بخشی از مقاله
چکیده
زمانی که هیچ ترانسفورمری در یک سیستم فوتوولتائیک - - PV متصل به شبکه استفاده نشدهباشد،اتصال الکتریکی بین آرایه PV و شبکه وجود دارد.در این شرایط،جریانهای نشتی خطرناک - جریانهای مدمشترک - میتواند دو سر خازن سرگردان بین PV و زمین ظاهر شود.برای اجتناب از این جریانهای نشتی،ساختارهای اینورتر مختلفی که هیچ ولتاژ مدمشترک متغیر تولید نمیکنند مثل ساختارهای نیمپل و تمامپل مدولاسیون پهنای پالس - - PWM دوقطبی پیشنهاد شدهاند.تمامپل PWM دوقطبی ولتاژ ورودی کمتری نیاز دارد ولی بازده کمی ارائه میکند.این مقاله ساختار با بازده بالای جدیدی ارائه میکند که هیچ ولتاژ مدمشترک متغیری تولید نمیکند و همان ولتاژ ورودی کم تمامپل PWM دوقطبی را نیاز دارد.
.1 مقدمه
سیستمهای فوتوولتائیک متصل به شبکه،مخصوصاً سیستمهای تکفاز کمتوان،در دنیا خیلی مهم میشوند.آنها معمولاً سیستمهای خصوصی هستند که مالک تلاش میکند ماکزیمم سودبخشی سیستم را بگیرد.مسائلی از قبیل قابلیت اطمینان،بازده بالا،اندازه و وزن کم،و قیمت پایین از اهمیتهای بزرگ برای طبقه تبدیل سیستم PV هستند.اغلب این سیستمهای PV متصل به شبکه شامل یک ترانسفورمر خط در طبقه تبدیل توان هستند که انفصال الکتریکی بین شبکه و سیستم PV را تضمین میکند،در نتیجه محافظت شخصی را مهیا میکند.علاوه بر این قویاً جریانهای نشتی بین سیستم PV و زمین را کاهش میدهد،اطمینان میدهد که هیچ جریان پیوسته به شبکه تزریق نمیشود،و میتواند برای افزایش سطح ولتاژ خروجی اینورتر مورد استفاده قرار گیرد.ترانسفورمر خط استفاده یک اینورتر تمامپل با مدولاسیون پهنای پالس را ممکن میکند.اینورتر ساده است.آن تنها چهار ترانزیستور دوقطبی گیت عایق - - IGBTs نیاز دارد و رابطه جایگزینی خوبی بین بازده،پیچیدگی و قیمت دارد.
این مقاله یک ساختار جدید که هیچ ولتاژ مد مشترک متغیر تولید نمیکند ارائه میکند،که همان ولتاژ ورودی کمی که ساختار تمامپل PWM دوقطبی داراست را نیاز دارد،و به بازدهی بالاتر و ریپل جریان کمتری در سلف میرسد.ساختار شامل شش سوئیچ و دو دیود است و میتواند طبقه تبدیل توان سودمندی برای سیستمهای PV متصل به شبکه بدون ترانسفورمر باشد.
.2جریانهای مد مشترک در سیستمهای PV بدون ترانسفورمر
هنگامی که هیچ ترانسفورمری استفاده نشده است،یک اتصال الکتریکی بین زمین شبکه و آرایه PV وجود دارد.یه عنوان یک نتیجه یک مدار رزونانس مد مشترک ظاهر می شود،که شامل ظرفیت سرگردان بین ماژول های PV و زمین،المان های فیلتر ACوDC،و امپدانس شبکه است - شکل . - 1یک ولتاژ مد مشترک متغیر میتواند این مدار رزونانس را تحریک کرده و یک جریان مد مشترک تولید کند.به خاطر سطح بزرگ مولد PV،ظرفیت سرگردان نسبت به زمین به مقادیری که می تواند حتی بیشتر از 200 nF/kWp باشد
در محیط مرطوب یا در روزهای بارانی می رسد.این مقادیر بالا می تواند جریانهای زمین با دامنه های بالاتر از سطوح مجاز،مثل آنهایی که مربوط به استانداردها هستند را تولید کند.جریانها می توانند اختلالات الکترومغناطیسی شدید - هدایت شده و تابیده شده - ،اعوجاج در جریان شبکه و تلفات اضافی در سیستم را باعث شوند.این جریانهای نشتی می توانند توسط قرار دادن اجزاء پسیو تعدیل در مدار رزونانس اجتناب شوند،یا حداقل محدود شوند.به طور واضح،تلفات اضافی در المان های تعدیل ظاهر خواهند شد،پس بازده طبقه تبدیل را کاهش می دهند.
