17-22 minuty 
Ogniwa fotowoltaiczne 
+48 32 729 99 18 
Kłodnicka 56E 41-706 Ruda Śląska 
Historia rozwoju inwerterów fotowoltaicznych
Dzięki rozwojowi urządzeń zasilających i układów sterowania, w ostatniej dekadzie zauważyć można zdecydowany postęp technologiczny w zakresie falowników, ładowarek elektrycznych, zasilaczy awaryjnych i napędów VFD.
Ich wydajność w tym okresie zwiększyła się o ponad 10%. Co ciekawe, w tym samym czasie cena tych urządzeń drastycznie zmalała i dziś zakupić je można za kwotę wynoszącą 20% tej, za którą oferowane były jeszcze 10 lat temu.
Wśród liderów w zakresie układów scalonych sterowania przeznaczonych do inwerterów prym wiedzie amerykańska firma Texas Instruments (TI), która przykłada ogromną wagę do nieustannego doskonalenia swoich produktów.
W jej ofercie znaleźć można między innymi nowatorski sterownik DSP TMS320C200 z wbudowaną pamięcią flash, czyli szybki przetwornik analogowo-cyfrowy.
Jest on dodatkowo wyposażony w sprawnie działający interfejs typu MMIO, bezawaryjną szeregową magistralę komunikacyjną CAN oraz regulator PWM.
Texas Instruments postawiła na wszechstronność, rozbudowując i unowocześniając wszelkie niezbędne funkcje swoich produktów.
Przykładem może tu służyć oprogramowanie, w którym producent zastosował modulację wektorową z symetrycznymi wektorami zerowymi SVPWM, regulator PID, czujniki MPPT, układy pętli synchronizacji fazy (PLL) a także układ detekcji pracy wyspowej.
Produkty oferowane przez TI pomagają w efektywnym zarządzaniu energią, precyzyjnym wykrywaniu i przesyłaniu danych oraz zapewniają podstawową kontrolę lub przetwarzanie w ich projektach.
Co więcej, firma proponuje również usługę ustalenia projektu z wykorzystaniem własnego doświadczenia i wiedzy, a także dostarcza próbki, również w przypadku topologii i układów peryferyjnych.
Tak szeroka oferta i otwarty na potrzeby klientów system wsparcia sprzętowego pozwala TI na ciągłe wprowadzanie na rynek kolejnych produktów.
Wspomniany wyżej procesor DSP od dłuższego czasu stosowany jest w jednordzeniowych układach scalonych opisywanych falowników.
Inwertery stringowe ciągle się rozwijają
W zakresie inwerterów stringowych jest jeszcze trochę do zrobienia, co może być impulsem biznesowym dla pozostałych producentów układów scalonych dedykowanych falownikom instalacji fotowoltaicznych.
Przede wszystkim można zauważyć, że nastąpił wzrost mocy falowników, a maksymalna pojemność w przypadku niskonapięciowych falowników 400 V podpiętych do sieci może dochodzić nawet do 100kW.
Warto też pamiętać, że inwertery zarządzają coraz większą ilości urządzeń, w tym paneli i kabli DC. Mogą także obsługiwać sieć i szafy rozdzielcze prądu zmiennego.
Poradnik
Rośnie również wydajność ich funkcji komunikacyjnych, przez co konieczne jest wyposażanie ich w szereg portów, takich jak USB, RS485, RS232 do połączenia z komputerem, w slot pamięci flash, wejście dla rejestratorów danych, mierników i przekładników prądowych (CT).
Wszystko to powoduje, że jeden procesor DSP przestaje wystarczać i zamieniany jest na średnio złożone układ CPLD, zdolne obsługiwać bardziej skomplikowane obliczenia i komunikować się z procesorami z architekturą ARM.
Postęp technologiczny doprowadził do niemal ośmiokrotnego wzrostu mocy falowników, która dziś wynosi 80 kW, ale procesowi temu nie towarzyszył proporcjonalny wzrost ich objętości.
Zwiększył się on zaledwie 3,4-krotnie, a jego wartość osiągnęła obecnie 146 dm3. Jak łatwo obliczyć, gęstość mocy wzrosła o ok. 1,86 razy.
Trzeba przy tym pamiętać, że w wyniku wzrostu mocy zwiększyła się nie tylko ilości prądu, ale również złożoność algorytmu sterowania.
Przykładem może tu służyć falownik Growatt 80 kW, w którym przy 6 MPPT obsługiwane jest aż sześć różnych obwodów, co oznacza, że konieczne jest wyposażenie go w sześciokrotnie sprawniejsze sterowniki.
