ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Κεφάλαιο 1
Εισαγωγή στα Φωτοβολταϊκά Συστήματα
1.2 Αντιστροφείς Δίχως Μετασχηματιστή Απομόνωσης (TL)
Καθώς ο στόχος είναι να μειωθεί το κόστος ολόκληρου του Φ/Β συστήματος, απαιτείται
κάτι περισσότερο από αποδοτικούς και φθηνούς ηλιακούς συλλέκτες. Χρειάζονται
φθηνότερα ηλεκτρονικά ισχύος μετατροπέων, κυκλώματα ελέγχου, συστήματα αποθήκευσης,
μετασχηματιστές και καλώδια. Σε αυτές τις περιοχές, έχει στραφεί τα τελευταία χρόνια το
ερευνητικό ενδιαφέρον. Όμως, υπάρχουν ακόμα σημαντικά περιθώρια βελτίωσης και
εξέλιξης.
Το πρώτο Φ/Β σύστημα οικιακής εγκατάστασης διέθετε ένα μονοφασικό αντιστροφέα
και ένα μετασχηματιστή απομόνωσης χαμηλών συχνοτήτων- Low Frequency Transformer
(LFT)- τοποθετημένο μεταξύ της εξόδου του μετατροπέα και του δικτύου. Τέτοιοι
μετασχηματιστές θεωρούνταν απαραίτητοι από τους κανονισμούς ασφάλειας σχεδόν όλων
των χωρών καθώς προσφέρουν γαλβανική απομόνωση μεταξύ του δικτύου και του Φ/Β
συστήματος, εξασφαλίζοντας με αυτόν τον τρόπο την ανθρώπινη ασφάλεια. Επιπρόσθετα,
προσφέρουν απομόνωση μεταξύ του Φ/Β συστήματος και της γείωσης του δικτύου,
περιορίζοντας έτσι στο ελάχιστο το ρεύμα διαρροής. Τέλος μπορούν να χρησιμοποιηθούν και
ως μετασχηματιστές ανύψωσης τάσης ώστε να αυξήσουν το επίπεδο της τάσης εξόδου του
αντιστροφέα. Στον αντίποδα, η χρήση LF μετασχηματιστή αυξάνει τον όγκο, το βάρος και το
κόστος όλης της εγκατάστασης μειώνοντας παράλληλα την αποδοτικότητα της.
Μία εναλλακτική λύση είναι η αντικατάσταση του LF μετασχηματιστή με ένα
μετασχηματιστή στην Dc πλευρά του μετατροπέα- High Frequency Transformer (HFT). Με
αυτή τη δομή επιτυγχάνεται και πάλι γαλβανική απομόνωση ενώ παράλληλα μειώνεται το
βάρος, ο όγκος και το κόστος του συστήματος. Παρ’ όλα αυτά, το σύστημα γίνεται πιο
περίπλοκο και επιπρόσθετα, καμία βελτίωση δεν παρατηρείται στην συνολική απόδοση [9].
Τα τελευταία χρόνια γίνονται ερευνητικές προσπάθειες και πειράματα για την παράληψη
του μετασχηματιστή απομόνωσης- Transformerless (TL). Η χρήση TL αντιστροφέα αποφέρει
ένα απλό, οικονομικό και αποδοτικό Φ/Β σύστημα [40]. Κατά συνέπεια ορισμένες χώρες
όπως η Γερμανία επιτρέπουν πλέον τη χρήση TL αντιστροφέων και πολλές άλλες χώρες,
ακλουθώντας την ίδια τάση, διαπραγματεύονται ώστε να αλλάξουν οι κανονισμοί τους.
Παρόλα αυτά, σε χώρες όπως η ΗΠΑ όπου οι κανονισμοί επιβάλουν τη γείωση του
αρνητικού ακροδέκτη κάθε Φ/Β εγκατάστασης, υπάρχουν ανησυχίες για τη χρήση TL
αντιστροφέων καθώς μπορεί τα dc σφάλματα να περάσουν στην Ac πλευρά λόγω έλλειψης
γαλβανικής απομόνωσης.
Πιο συγκεκριμένα, στην περίπτωση των TL αντιστροφέων, δεν υπάρχει γαλβανική
απομόνωση μεταξύ της Φ/Β συστοιχίας και της γείωσης του δικτύου. Έτσι, το ρεύμα κοινού
σήματος(common mode current - Icm) περιορίζεται μόνο από την σύνθετη αντίσταση
προερχόμενη κατά κύριο λόγο από το φίλτρο εξόδου και τις παρασιτικές χωρητικότητες των
Φ/Β πλαισίων. Κατά συνέπεια, αν υπάρχει μεγάλη διακύμανση της τάσης κοινού σήματος
(common mode voltage - Vcm) θα αναπτυχτούν ισχυρά ρεύματα διαρροής προς τον κόμβο
γείωσης. Ο μόνος τρόπος να εξαλειφθούν τα ρεύματα διαρροής είναι να βρεθεί μία
κατάλληλη τοπολογία αντιστροφέα και κατάλληλες τεχνικές παλμοτροφοδότησης ώστε να
μηδενιστεί η κυμάτωση της Vcm. Το βασικό πρόβλημα που πρέπει να αντιμετωπιστεί στην
παραπάνω ανάλυση είναι ότι δεν υπάρχει συγκεκριμένο μοντέλο για να μελετηθεί θεωρητικά
η συμπεριφορά κοινού σήματος της διάταξης.
Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας εξετάζονται οι επιπτώσεις της απουσίας
μετασχηματιστή τόσο στη λειτουργία του συστήματος στη μόνιμη κατάσταση όσο και στη
τήρηση των ορίων που εξασφαλίζουν την ανθρώπινη ασφάλεια.
4