استفاده از توپولوژی های تبدیل با یک ولتاژ مد مشترک ثابت انتخاب دیگر است.ولتاژ مد مشترک لحظه ای Vcm در اینورتر تمام پل شکل 1 می تواند از ولتاژ دو نقطه میانی دو پایه محاسبه شود، برای اجتناب از جریانهای نشتی،ولتاژ مد مشترک باید طی تمام حالتهای کموتاسیون ثابت نگه داشته شود.
شکل -1جریانهای مد مشترک در یک طبقه تبدیل بدون ترانسفورمر
.3مدل سازی ماژول PV
معمول ترین مدل استفاده شده برای سلول PV مدار معادل یک دیود همانگونه که در شکل 2 نشان داده شده است می باشد.چون مقاومت شنت Rsh بزرگ است،معمولا اغماض می شود.این مدار ساده شده در این مقاله برای مدل سازی یک سلول PV استفاده شده است.
شکل -2مدل مدار معادل یک دیود برای یک سلول .PVالف-مدل پنج پارامتری؛ ب-مدل ساده شده چهار پارامتری
مشخصه های غیرخطی Vpv-IpvوP-V متقابلا در زیر آوردهشدهاند.
شکل -3مشخصه های Vpv-IpvوP-V یک سلول PV
از شکل -2ب رابطه بین ولتاژ خروجی Vpv و جریان خروجی Ipv می تواند به این صورت بیان شود:
که IL جریان نور؛Io جریان اشباع؛Rs مقاومت سری؛ فاکتور اتمام زمانبندی ولتاژ ترمال هستند.
چهار پارامتر بالا نیاز است که برای بدست آوردن مشخصه I-V ماژول PV مشخص شوند.پس این مدل میتواند به عنوان مدل چهار پارامتری عنوان شود.معادلات برای تعیین چهار پارامتر در زیر آورده شده اند:
الف. جریان نور
که در آن G تابش - - W/m2؛Gref تابش مرجع - در این مطالعه 1000 W/m2 استفاده شده است - ؛Iref جریان نور در شرایط مرجع - 1000 W/m2 و - 25°C؛Tc دمای سلول - °C - PV؛Tcref دمای مرجع - در این مطالعه 25°C استفاده شده است - ؛ʽIsc ضریب دمایی جریان اتصال کوتاه - - A/°C از معادله بالا برای جریان نور می تواند مشاهده شود که IL تابعی از دما و تابش است.هر دوی Iref و ʽIsc می تواند از دیتاشیت سازنده به دست آید.
ب. جریان اشباع - - Io
که IOref جریان اشباع در شرایط مرجع - - A؛egap انرژی باند گاف ماده - برای مواد سیلیسیومی - 1.17 eV؛Ns تعداد سلولهای سری یک ماژول PV؛q شارژ یک الکترون - - 1/60217733×10-19C؛ref مقدار در شرایط مرجع است.
IOref می تواند بدین صورت محاسبه شود:
ج.محاسبه - 6 - مقدار
ولتاژ مدار باز ماژول PV در شرایط استاندارد است.
که ولتاژ نقطه ماکزیمم توان در شرایط استاندارد - - V؛ جریان نقطه ماکزیمم توان در شرایط استاندارد - - A؛ جریان اتصال کوتاه در شرایط استاندارد - - A است.
د.مقاومت سری - - Rs
برخی سازندگان مقدار Rs را می دهند.اگر داده نشود،معادله زیر می تواند برای تخمین مقدار آن مورد استفاده قرارگیرد
