MD944Z

MD944Z - Inverter for photovoltaic module

Info

Publication number: MD944Z
Application number: MDS20140124A
Authority: MD
Inventors: Юрие ЕРМУРАКИ; Владимир Берзан
Original assignee: Институт Энергетики Академии Наук Молдовы
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-03-31
Also published as: MD944Y

Abstract

Изобретение относится к электротехнике, а именно к инверторам постоянного тока в переменный ток для возобновляемых источников энергии, в частности для фотопреобразовательных модулей.Инвертор для фотопреобразовательного модуля содержит модуль (1), к выходу которого параллельно подключены первая ветвь, образованная из двух электронных ключей (2, 3), вторая ветвь, образованная из двух электронных ключей (4, 5), третья ветвь, образованная из двух конденсаторов (6, 7), и четвертая ветвь, образованная из двух электронных ключей (8, 9), элементы каждой ветви соединены между собой последовательно. Параллельно электронному ключу (3) подключены индуктивность (10) и конденсатор (11), соединенные между собой последовательно. Между точкой соединения электронных ключей (4, 5) и точкой соединения конденсаторов (6, 7) подключена индуктивность (12). Между точкой соединения конденсаторов (6, 7) и точкой соединения электронных ключей (8, 9) подключен конденсатор (13), отводы которого образуют выходы инвертора для подключения к этому нагрузки (14).The invention relates to electrical engineering, in particular to inverters of direct current to alternating current for renewable energy sources, in particular for photoconversion modules. The inverter for the photoconversion module contains a module (1), the output of which is connected in parallel to the first branch, formed from two electronic keys (2 , 3), the second branch formed of two electronic keys (4, 5), the third branch formed of two capacitors (6, 7), and the fourth branch formed of two electronic keys (8, 9), the elements of each Ethi are interconnected in series. In parallel with the electronic switch (3), an inductance (10) and a capacitor (11) are connected in series. An inductance (12) is connected between the connection point of the electronic keys (4, 5) and the connection point of the capacitors (6, 7). A capacitor (13) is connected between the connection point of the capacitors (6, 7) and the connection point of the electronic keys (8, 9), the taps of which form the inverter outputs for connecting the load to this (14).

Description

Invenţia se referă la electrotehnică, şi anume la invertoarele de curent continuu în curent alternativ pentru sursele regenerabile de energie, şi anume pentru modulele fotovoltaice. The invention relates to electrical engineering, namely to direct current to alternating current inverters for renewable energy sources, namely for photovoltaic modules.

Este cunoscut un invertor de curent continuu în curent alternativ pe bază de chei electronice, care conţine o sursă de tensiune fotovoltaică, un filtru format dintr-un condensator, un convertor de curent continuu în curent continuu, care modifică parametrii tensiunii şi care conţine o inductanţă, patru chei electronice şi un condensator de frecvenţă înaltă, un transformator de frecventă înaltă, patru diode de redresare, un filtru de tensiune medie, format dintr-un condensator, precum şi un convertor de curent continuu în curent alternativ, care conţine patru chei electronice cu diode şi un filtru de curent alternativ, care este format dintr-un condensator şi două inductanţe [1]. A direct current to alternating current inverter based on electronic keys is known, which contains a photovoltaic voltage source, a filter formed by a capacitor, a direct current to direct current converter, which modifies the voltage parameters and which contains an inductance, four electronic keys and a high-frequency capacitor, a high-frequency transformer, four rectifier diodes, a medium voltage filter, formed by a capacitor, as well as a direct current to alternating current converter, which contains four electronic keys with diodes and an alternating current filter, which is formed by a capacitor and two inductances [1].

Dezavantajul acestui invertor constă în faptul că sunt două trepte de convertizare a energiei cu un număr mare de elemente, care duce la pierderi sporite de energie în invertor. The disadvantage of this inverter is that there are two energy conversion stages with a large number of elements, which leads to increased energy losses in the inverter.

De asemenea, este cunoscut un invertor de curent continuu în curent alternativ pe bază de chei electronice, care conţine o sursă de tensiune fotovoltaică, un compensator al fluctuaţiilor de putere, format din trei diode, o cheie electronică şi o inductanţă, un condensator de netezire a tensiunii de alimentare a invertorului, o punte cu patru chei electronice şi un filtru electromagnetic, format din două inductanţe şi trei condensatoare [2]. Also known is a direct current to alternating current inverter based on electronic keys, which contains a photovoltaic voltage source, a power fluctuation compensator, consisting of three diodes, an electronic key and an inductance, a capacitor for smoothing the inverter supply voltage, a bridge with four electronic keys and an electromagnetic filter, consisting of two inductances and three capacitors [2].

