procedimiento de activación según una de las reivindicaciones de 5 a 9 caracterizado porque el voltaje eléctrico continuo se genera con un generador fotovoltaico.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2148417B1 (de) * 2008-07-22 2018-01-10 SMA Solar Technology AG Wechselrichterschaltungsanordnung für einen Photovoltaikgenerator mit mehreren eingangs seriell geschalteten Stromrichtern
US8159178B2 (en) * 2009-08-21 2012-04-17 Xantrex Technology Inc. AC connected modules with line frequency or voltage variation pattern for energy control
KR101149473B1 (ko) * 2010-05-06 2012-05-22 김혁 태양광 발전을 위한 dc/dc 컨버터 장치, 인버터 시스템 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템
CN203368360U (zh) * 2010-08-17 2013-12-25 C·佩尔 改进了电路结构的无变压器的单相pv逆变器
CN102088193A (zh) * 2011-03-04 2011-06-08 东南大学 光伏并网六开关管全桥逆变器及其控制方法
CN102163852B (zh) * 2011-03-15 2014-02-26 南京航空航天大学 一种中点箝位非隔离光伏并网逆变器
US8937822B2 (en) 2011-05-08 2015-01-20 Paul Wilkinson Dent Solar energy conversion and utilization system
US11901810B2 (en) 2011-05-08 2024-02-13 Koolbridge Solar, Inc. Adaptive electrical power distribution panel
US11460488B2 (en) 2017-08-14 2022-10-04 Koolbridge Solar, Inc. AC electrical power measurements
US8780592B1 (en) * 2011-07-11 2014-07-15 Chilicon Power, LLC Systems and methods for increasing output current quality, output power, and reliability of grid-interactive inverters
DE102011052768A1 (de) * 2011-08-17 2013-02-21 Sma Solar Technology Ag Wechselrichter mit gekoppelten Induktivitäten
CN102291029B (zh) * 2011-08-19 2013-11-06 阳光电源股份有限公司 一种逆变器
US9203323B2 (en) 2011-09-22 2015-12-01 Renewable Power Conversion, Inc. Very high efficiency uninterruptible power supply
US8867248B2 (en) 2011-12-20 2014-10-21 Kohler Co. High-efficiency, three-level, single-phase inverter
WO2014040625A1 (de) * 2012-09-13 2014-03-20 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichtereinheit sowie photovoltaikanlage mit einer stromrichtereinheit
CN106030450B (zh) 2013-12-31 2019-06-14 施耐德电气It公司 控制微电网
CN109104098B (zh) * 2017-06-21 2020-02-21 华为技术有限公司 变流器及其驱动方法
CN111697867B (zh) * 2019-03-11 2022-03-18 比亚迪股份有限公司 光伏电源系统、逆变器和逆变装置及其控制方法
US20220085604A1 (en) * 2020-09-11 2022-03-17 Cummins Power Generation Inc. Systems and methods for a hybrid power grid
CN116865587B (zh) * 2023-07-13 2024-07-09 深圳市格伏恩新能源科技有限公司 裂相逆变电路

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4638138A (en) * 1984-07-23 1987-01-20 Westinghouse Electric Corp. High frequency inverter circuit for melting and induction heating
DE19732218C1 (de) * 1997-07-26 1999-03-18 Dirk Schekulin Transformatorlose Wechselrichter-Schaltungsanordnung
US6330170B1 (en) * 1999-08-27 2001-12-11 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Soft-switched quasi-single-stage (QSS) bi-directional inverter/charger
FR2813720B1 (fr) * 2000-09-05 2002-12-13 Electricite De France Procede et dispositif de commande d'alimentation
DE10221592A1 (de) * 2002-05-15 2003-12-04 Fraunhofer Ges Forschung Wechselrichter sowie Verfahren zum Umwandeln einer elektrischen Gleichspannung in einen Wechselstrom
US7295448B2 (en) * 2004-06-04 2007-11-13 Siemens Vdo Automotive Corporation Interleaved power converter
DE102004030912B3 (de) * 2004-06-25 2006-01-19 Sma Technologie Ag Verfahren zum Umwandeln einer elektrischen Gleichspannung einer Gleichspannungsquelle, insbesondere einer Photovoltaik-Gleichspannungsquelle in eine Wechselspannung
DE102004037446B4 (de) * 2004-08-02 2006-11-02 Conergy Ag Trafoloser Wechselrichter für solare Netzeinspeisung
DE102006010694B4 (de) * 2006-03-08 2010-01-07 Refu Elektronik Gmbh Wechselrichterschaltung für erweiterten Eingangsspannungsbereich
DE102006025975B4 (de) * 2006-06-02 2008-08-28 Siemens Ag Österreich Wechselrichterschaltung und Verfahren zum Betreiben der Wechselrichterschaltung
TWI327812B (en) * 2006-11-28 2010-07-21 Ind Tech Res Inst Inverter circuit and control circuit thereof
EP2136465B1 (de) * 2008-06-18 2017-08-09 SMA Solar Technology AG Wechselrichter in Brückenschaltung mit langsam und schnell getakteten Schaltern
EP2192679B1 (en) * 2008-11-28 2014-11-19 SMA Solar Technology AG Three-phase inverter for converting DC power from a generator into three-phase AC power
US7869226B2 (en) * 2009-03-31 2011-01-11 Tdk-Lambda Americas Inc. Achieving ZVS in a two quadrant converter using a simplified auxiliary circuit
CN101908831B (zh) 2009-06-04 2012-05-23 北京昆兰新能源技术有限公司 直流电压转换成交流电压的电路

Also Published As

Publication number Publication date
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