Jakimi funkcjami dysponują inwertery MAX?
Celem inwerterów MAX jest przede wszystkim monitorowanie ciągów PV i dokonywanie diagnozy charakterystyki prądowo – napięciowej I/V.
W przypadku zwarć łukowych (AFCI) stanowią one także wyłączniki obwodów.
Do ich zadań należą też:
- redukcja PID (degradacji indukowanym napięciem)
- rejestracja błędów sieciowych
- regulacja współczynnika mocy
- minimalizowanie wpływu wyższych harmonicznych.
W praktyce zauważamy znaczne pogorszenie warunków do instalacji paneli fotowoltaicznych, które wiąże się ze wzrostem odkształceń harmonicznych oraz z niższym współczynnikiem mocy.
Tymczasem to właśnie na falowniku, który stanowi najbardziej złożoną część systemu solarnego, spoczywa zadanie zapewnienia wysokiej wydajności.
Jego wypełnienie jest niezbędne, jeśli przemysł fotowoltaiczny miałby dorównać konkurencyjnym źródłom energii, a jego wykorzystanie miałoby stać się bardziej opłacalne dla użytkowników.
Oczywiście, wszystkie procesory wbudowane – DSP, CPLD, ARM – wyposażone są w podstawowe funkcje obliczeniowe, a także przechowywania i przetwarzania danych.
Różnice widać natomiast w ich przeznaczeniu.
DSP to najlepszy procesor do cyfrowego przetwarzania sygnału. Ma zdolność wydawania oprogramowaniu wielu, nawet bardzo złożonych poleceń.
Do walorów tego procesora należy także duża moc obliczeniowa.
W falownikach Growatt 100 kW są aż dwa niezależne, ale współpracujące ze sobą dla zwiększenia niezawodności systemu procesory DSP.
Pierwszy z nich steruje regulatorami ładowania MPPT po stronie instalacji PV.
Służy także jako przekształtnik podwyższający napięcie. Na drugim spoczywa zadanie transformacji sygnału DC/AC.
Z kolei procesor CPLD to złożony programowalny układ elektroniczny (ang. Complex Programmable Logic Device).
Umożliwia on najszybszy z obecnie dostępnych proces implementacji algorytmów sprzętowych. Procesor ten potrafi wykonywać jednocześnie kilka zadań.
W falownikach Growatt z serii Max, połączenie procesorów DSP i CPLD, a także inne funkcje zabezpieczające powodują 10-krotny wzrost szybkości reakcji na niebezpieczeństwa.
Najważniejsze cechy inwertera z serii MAX
Inwertery MAX charakteryzują się mocą na poziomie 250 kW. Wydajność, jaką osiągają, sięga 98,67%.
Wyposażone są w czujniki MPPT dla lepszej kontroli (do 12 sensorów), ale nie posiadają bezpieczników.
Mają zdolność do inteligentnej diagnozy charakterystyki prądowo – napięciowej I/V, a także funkcję inteligentnego monitoringu.
Niewątpliwą zaletą jest także dedykowany im system operacyjny Growatt, służący do podglądu online i serwisowania.
Zdecydowana większość smarfonów wykorzystuje architekturę ARM jako główny układ scalony, a procesor wyposażony w ARM przeznaczony jest głównie do przetwarzania i zarządzania zadaniami.
Szybsza wymiana informacji służąca monitorowaniu danych, ich przechowywaniu a także aktualizacji i komunikacji zewnętrznej, możliwa jest ze względu na oddalenie od siebie szyn danych ARM i adresowej.
Przykładowe zastosowanie inwerterów Growatt
Falowniki Growatt z serii MAX znaleźć można w instalacjach PV wielu bardzo ważnych obiektów na świecie, w tym lotniska Chengdu Shuangliu, fabryk w Changchun Auto i Jiangsu Changzhou a także w zakładzie oczyszczania wody Zhuhai.
W każdym z tych miejsc spełniły bardzo wysokie wymagania wynikające ze specyfiki środowiska i zadań, jakie miała obsługiwać instalacja.
Po kolei – sprawdziły się pod względem kompatybilności elektromagnetycznej EMC, nie straszne im były ekstremalnie niskie temperatury, poradziły sobie z wysokimi odkształceniami harmonicznymi i wysokim poziomem wilgoci.
Falowniki Growatt udowodniły tym samym, że niezależnie od miejsca, środowiska i panujących warunków, są w stanie pracować bezawaryjnie i przekształcać gigantyczną ilość mocy elektrycznej w instalacjach PV.
źródło i zdjęcia: Growatt