Dezavantajul acestui invertor constă în aceea că funcţia de netezire (compensare) a fluctuaţiilor de putere a sarcinii este realizată de către un condensator de capacitate mare cu pierderi dielectrice majorate, care se caracterizează prin valori ridicate ale masei şi volumului, se utilizează un număr mare de inductanţe şi condensatoare de filtrare a perturbaţiilor electromagnetice ale invertorului, ceea ce implică creşterea masei şi volumului invertorului, precum şi pierderi sporite de energie condiţionate de utilizarea unui număr mare de elemente, pentru care sunt specifice pierderi proprii sporite de energie, ce influenţează negativ asupra randamentului invertorului. The disadvantage of this inverter is that the smoothing (compensation) function of the load power fluctuations is performed by a large-capacity capacitor with increased dielectric losses, which is characterized by high values of mass and volume, a large number of inductances and capacitors are used to filter the electromagnetic disturbances of the inverter, which implies an increase in the mass and volume of the inverter, as well as increased energy losses due to the use of a large number of elements, for which increased energy losses are specific, which negatively influence the efficiency of the inverter.

Problema pe care o rezolvă invenţia propusă constă în majorarea randamentului invertorului şi micşorarea consumului de materiale la confecţionarea lui. The problem that the proposed invention solves consists of increasing the efficiency of the inverter and reducing the consumption of materials in its manufacture.

Invertorul pentru modulul fotovoltaic, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine un modul fotovoltaic, la ieşirea căruia sunt conectate în paralel prima ramură formată din două chei electronice, a doua ramură formată din două chei electronice, a treia ramură formată din două condensatoare şi a patra ramură formată din două chei electronice, elementele fiecărei ramuri sunt legate între ele în serie. În paralel cu o cheie electronică a primei ramuri sunt conectate o inductanţă şi un condensator, legate între ele în serie. Între punctul de conexiune a cheilor electronice ale ramurii a doua şi punctul de conexiune a condensatoarelor ramurii a treia este conectată o inductanţă. Între punctul de conexiune a condensatoarelor ramurii a treia şi punctul de conexiune a cheilor electronice ale ramurii a patra este conectat un condensator, bornele căruia formează ieşirile invertorului pentru conectarea sarcinii la acesta. The inverter for the photovoltaic module, according to the invention, eliminates the above-mentioned disadvantages by containing a photovoltaic module, to the output of which are connected in parallel a first branch consisting of two electronic keys, a second branch consisting of two electronic keys, a third branch consisting of two capacitors and a fourth branch consisting of two electronic keys, the elements of each branch being connected in series. In parallel with an electronic key of the first branch, an inductance and a capacitor are connected in series. An inductance is connected between the connection point of the electronic keys of the second branch and the connection point of the capacitors of the third branch. A capacitor is connected between the connection point of the capacitors of the third branch and the connection point of the electronic keys of the fourth branch, the terminals of which form the inverter outputs for connecting the load to it.

O particularitate a invertorului constă în următoarele: condensatorul, folosit pentru netezirea fluctuaţiilor de putere a sarcinii, este substituit cu un bloc funcţional, format din două chei electronice, la una dintre care în paralel este conectată o ramură consecutivă, formată dintr-o inductanţă şi un condensator, concomitent condensatoarele de filtrare a fluctuaţiilor de putere în sarcină îndeplinesc şi funcţia de atenuare a perturbaţiilor electromagnetice. A particularity of the inverter consists of the following: the capacitor, used to smooth the load power fluctuations, is replaced by a functional block, consisting of two electronic switches, to one of which a consecutive branch is connected in parallel, consisting of an inductance and a capacitor, at the same time the capacitors for filtering the load power fluctuations also perform the function of attenuating electromagnetic disturbances.

La funcţionarea invertorului, alimentat de la module fotovoltaice, este dificil de asigurat echilibrul valorilor instantanee ale puterii generate şi puterii consumate de sarcină, inclusiv, ca urmare a valorii limitate a puterii generate şi devierea punctului real de generare de la punctul puterii maxime de generare a modulului fotovoltaic. Deoarece, în invertor are loc transformarea curentului continuu în curent alternativ, puterea activă instantanee consumată de sarcină prezintă o funcţie armonică ce oscilează cu frecvenţă dublă în comparaţie cu frecvenţa fundamentală a curentului şi tensiunii sarcinii. Banda de fluctuaţie a puterii instantanee în sarcină variază de la zero până la valoarea dublă a puterii generate de modulul fotovoltaic. Acest fapt şi condiţionează necesitatea dotării invertorului cu condensatoare destinate pentru acumularea şi injectarea puterii în circuitul de curent alternativ pentru a asigura echilibrul instantaneu al puterii generate de modulul fotovoltaic şi puterii instantanee consumate de sarcină. Puterea instantanee în circuitul de curent alternativ este determinată de relaţia: When operating the inverter, powered by photovoltaic modules, it is difficult to ensure the balance of the instantaneous values of the generated power and the power consumed by the load, including, as a result of the limited value of the generated power and the deviation of the real generation point from the point of maximum generation power of the photovoltaic module. Since, in the inverter, the transformation of direct current into alternating current takes place, the instantaneous active power consumed by the load presents a harmonic function that oscillates with double frequency compared to the fundamental frequency of the load current and voltage. The fluctuation band of the instantaneous power in the load varies from zero to double the value of the power generated by the photovoltaic module. This fact also conditions the need to equip the inverter with capacitors intended for the accumulation and injection of power into the alternating current circuit in order to ensure the instantaneous balance of the power generated by the photovoltaic module and the instantaneous power consumed by the load. The instantaneous power in the alternating current circuit is determined by the relationship:

, ,

în care componenta oscilatorie se determină din relaţia: in which the oscillatory component is determined from the relationship:

, ,

unde - amplitudinile tensiunii şi curentului în circuitul sarcinii. where - the amplitudes of the voltage and current in the load circuit.

