ไมโคร-อินเวอร์เตอร์พร้อมแผงโซลาร์เซลล์สำหรับระบบจัดเก็บพลังงานภายในบ้าน

นอกเหนือจากอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์และแบบสตริงแล้ว ระบบพลังงานใหม่ยังรวมถึงอินเวอร์เตอร์ขนาดเล็ก- ซึ่งติดตั้งง่ายและกำหนดค่าได้อย่างยืดหยุ่น ตามชื่อที่แนะนำ ไมโคร-อินเวอร์เตอร์มีการใช้พลังงานต่ำ และโดยทั่วไปจะเชื่อมต่อกับแผงโซลาร์เซลล์เพียงแผงเดียวหรือสองสามแผง ในฐานะอินเวอร์เตอร์ ไมโคร-อินเวอร์เตอร์จะแปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันต่ำ-จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้ากระแสสลับสำหรับโครงข่ายไฟฟ้าในท้องถิ่น แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 50V แต่แรงดันไฟฟ้ากริด AC อาจสูงถึงหลายร้อยโวลต์ อัตราส่วนไฟฟ้าแรงสูง-ต่อ-นี้ทำให้มีความต้องการสูงต่ออัตราขยายของตัวแปลง การใช้ตัวแปลง PWM แบบไม่แยก-แบบทั่วไปในสถานการณ์นี้จะส่งผลให้รอบการทำงานสูงหรือต่ำสำหรับสวิตช์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพของตัวแปลงต่ำและเกิดความเครียดอย่างมากต่ออุปกรณ์จ่ายไฟ โดยปกติแล้ว การนำตัวเหนี่ยวนำหรือหม้อแปลงคู่มารวมไว้ในตัวแปลงเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ตรงกันตลอดอัตราส่วนรอบกลายเป็นโซลูชันที่ต้องการสำหรับไมโคร-อินเวอร์เตอร์

ในด้านการใช้งาน ไมโคร-อินเวอร์เตอร์จะต้องมีฟังก์ชันสามอย่าง: การปิดเครื่องอย่างรวดเร็ว (RSD), การติดตามจุดกำลังสูงสุด (MPPT) และการกลับกัน RSD ถูกเสนอในการประชุม NEC ในปี 2014 โดยมีวัตถุประสงค์คือเพื่อตัดการเชื่อมต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์จากบัส DC อย่างรวดเร็วในกรณีที่เกิดเพลิงไหม้หรือภัยพิบัติอื่น ๆ เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยของนักดับเพลิง MPPT เป็นที่รู้จักกันดี-ในกลุ่มอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ และได้รับการแนะนำในบทความก่อนหน้านี้ อย่างไรก็ตาม ไม่เหมือนกับวงจร MPPT แบบรวมศูนย์หรือแบบสตริงแบบดั้งเดิม ฟังก์ชันนี้ในไมโครอินเวอร์เตอร์ไม่จำเป็นต้องมีวงจรบูสต์ วงจรอื่นๆ เช่น บั๊ก, บริดจ์เต็ม- และฟลายแบ็คก็สามารถใช้ได้เช่นกัน สาเหตุหลักมาจากความหลากหลายของวงจรดาวน์สตรีม

ไมโคร-อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์อินเวอร์เตอร์ขนาดเล็กที่ติดตั้งไว้ด้านหลังแผงเซลล์แสงอาทิตย์เพียงแผงเดียวหรือจำนวนเล็กน้อย โดยจะแปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงของแผงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับแบบกริด-ที่เชื่อมต่ออยู่ ข้อได้เปรียบหลักอยู่ที่ฟังก์ชัน MPPT (Maximum Power Point Tracking) อิสระสำหรับแต่ละแผง ช่วยเพิ่มการผลิตพลังงานสูงสุดเมื่อมีความไม่ตรงกันระหว่างแผงหรือการแรเงาบางส่วน นอกจากนี้ยังจำกัดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงของระบบให้อยู่ในระดับต่ำด้วย<60 V, reducing the risk of fire and electric shock.

