Skip to main content
SUPERVISOR
Ehsan Adib,Hossein Farzanehfard
احسان ادیب (استاد مشاور) حسین فرزانه فرد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sajjad Tavakoli basabi
سجاد توکلی بسابی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
Today, the use of solar panels to produce electricity as a substitute of fossil fuels is very significant. However, due to the limitations of photovoltaic (PV) panels, it is not possible to directly transfer their power to the power grid. Therefore, the use of an interface alongside PV panels is required to overcome these limitations. AC module, which includes a PV panel and a single phase inverter, is based on some advantages such as improved energy harvesting capability, reduced production and installation costs, high flexibility and the possibility of extending the system due to the modularity has attracted the attention of both the industry and researchers. In contrast to some these advantage, AC modules have some drawbacks such as inherent power ripple at twice the output frequency, which cause power ripple on the panels and reduces the absorption of maximum power from the panel. The use of capacitors in parallel with panels is the simplest solutions to reduce the power oscillation, but due to the limitation of the acceptable maximum voltage ripple across the PV panels, electrolytic capacitor should be used. On the other hand, the electrolytic capacitors have a low lifetime compared to other parts of the AC module. Therefore, extensive research is done to reduce this capacitance to use high-quality, capacitors with longer life-time. In this thesis, an exact analysis of power ripple and the review of some methods and converter topologies to reduce the power ripple without electrolytic capacitors are performed. Then, a new micro-inverter based on current source inverter with some advantages such as minimum number of elements, passive reduction of the power ripple without any additional control and without any additional elements to reduce the power ripple, inherent protection against short circuit and open circuit is proposed. The operation of the proposed structure and its design method is investigated. The effectiveness of the proposed inverter is verified thorough simulation and experiments results. Then, by adding a new switch and changing the position of the inductor in the first proposed structure, the second topology is introduced. The second topology has the benefits of the first proposed inverter while the leakage current is reduced, which is another challenge in AC modules. The operation of the second proposed structure is explained and its design procedure is discussed. The effectiveness of the second proposed inverter is verified thorough simulation and experiments result. Finally, a new 2-stage micro-inverter is proposed. One of the most important features of this proposed structure is its control simplicity due to the fact that the converter duty cycle stays constant while receiving the maximum power from the panel. As a result, common control methods which are used for single-phase inverters such as sinusoidal pulse width modulation (SPWM) can be employed in this converter. Another feature of this proposed structure is the removal of the low-frequency current ripple of the panel, which improves system maximum power receiving capability as well as reducing the panel filter capacitor. Key word: 1. Micro-inverter 2. AC module 3. Power decoupling
امروزه استفاده از پنل‌های خورشید جهت تولید برق به عنوان جایگزین سوخت‌های فسیلی بسیار مطرح می‌باشد اما با توجه به برخی ویژگی‌های ساختاری و محدودیت‌های پنل‌های خورشیدی نمی‌توان بطور مستقیم توان تولیدی پنل را به شبکه‌ی برق منتقل کرد. از این‌رو استفاده از مدارهای الکتریکی جانبی در کنار پنل‌های خورشیدی جهت رفع این محدودیت‌ها الزامی است. در این بین ساختارهای AC ماژول که شامل یک پنل خورشیدی و اینورتر تکفازه می‌باشند با توجه به ویژگی‌هایی چون بهبود قابلیت برداشت انرژی، کاهش هزینه‌ی تولید و نصب، انعطاف پذیری بالا و امکان گسترش سیستم با توجه به ماژولار بودن ساختار بسیار مورد توجه صنعت و محققین قرار گرفته است. از طرفی این ساختارها دارای نقاط ضعفی نیز می‌باشند و از جمله آن‌ها ریپل توان با دو برابر فرکانس خروجی در سر پنل می‌باشد که باعث کاهش دریافت بیشینه توان از پنل می‌گردد. از جمله ساده‌ترین راه‌کارهای ارائه شده جهت کاهش ریپل توان استفاده از خازن موازی با پنل است، اما با توجه به کوچک بودن ولتاژ پنل و همچنین محدود بودن حداکثر ریپل ولتاژ قابل قبول دو سر پنل، باید از خازن‌های با ظرفیت بالا که از نوع الکترولیتی می‌باشند استفاده کرد. خازن‌های الکترولیتی دارای معایبی می‌باشند که از جمله مهمترین آن‌ها می‌توان به کاهش طول عمر کل سیستم با توجه به کم بودن عمرشان نسبت به دیگر بخش‌های ساختار AC ماژول اشاره کرد. لذا تحقیقات گسترده‌ای جهت کاهش ظرفیت خازن مورد نیاز و استفاده از خازن‌های با کیفیت و عمر بیشتر در حال انجام است. در این پایان‌نامه به تحلیل دقیق ریپل توان، دسته‌بندی و مرور برخی ساختارها و روش‌های ارائه شده جهت کاهش ریپل توان بدون استفاده از خازن الکترولیتی پرداخته شده است. سپس یک میکرو اینورتر جدید بر مبنای مبدل منبع جریان ارائه شده است که دارای مزایایی از جمله کاهش ریپل توان به‌صورت پسیو و عدم نیاز به کنترل اضافی، عدم استفاده از المان اضافی جهت کاهش ریپل توان، حفاظت ذاتی در برابر اتصال کوتاه و مدار باز می‌باشد. نحوی عملکرد ساختار پیشنهادی و روش طراحی آن بررسی شده و در نهایت با ارائه‌ی نتایج ساخت نمونه‌ی آزمایشگاهی مبدل و شبیه‌سازی صحت عملکردی مبدل اثبات می‌شود. در ادامه با اضافه کردن یک کلید، دیود و جابجایی سلف مبدل پیشنهادی اول ضمن حفظ مزایای اشاره شده برای مبدل پیشنهادی اول، جریان زمین که یکی‌ از چالش‌های برخی ساختارهای غیرایزوله می‌باشد نیز کاهش می‌یابد. نحوی عملکرد و طراحی مبدل پیشنهادی دوم بررسی شده و با ارائه نتایج شبیه‌سازی صحت عملکرد مبدل اثبات می‌شود. در ادامه یک میکرو اینورتر دو طبقه‌ی جدید ارائه شده است. از جمله مهم‌‍‌ترین ویژگی‌های این ساختار پیشنهادی سادگی کنترل آن به جهت ثابت بودن ضریب ‌وظیفه‌ی مبدل برای دریافت بیشینه توان از پنل می‌باشد. از دیگر ویژگی‌های ساختار پیشنهادی حذف کامل ریپل فرکانس پایین جریان پنل می باشد که باعث بهبود کیفیت دریافت بیشینه توان از پنل و همچنین کاهش خازن فیلتر پنل می‌شود. کلمات کلیدی: 1- میکرو اینورتر 2- AC ماژول 3- دکوپلاژ توان

تحت نظارت وف ایرانی