Componenta pe perioada de oscilaţie variază de la „minus” până la „plus”: The oscillation period component varies from "minus" to "plus":

, ,

unde - perioada de oscilaţie a curentului (tensiunii) în circuitul sarcinii, valoarea ei maximă este egală cu Axa în jurul căreia evoluează puterea de oscilaţie este reprezentată de componenta constantă a puterii. where - the oscillation period of the current (voltage) in the load circuit, its maximum value is equal to The axis around which the oscillation power evolves is represented by the constant component of the power.

Se consideră că energia acumulată în condensator, care participă la schimbul de putere este egală cu 1000 W. Pentru aceste condiţii calculăm valoarea capacităţii condensatorului care, pentru regimul admisibil de funcţionare a lui, asigură posibilitatea funcţionării invertorului la parametrii indicaţi. Se admite că invertorul este alimentat de la modulul fotovoltaic cu tensiunea de curent continuu U0=400 V. Condensatorul de netezire a fluctuaţiilor de putere din cea mai apropiată soluţie tehnică posedă valori limitate ale componentei alternative a tensiunii aplicate, care pentru condensatoarele de capacitate mare nu depăşeşte 6% din tensiunea lui nominală [Электрические конденсаторы и конденсаторные установки. Справочник. В. В. Берзан, Б. Ю. Геликман, М. Н. Гураевский и др. Под ред. Г. С. Кучинского, Москва, Энергоатомиздат, 1987, 656 p.]. Considerând că tensiunea nominală a condensatorului coincide cu valoarea tensiunii modulului fotovoltaic, determinăm valoarea componentei tensiunii alternative admisibile pentru aceste condensatoare: It is assumed that the energy stored in the capacitor, which participates in the power exchange, is equal to 1000 W. For these conditions, we calculate the value of the capacitor capacity, which, for its permissible operating mode, ensures the possibility of the inverter operating at the indicated parameters. It is assumed that the inverter is powered from the photovoltaic module with a direct current voltage U0=400 V. The capacitor for smoothing power fluctuations in the closest technical solution has limited values of the alternating component of the applied voltage, which for large-capacity capacitors does not exceed 6% of its nominal voltage [Электрические конденсаторы и конденсаторные установки. Справочник. V. V. Berzan, B. Yu. Gelikman, M. N. Guraevsky et al. Under the editorship of G. S. Kuchinskogo, Moscow, Energoatomizdat, 1987, 656 p.]. Considering that the nominal voltage of the capacitor coincides with the voltage value of the photovoltaic module, we determine the value of the permissible alternating voltage component for these capacitors:

Pentru valoarea dublă a frecvenţei egală cu 100 Hz determinăm valoarea capacităţii condensatorului de netezire a fluctuaţiilor de putere în invertorul din cea mai apropiată soluţie tehnică: For the double frequency value equal to 100 Hz we determine the value of the capacitance of the capacitor for smoothing power fluctuations in the inverter from the closest technical solution:

Condensatoarele electrolitice, de exemplu, de tipul K50-37-250V -4700 µF au valoarea tangentei unghiului de pierderi şi pierderile în acest condensator pentru regimul invertorului la 1000 W în sarcină vor constitui: Electrolytic capacitors, for example, of the type K50-37-250V -4700 µF have the value of the tangent of the loss angle and the losses in this capacitor for the inverter mode at 1000 W in load will be:

În soluţia propusă netezirea fluctuaţiilor de putere se face în regim dinamic de compensare a devierilor de putere. Aceasta permite urmărirea devierilor instantanee în timp real, ca urmare se poate admite devierea tensiunii pe condensator de la zero până la valoarea maximă a tensiunii modulului fotovoltaic, deci în diapazonul 0…400 V. Pentru aceste condiţii de funcţionare valoarea capacităţii condensatorului se determină, de asemenea, din relaţia: In the proposed solution, the smoothing of power fluctuations is done in a dynamic mode of power deviation compensation. This allows tracking of instantaneous deviations in real time, as a result, the voltage deviation on the capacitor can be allowed from zero to the maximum value of the photovoltaic module voltage, therefore in the range of 0…400 V. For these operating conditions, the value of the capacitor capacitance is also determined from the relationship:

Capacitatea obţinută este caracteristică pentru condensatoarele cu dielectric organic (fie hârtie, fie pelicule din masă plastică, ca polietilenteraftalat, policarbonat sau polipropilenă). Condensatoarele cu dielectric organic, de exemplu de tipul K75-10-250V -10 µF, au valoarea tangentei unghiului de pierderi şi pierderile în acest condensator pentru regimul invertorului la 1000 W în sarcină vor constitui: The obtained capacitance is characteristic for capacitors with organic dielectric (either paper or plastic films, such as polyethylene terephthalate, polycarbonate or polypropylene). Capacitors with organic dielectric, for example of type K75-10-250V -10 µF, have the value of the tangent of the loss angle and the losses in this capacitor for the inverter mode at 1000 W in load will be:

