Für langlebige PV-Wechselrichter
Digitale Isolationstechnik erhöht Zuverlässigkeit von Invertern
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
PV-Wechselrichter - ein Blick auf die Details
Meist kommt in Invertern die Vollbrücken-Topologie zum Einsatz, da sie unter allen Schalt-Topologien die höchste Leistungstragfähigkeit aufweist. Die hochfrequenten Oberwellenkomponenten werden induktiv gefiltert und erzeugen eine 60-Hz-Sinuswelle mit moderat geringer Amplitude. Die gefilterte Wellenform wird dann durch einen Ausgangstransformator geleitet, der die Wellenform des Wechselstroms noch weiter glättet, die Spannungsamplitude weiter korrigiert und damit die spezifischen Anforderungen des Stromnetzes erfüllt. Darüber hinaus trennt er den Gleichstromeingang des Inverters galvanisch vom Hochspannungs-Wechselstromnetz.
Das Design eines PV-Inverters ist voller Kompromisse, die so manchem Entwickler die Haare zu Berge stehen lassen oder Bauchschmerzen verursachen, wenn die falschen Kompromisse gefunden werden. So wird beispielsweise erwartet, dass PV-Systeme 25 Jahre lang bei voller Ausgangsleistung zuverlässig arbeiten und trotzdem einen wettbewerbsfähigen Preis haben. Daher haben die Entwickler die schwierige Aufgabe, einen Mittelweg zwischen Kosten und Zuverlässigkeit zu finden.
PV-Systeme brauchen hocheffiziente Inverter. Schließlich überhitzen Inverter mit einem höheren Wirkungsgrad nicht und haben damit eine längere Lebensdauer als Inverter mit geringerem Wirkungsgrad. Damit sparen sie sowohl dem Hersteller als auch dem Anwender von PV-Anlagen bares Geld.
Das permanente Streben nach hohem Wirkungsgrad zieht Design-Kompromisse nach sich, die sich auch auf die Auswahl der Bauelemente auswirken können. Angefangen von den Treibern für die Primär-Gates über die Leistungsschalter bis hin zu den magnetischen Bauelementen wie beispielsweise Transformatoren. Kompromisse, die sich auch auf die Konstruktion der Leiterplatte sowie auf die thermischen Anforderungen des Inverter-Gehäuses auswirken.
Da sich die Ausgangsspannung des PV-Moduls je nach Sonneneinstrahlung ändert, ist es von Vorteil, wenn der Eingangsspannungsbereich des Inverters an die Ausgangsspannung des Solarmoduls angepasst ist. Die sich hieraus ergebenden Abstriche beim Design wirken sich auf die Komplexität des Systems, die Kosten und den Wirkungsgrad aus.
Bisher haben wir nur die Hardware betrachtet, aber nun wollen wir auch einen Blick auf die Steuerungs- und Regelungsseite der Problemstellung werfen.
Das Gehirn des Inverters ist der Controller. In der Regel ein DPC (Digital Power Controller) oder ein DSP (Digitaler Signalprozessor). Normalerweise ist die Firmware des Controllers als State-Machine (Ablauf-Steuereinheit) implementiert, um so die effizienteste Ausführung von blockierungsfreiem (Fall-Through) Code zu ermöglichen. Dadurch gelangt das System bei der Abarbeitung des Codes nicht unbeabsichtigt in eine Endlosschleife. Die Ausführung der Firmware erfolgt hierarchisch, wobei die Abarbeitung von Funktionen mit höherer Priorität häufiger erfolgt als die Abarbeitung von Funktionen niederer Priorität.
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