ในแง่ของโครงสร้างวงจร ไมโคร-อินเวอร์เตอร์ได้พัฒนาจากหลาย-สเตจเป็นสอง-สเตจ และต่อมาเป็น-สเตจเดียว [1] เมื่อไฟฟ้าถูกส่งออกจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์และเชื่อมต่อแบบขนานกับโครงข่ายไฟฟ้ากระแสสลับ ยิ่งขั้นตอนการแปลงน้อย ประสิทธิภาพก็จะยิ่งสูงขึ้น อินเวอร์เตอร์แบบหลาย-หรือสอง-ไมโคร- ประกอบด้วย-เวที DC/DC และด้านหลัง- DC/AC DC/DC สเตจด้านหน้า-มีฟังก์ชัน MPPT และบูสต์ โดยจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นแรงดันบัส DC ที่จำเป็นสำหรับการผกผัน และ-สเตจด้านหลัง DC/AC จะกลับด้านและเชื่อมต่อกับกริด

ไมโครอินเวอร์เตอร์ระดับ-สองระดับยังแบ่งย่อยเพิ่มเติมเป็นสองประเภท: แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าและแหล่งจ่ายกระแส ประเภทแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าจะควบคุมแรงดันเอาต์พุตที่ด้านไฟฟ้ากระแสสลับ เอาต์พุตของสเตจ DC/DC ก่อนหน้าคือแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่เสถียร ด้วยไมโครอินเวอร์เตอร์ประเภทนี้ ระยะ DC/AC ต่อมาจะทำงานที่ความถี่สูง ตัวแปรควบคุมหลักของไมโครอินเวอร์เตอร์ประเภทแหล่งกระแสคือกระแส เอาท์พุตด้าน DC ของมันไม่ได้เป็น DC ที่เสถียรอีกต่อไป แต่เป็น "คลื่นซาลาเปา" ที่มีส่วนประกอบ AC ดังแสดงในรูปที่ 4 วงจรการแปลงขั้วความถี่พลังงานที่ตามมาจะแยกคลื่นซาลาเปานี้ออกเป็นเอาท์พุตบวกและลบ ทำให้เกิดกริด-คลื่นไซน์ที่เชื่อมต่อกัน เมื่อเปรียบเทียบกับไมโครอินเวอร์เตอร์ประเภทแรงดันไฟฟ้า- ไมโครอินเวอร์เตอร์ประเภทแหล่งกำเนิดในปัจจุบันนี้มีความเค้นแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ต่ำกว่า และมีโครงสร้างและการควบคุมที่เรียบง่ายกว่า ทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในโมเดลไมโครอินเวอร์เตอร์กระแสหลักในปัจจุบัน

ไมโครอินเวอร์เตอร์ต้นทางทั้งแรงดัน-และกระแส-มีวงจร DC/AC แต่แหล่งกำเนิดกระแส-ประเภทต้องใช้วงจรความถี่-พลังงาน ในขณะที่ประเภทแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า-ต้องการการสลับความถี่สูง- วงจรแฉมีโครงสร้างที่เรียบง่าย โดย MOSFET ทำงานที่ความถี่กำลัง และการสูญเสียหลักคือการสูญเสียการนำไฟฟ้า. 600V-950V CoolMOS™ P7 และแม้แต่ 1200V IGBT เหมาะสำหรับการใช้งานนี้ วงจรบริดจ์แบบเต็ม-คืออินเวอร์เตอร์แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า-โดยทั่วไป โดยมีขาข้างหนึ่งทำงานที่ความถี่กำลัง และอีกขาหนึ่งทำงานที่ความถี่สูงเพื่อลดฮาร์โมนิกของแรงดันเอาต์พุต การออกแบบที่เหมาะสมที่สุดมักเกี่ยวข้องกับการเลือก MOSFET ที่แตกต่างกันสำหรับขาทั้งสองข้างโดยอิงตามสภาพการทำงาน แต่ CoolMOS™ P7s ขนาด 600V-950V ก็มีจำหน่ายเช่นกัน ดังที่เห็นได้จากโทโพโลยี วงจรที่กางออกมีความสามารถในการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟที่จำกัด เนื่องจากคุณลักษณะของอุปกรณ์ วงจรอินเวอร์เตอร์ฟูลบริดจ์สามารถทำงานได้แบบสองทิศทาง โดยให้ความสามารถในการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟที่เพียงพอ แต่ต้องมีตัวกรอง LCL เพิ่มเติม