În soluţia propusă pierderile de energie sunt mult mai mici în condensatoarele de netezire a fluctuaţiilor de putere în comparaţie cu cea mai apropiată soluţie. Totodată, masa condensatoarelor K50-37-250V -4700 µF la 1000 W putere constituie 3,4 kg, pe când masa condensatoarelor K75-10-250V -10 µF pentru aceeaşi putere este egală cu 0,78 kg. In the proposed solution, the energy losses are much lower in the capacitors for smoothing power fluctuations compared to the closest solution. At the same time, the mass of the capacitors K50-37-250V -4700 µF at 1000 W power is 3.4 kg, while the mass of the capacitors K75-10-250V -10 µF for the same power is equal to 0.78 kg.

Ca urmare, se asigură economisirea consumabilelor la confecţionarea invertorului. Deoarece compensaţia fluctuaţiilor de putere se face în dinamică, practic acestea se exclud, ca rezultat se exclud şi devierile regimului modulului fotovoltaic de la punctul de lucru - numit punctul de putere maximă, ceea ce asigură sporirea eficienţei şi randamentului invertorului. As a result, it ensures savings in consumables when manufacturing the inverter. Since the compensation of power fluctuations is done dynamically, they are practically excluded, as a result, deviations of the photovoltaic module regime from the working point - called the maximum power point - are also excluded, which ensures increased efficiency and yield of the inverter.

Deoarece numărul bobinelor în inductanţele parcurse de curenţi s-a micşorat de la cinci la două, se micşorează, de asemenea, şi această componentă a pierderilor invertorului. Ca urmare a cumulării în soluţia propusă a funcţiei de netezire a fluctuaţiilor de putere în sarcină şi a funcţiei de atenuare a pulsaţiilor electromagnetice, efectuate de unele şi aceleaşi condensatoare, de asemenea se contribuie la micşorarea consumului total de materiale la confecţionarea invertorului. Micşorarea pierderilor în condensatoarele şi inductanţele invertorului asigură majorarea randamentului lui, iar cumularea funcţiilor şi utilizarea regimului de compensare în timp real a fluctuaţiilor de putere asigură economisirea consumabilelor la confecţionarea invertorului. Since the number of coils in the inductances through which the currents flow has decreased from five to two, this component of the inverter losses is also reduced. As a result of the accumulation in the proposed solution of the function of smoothing the power fluctuations in the load and the function of attenuating the electromagnetic pulsations, performed by some and the same capacitors, it also contributes to the reduction of the total consumption of materials in the manufacture of the inverter. The reduction of losses in the capacitors and inductances of the inverter ensures an increase in its efficiency, and the accumulation of functions and the use of the real-time compensation regime of power fluctuations ensure the saving of consumables in the manufacture of the inverter.

Toate aceste particularităţi contribuie la rezolvarea problemei puse, şi anume majorarea randamentului invertorului şi micşorarea consumului de materiale la confecţionarea lui. All these features contribute to solving the problem at hand, namely increasing the efficiency of the inverter and reducing the consumption of materials in its manufacture.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-3, care reprezintă: The invention is explained by the drawings in Fig. 1-3, which represent:

- fig. 1, schema principială a invertorului pentru modulul fotovoltaic; - Fig. 1, schematic diagram of the inverter for the photovoltaic module;

- fig. 2, forma de undă a tensiunii, curentului şi puterii consumate de sarcină; - Fig. 2, waveform of voltage, current and power consumed by the load;

- fig. 3, formele de undă a tensiunii în punctul de conexiune a condensatoarelor, conectate în paralel cu modulul fotovoltaic, şi curba tensiunii sarcinii. - Fig. 3, the voltage waveforms at the connection point of the capacitors, connected in parallel with the photovoltaic module, and the load voltage curve.

Enumerarea poziţiilor din fig. 1-3: 1 - modulul fotovoltaic; 2 şi 3, 4 şi 5, 8 şi 9 - cheile electronice; 6 şi 7, 11, 13 - condensatoarele; 10 şi 12 - inductanţele; 14 - sarcina; 15 - curba curentului în sarcină; 16 - curba tensiunii sarcinii; 17 - puterea medie activă a sarcinii; 18 - curba fluctuaţiilor de putere a sarcinii; 19 - impulsul de putere acumulat de condensatorul de netezire a fluctuaţiilor de putere în sarcină; 20 - impulsul de putere injectat de către condensatorul de netezire în sarcină; 21 - semiunda pozitivă a curbei de tensiune în sarcină; 22 - semiunda negativă a curbei de tensiune în sarcină; 23 - tensiunea în punctul de conexiune a condensatoarelor 6 şi 7. Enumeration of positions in fig. 1-3: 1 - photovoltaic module; 2 and 3, 4 and 5, 8 and 9 - electronic keys; 6 and 7, 11, 13 - capacitors; 10 and 12 - inductances; 14 - load; 15 - load current curve; 16 - load voltage curve; 17 - average active power of the load; 18 - load power fluctuation curve; 19 - power pulse accumulated by the load power fluctuation smoothing capacitor; 20 - power pulse injected by the load smoothing capacitor; 21 - positive half-wave of the load voltage curve; 22 - negative half-wave of the load voltage curve; 23 - voltage at the connection point of capacitors 6 and 7.

Invertorul pentru modulul fotovoltaic (vezi fig. 1) conţine o sursă de curent continuu, în particular un modul fotovoltaic 1, la ieşirea căruia sunt conectate în paralel patru ramuri, formate din cheile electronice 2 şi 3, 4 şi 5, 8 şi 9 şi condensatoarele 6 şi 7, elementele fiecărei ramuri fiind legate în serie. La ramura formată din cheile electronice 2 şi 3, în paralel cu cheia electronică 3 este conectată inductanţa 10 şi condensatorul 11, legate între ele în serie. Între punctul de conexiune a cheilor electronice 4 şi 5, precum şi punctul de conexiune a condensatoarelor 6 şi 7 este conectată inductanţa 12. Sarcina 14 este conectată în paralel cu condensatorul 13, care este conectat între punctul de conexiune a condensatoarelor 6 şi 7 şi punctul de conexiune a cheilor electronice 8 şi 9. The inverter for the photovoltaic module (see Fig. 1) contains a direct current source, in particular a photovoltaic module 1, to the output of which four branches are connected in parallel, consisting of electronic keys 2 and 3, 4 and 5, 8 and 9 and capacitors 6 and 7, the elements of each branch being connected in series. To the branch consisting of electronic keys 2 and 3, in parallel with electronic key 3 is connected inductance 10 and capacitor 11, connected in series with each other. Between the connection point of electronic keys 4 and 5, as well as the connection point of capacitors 6 and 7 is connected inductance 12. The load 14 is connected in parallel with capacitor 13, which is connected between the connection point of capacitors 6 and 7 and the connection point of electronic keys 8 and 9.

În continuare se explică cum are loc netezirea în dinamică a fluctuaţiilor de putere a sarcinii, care depăşesc valoarea medie a puterii din circuitul sarcinii. The following explains how the dynamic smoothing of load power fluctuations, which exceed the average power value in the load circuit, occurs.

După cum se vede din fig. 2, curba fluctuaţiilor de putere a sarcinii 18 reprezintă o sinusoidă, valorile căreia oscilează faţă de puterea medie a sarcinii 17. Curba fluctuaţiilor de putere a sarcinii 18 prezintă rezultatul produsului valorilor instantanee ale curentului 15 şi tensiunii 16 sarcinii. În cazurile în care valorile instantanee ale curbei fluctuaţiilor de putere în sarcină 18 sunt sub valoarea puterii medii 17, condensatorul de netezire a fluctuaţiilor de putere în sarcină acumulează surplusul de putere prezentat de impulsul 19, iar în cazul în care valorile instantanee ale curbei fluctuaţiilor de putere în sarcină 18 depăşesc valoarea puterii medii 17, condensatorul de netezire a fluctuaţiilor de putere în sarcină injectează puterea acumulată prezentată de impulsul 20 în sarcină. As can be seen from Fig. 2, the load power fluctuation curve 18 represents a sinusoid, the values of which oscillate with respect to the average load power 17. The load power fluctuation curve 18 presents the result of the product of the instantaneous values of the load current 15 and the load voltage 16. In cases where the instantaneous values of the load power fluctuation curve 18 are below the average power value 17, the load power fluctuation smoothing capacitor accumulates the surplus power presented by the pulse 19, and in case the instantaneous values of the load power fluctuation curve 18 exceed the average power value 17, the load power fluctuation smoothing capacitor injects the accumulated power presented by the pulse 20 into the load.

Se analizează regimul de lucru al invertorului. Puterea generată (vezi fig. 1) de modulul fotovoltaic 1 este transformată în semiundă pozitivă 21 şi semiundă negativă 22 (vezi fig. 3) a tensiunii 16 (vezi fig. 2). Pentru tensiunea condensatorului 6 (vezi fig. 1) egală cu zero tensiunea condensatorului 7 (vezi fig. 1) este egală cu valoarea tensiunii modulului fotovoltaic 1 (vezi fig. 3 pentru t0), iar tensiunea sarcinii 14 trece prin zero şi începe formarea semiundei pozitive 21 a tensiunii 16 sarcinii 14. În acest moment se aplică impulsul de comandă la cheia electronică 5. La deschiderea cheii electronice 5 se formează un circuit ce include modulul fotovoltaic 1, condensatorul 6, inductanţa 12, cheia electronică 5 şi modulul fotovoltaic 1. Din acest moment condensatorul 6 începe să se încarce, iar condensatorul 7 (vezi fig.1) începe să se descarce prin inductanţa 12. Când cheia electronică 5 se închide, se deschide dioda cheii electronice 4 şi datorită energiei acumulate în câmpul magnetic al inductanţei 12, condensatorul 6 se încarcă în continuare, iar condensatorul 7 se descarcă. Prin reglarea duratei de deschidere-închidere a cheii electronice 5 se reglează valoarea curentului de încărcare a condensatorului 6 până la atingerea valorii tensiunii acestuia egale cu tensiunea modulului fotovoltaic 1 şi valoarea curentului de descărcare a condensatorului 7 până la atingerea valorii tensiunii acestuia egale cu zero. În momentul t1 (vezi fig. 3) se deschide cheia electronică 9 şi cheia electronică 4. Prin aceasta se formează circuitul ce include următoarele elemente: modulul fotovoltaic 1, cheia electronică 4, inductanţa 12, condensatorul 13 şi sarcina 14, cheia electronică 9, modulul fotovoltaic 1. În acest circuit apare un curent limitat de inductanţa 12, care asigură transmisia puterii din modulul fotovoltaic 1 în câmpul magnetic al inductanţei 12, în câmpul electric al condensatorului 13 şi în sarcină, asigurând creşterea tensiunii 16 sarcinii (vezi fig. 3). Când cheia electronică 4 se închide, se formează circuitul ce include inductanţa 12, condensatorul 13 şi sarcina 14, cheia electronică 9, dioda cheii electronice 5, inductanţa 12, în care energia acumulată în câmpul magnetic al inductanţei 12 se transmite în sarcină. Reglând durata de închidere-deschidere a cheii electronice 4 se formează unda pozitivă a semiundei 21 tensiunii 16 în sarcină (vezi fig. 3, intervalul t1-t2). În momentul t3 cheia electronică 9 se închide. The working mode of the inverter is analyzed. The power generated (see fig. 1) by the photovoltaic module 1 is transformed into positive half-wave 21 and negative half-wave 22 (see fig. 3) of voltage 16 (see fig. 2). For the voltage of the capacitor 6 (see fig. 1) equal to zero, the voltage of the capacitor 7 (see fig. 1) is equal to the value of the voltage of the photovoltaic module 1 (see fig. 3 for t0), and the voltage of the load 14 passes through zero and the formation of the positive half-wave 21 of the voltage 16 of the load 14 begins. At this moment, the control pulse is applied to the electronic key 5. When the electronic key 5 is opened, a circuit is formed that includes the photovoltaic module 1, the capacitor 6, the inductance 12, the electronic key 5 and the photovoltaic module 1. From this moment, the capacitor 6 begins to charge, and the capacitor 7 (see fig. 1) begins to discharge through the inductance 12. When the electronic key 5 closes, the diode of the electronic key 4 opens and due to the energy accumulated in the magnetic field of the inductance 12, the capacitor 6 continues to charge, and the capacitor 7 discharges. By adjusting the opening-closing time of the electronic key 5, the value of the charging current of the capacitor 6 is adjusted until its voltage value equals the voltage of the photovoltaic module 1 and the value of the discharging current of the capacitor 7 is adjusted until its voltage value equals zero. At the moment t1 (see Fig. 3) the electronic key 9 and the electronic key 4 are opened. This forms the circuit that includes the following elements: photovoltaic module 1, electronic key 4, inductance 12, capacitor 13 and load 14, electronic key 9, photovoltaic module 1. In this circuit, a current limited by the inductance 12 appears, which ensures the transmission of power from the photovoltaic module 1 into the magnetic field of the inductance 12, into the electric field of the capacitor 13 and into the load, ensuring the increase in the voltage 16 of the load (see Fig. 3). When the electronic key 4 closes, a circuit is formed that includes the inductance 12, the capacitor 13 and the load 14, the electronic key 9, the diode of the electronic key 5, the inductance 12, in which the energy accumulated in the magnetic field of the inductance 12 is transmitted to the load. By adjusting the closing-opening duration of the electronic key 4, the positive half-wave 21 of the voltage 16 is formed in the load (see Fig. 3, interval t1-t2). At the time t3 the electronic key 9 closes.

Semiunda negativă a tensiunii sarcinii se formează astfel. În momentul t2 tensiunea condensatorului 7 (vezi fig. 3, curba 23, momentul t2) este egală cu zero. Pentru aceste condiţii tensiunea condensatorului 6 este egală cu valoarea tensiunii modulului fotovoltaic 1, iar tensiunea sarcinii are valoarea zero, din acest moment se derulează procesul de formare a semiundei negative 22 a tensiunii 16. În momentul t2 se aplică impulsul de comandă la cheia electronică 4. La deschiderea cheii electronice 4 se formează un circuit ce include modulul fotovoltaic 1, cheia electronică 4, inductanţa 12, condensatorul 7, modulul fotovoltaic 1. Pentru t>t2 condensatorul 7 începe să se încarce, iar condensatorul 6 începe să se descarce cu curentul limitat de către inductanţa 12. Când cheia electronică 4 se închide, se deschide dioda cheii electronice 5 şi datorită energiei acumulate în câmpul magnetic al inductanţei 12, condensatorul 7 se încarcă în continuare, iar condensatorul 6 se descarcă. Prin reglarea duratei de deschidere-închidere a cheii electronice 4, se reglează valoarea curentului de încărcare a condensatorului 7 până la atingerea valorii tensiunii acestuia egale cu tensiunea modulului fotovoltaic 1 şi valoarea curentului de descărcare a condensatorului 6 până la atingerea valorii tensiunii acestuia egale cu zero (vezi fig. 3, momentul t3). Pentru t>t3 se deschide cheia electronică 8 şi cheia electronică 5 cu formarea circuitului ce include modulul fotovoltaic 1, cheia electronică 8, condensatorul 13 şi sarcina 14, inductanţa 12, cheia electronică 5, modulul fotovoltaic 1. În acest circuit apare un curent limitat de inductanţa 12, care transferă puterea din modulul fotovoltaic 1 în câmpul magnetic al inductanţei 12, în câmpul electric al condensatorului 13 şi în sarcină, asigurând descreşterea tensiunii 16 sarcinii 14 (vezi fig. 3, intervalul t3-t0). Când cheia electronică 5 se închide, se formează circuitul ce include inductanţa 12, condensatorul 13 şi sarcina 14, cheia electronică 8, dioda cheii electronice 4, inductanţa 12, în care energia acumulată în câmpul magnetic al inductanţei 12 se transferă în sarcina 14. Reglând durata de închidere-deschidere a cheii electronice 5 se formează semiunda negativă a tensiunii 16 în sarcina 14 (vezi fig. 3, intervalul t3-t0). Din momentul t0 se închide cheia electronică 8 şi procesul de lucru al invertorului se repetă. The negative half-wave of the load voltage is formed as follows. At time t2 the voltage of capacitor 7 (see Fig. 3, curve 23, time t2) is equal to zero. For these conditions, the voltage of the capacitor 6 is equal to the voltage value of the photovoltaic module 1, and the load voltage has the value of zero, from this moment the process of forming the negative half-wave 22 of the voltage 16 takes place. At the moment t2, the control pulse is applied to the electronic key 4. When the electronic key 4 is opened, a circuit is formed that includes the photovoltaic module 1, the electronic key 4, the inductance 12, the capacitor 7, the photovoltaic module 1. For t>t2, the capacitor 7 begins to charge, and the capacitor 6 begins to discharge with the current limited by the inductance 12. When the electronic key 4 closes, the diode of the electronic key 5 opens and due to the energy accumulated in the magnetic field of the inductance 12, the capacitor 7 continues to charge, and the capacitor 6 discharges. By adjusting the opening-closing time of the electronic key 4, the value of the charging current of the capacitor 7 is adjusted until its voltage value equals the voltage of the photovoltaic module 1 and the value of the discharging current of the capacitor 6 is adjusted until its voltage value equals zero (see Fig. 3, time t3). For t>t3, the electronic key 8 and the electronic key 5 are opened, forming a circuit that includes the photovoltaic module 1, the electronic key 8, the capacitor 13 and the load 14, the inductance 12, the electronic key 5, the photovoltaic module 1. In this circuit, a current limited by the inductance 12 appears, which transfers the power from the photovoltaic module 1 to the magnetic field of the inductance 12, to the electric field of the capacitor 13 and to the load, ensuring the decrease in the voltage 16 of the load 14 (see Fig. 3, interval t3-t0). When the electronic key 5 closes, a circuit is formed that includes the inductance 12, the capacitor 13 and the load 14, the electronic key 8, the diode of the electronic key 4, the inductance 12, in which the energy accumulated in the magnetic field of the inductance 12 is transferred to the load 14. By adjusting the closing-opening duration of the electronic key 5, a negative half-wave of the voltage 16 is formed in the load 14 (see Fig. 3, interval t3-t0). From the moment t0, the electronic key 8 is closed and the inverter's working process is repeated.

Netezirea dinamică a fluctuaţiilor de putere pe sarcină la funcţionarea invertorului se efectuează în felul următor. În momentul t0 (vezi fig.2) tensiunea 16 pe sarcină are valoarea egală cu zero. Se presupune că invertorul se află în starea caracterizată de momentul t1 (vezi fig. 2). În acest moment valoarea puterii de oscilaţie 18 devine egală cu valoarea puterii medii 17. În momentul t=t1 se deschide cheia electronică 2 cu formarea circuitului din modulul fotovoltaic 1, cheia electronică 2, inductanţa 10, condensatorul 11 şi modulul fotovoltaic 1. În acest circuit apare un curent limitat de inductanţa 10, care asigură acumularea energiei livrate de modulul fotovoltaic în câmpul magnetic al inductanţei 10 şi în câmpul electric al condensatorului 11. După închiderea cheii electronice 2 se deschide dioda cheii electronice 3 şi condensatorul 11 se încarcă prin acumularea energiei câmpului magnetic al inductanţei 10. Prin reglarea timpului de deschidere şi închidere a cheii electronice 2 se acumulează puterea în condensatorul 11. Acest proces are loc în intervalul de timp . În momentul se deschide cheia electronică 3 cu formarea circuitului din condensatorul 11, inductanţa 10, cheia electronică 3 şi în acest circuit apare un curent limitat de inductanţa 10, care asigură redistribuirea energiei acumulate în condensatorul 11 în câmpul magnetic al inductanţei 10. După închiderea cheii electronice 3 se deschide dioda cheii electronice 2 şi puterea acumulată în câmpul magnetic al inductanţei 10 şi în câmpul electric al condensatorului 11 se transmite în sarcina 14. Prin reglarea timpului de deschidere şi închidere a cheii electronice 3 se reglează puterea injectată în sarcina 14 de către condensatorul 11 în intervalul de timp . Pentru se deschide din nou cheia electronică 2 şi procesul de lucru se repetă ca şi pentru descrierea anterioară a ciclului de lucru (vezi cazul ). Dynamic smoothing of load power fluctuations during inverter operation is performed as follows. At time t0 (see Fig. 2) the voltage 16 on the load has a value equal to zero. It is assumed that the inverter is in the state characterized by time t1 (see Fig. 2). At this moment the value of the oscillation power 18 becomes equal to the value of the average power 17. At the moment t=t1 the electronic key 2 opens with the formation of the circuit from the photovoltaic module 1, the electronic key 2, the inductance 10, the capacitor 11 and the photovoltaic module 1. In this circuit a current limited by the inductance 10 appears, which ensures the accumulation of the energy delivered by the photovoltaic module in the magnetic field of the inductance 10 and in the electric field of the capacitor 11. After the electronic key 2 closes, the diode of the electronic key 3 opens and the capacitor 11 is charged by accumulating the energy of the magnetic field of the inductance 10. By adjusting the opening and closing time of the electronic key 2, the power is accumulated in the capacitor 11. This process takes place in the time interval . At the moment the electronic key 3 opens with the formation of the circuit from the capacitor 11, the inductance 10, the electronic key 3 and in this circuit a current limited by the inductance 10 appears, which ensures the redistribution of the energy accumulated in the capacitor 11 in the magnetic field of the inductance 10. After the electronic key 3 closes, the diode of the electronic key 2 opens and the power accumulated in the magnetic field of the inductance 10 and in the electric field of the capacitor 11 is transmitted to the load 14. By adjusting the opening and closing time of the electronic key 3, the power injected into the load 14 by the capacitor 11 is adjusted in the time interval . For the electronic key 2 opens again and the working process is repeated as for the previous description of the working cycle (see case ).

Majorarea randamentului invertorului prezintă o urmare a micşorării pierderilor în condensatorul de netezire a fluctuaţiilor de putere în sarcină, pierderilor în elementele inductive şi cumulării funcţiei de netezire a fluctuaţiilor de putere şi atenuare a fluctuaţiilor electromagnetice, iar diminuarea consumului de materiale se obţine datorită utilizării unui procedeu eficient de netezire a fluctuaţiilor de putere condiţionate de sarcină în dinamică şi perturbaţiilor condensatorului la devieri în bandă largă ale valorilor tensiunii aplicate la condensator. The increase in inverter efficiency is a result of the reduction of losses in the capacitor for smoothing power fluctuations in the load, losses in the inductive elements and the accumulation of the function of smoothing power fluctuations and attenuating electromagnetic fluctuations, and the reduction in material consumption is achieved due to the use of an efficient smoothing process for power fluctuations caused by the load dynamics and capacitor disturbances at wide-band deviations of the voltage values applied to the capacitor.

Totalitatea semnelor indicate ale soluţiei tehnice propuse de realizare a invertorului pentru module fotovoltaice asigură atingerea sarcinii invenţiei privind majorarea randamentului invertorului şi micşorarea consumului de materiale la confecţionarea lui. The totality of the indicated features of the proposed technical solution for the realization of the inverter for photovoltaic modules ensures the achievement of the task of the invention regarding the increase in the efficiency of the inverter and the reduction of the consumption of materials in its manufacture.

1. Design Concept for a Transformerless Solar Inverter. Michael Frisch, Temesi Ernö, December 2009, Regăsit în Internet la 08.06.2015, url: http://www.vincotech.com/fileadmin/downloads/power/ApplicationNotes/AN200912DesignconceptsinglephaseTL.pdf 1. Design Concept for a Transformerless Solar Inverter. Michael Frisch, Temesi Ernö, December 2009, Retrieved from the Internet on 08.06.2015, url: http://www.vincotech.com/fileadmin/downloads/power/ApplicationNotes/AN200912DesignconceptsinglephaseTL.pdf

2. Micro Inverter Solutions. 12.02.1999, Regăsit în Internet la 08.06.2015, url: <http://www.infineon.com/cms/en/applications/solar-energy-systems/micro-inverter-solutions/> 2. Micro Inverter Solutions. 12.02.1999, Retrieved on the Internet on 08.06.2015, url: <http://www.infineon.com/cms/en/applications/solar-energy-systems/micro-inverter-solutions/>

Claims

Inverter for photovoltaic module, comprising a photovoltaic module (1), at the output of which are connected in parallel a first branch formed by two electronic keys (2, 3), a second branch formed by two electronic keys (4, 5), a third branch formed by two capacitors (6, 7) and a fourth branch formed by two electronic keys (8, 9), the elements of each branch being connected in series; in parallel with an electronic key (3) of the first branch are connected an inductance (10) and a capacitor (11), connected in series; between the connection point of the electronic keys (4, 5) of the second branch and the connection point of the capacitors (6, 7) of the third branch is connected an inductance (12); between the connection point of the capacitors (6, 7) of the third branch and the connection point of the electronic keys (8, 9) of the fourth branch, a capacitor (13) is connected, the terminals of which form the inverter outputs for connecting the load (14) to it.