Tani inwertor sekwencyjny dla elektrowni słonecznych

fot. ArrayPower

Amerykańscy naukowcy pracowali inwertor dla elektrowni słonecznych umożliwiający konwersję prądu stałego ogniw na zmienny dla sieci przesyłowej. Nowy inwertor umożliwia wytwarzanie prądu trójfazowego, który można zastosować w przemyśle – poinformował magazyn „Technology Review”.  

Podstawowym problemem, z jakim stykają się budujący instalacje elektrowni słonecznych są koszty. Obecnie w USA koszt przemysłowych ogniw słonecznych stanowi 30% całkowitego kosztu energii tego źródła, który wynosi 3-3,50 dolara za wat. Zmniejszenie kosztów jest więc bardzo istotne, zwłaszcza w obszarze systemów zarządzania ogniwami, sieci przesyłowej czy konstrukcji samych ogniw.

Naukowcy i inżynierowie pracujący dla firmy technologicznej ArrayPower z Sunnyvale w Kalifornii opracowali inwertor – urządzenie przekształcające prąd stały wytwarzany w ogniwach słonecznych na prąd zmienny, który może trafić do sieci przesyłowej.

Duże instalacje ogniw słonecznych w elektrowniach, stosują jeden wielki, centralny inwertor lub kilka mniejszych, połączonych w sieć. Wtedy każdy inwertor przyporządkowany jest określonej grupie ogniw słonecznych. Oba rozwiązania są mało wydajne, ze względu na sieciowe podłączenie do nich paneli. Oznacza to, że jeśli jeden panel będzie gorzej funkcjonować, wydajność inwertora spadnie do jego poziomu, a więc cała sieć działa tak, jak jej najsłabsze urządzenie.

Inwertor sekwencyjny, skonstruowany przez badaczy z ArrayPower jest mały, przypominający mikroinwertory stosowane instalacjach domowych. Jest montowany pod każdym panelem i konwertuje energię na bieżąco, co pozwala na wzrost mocy całego systemu o 3-10%. Zmieniona została konstrukcja urządzenia – dotąd jego głównym elementem był kondensator elektrolityczny, który wysyłał zgromadzoną energię w impulsach, co stanowiło podstawę wyjściowego prądu zmiennego.

Kondensatory te musiały być odporne i mieć długi okres używalności, stąd koszt mikroinwertora był dość wysoki, a wytwarzany prąd zmienny – jednofazowy, co pozwalało go stosować w gospodarstwach domowych, ale nie w systemach przemysłowych. Tymczasem w inwertorze sekwencyjnym podstawowymi elementami są diody i tranzystory, zwiększające napięcie z 60 V na wejściu do 208 V na wyjściu, czyli wielkości dostosowanej do sieci przesyłowej. Induktor, oparty na cewce z drutu miedzianego, sterowany przez tranzystory wysyła impulsy prądowe w sieć przekształcając prąd stały w zmienny. Impulsy te pochodzą z trzech paneli i są synchronizowane częstotliwościowo, co umożliwia tworzenie prądu trójfazowego.

Jak powiedział „Technology Review”, Nick Cravalho wiceprezes ArrayPower, nowe urządzenie umożliwia odzyskiwanie i składowanie oraz przesyłanie do sieci nawet małych ilości energii. Pozwala to na zmniejszenie kosztów całej instalacji ogniw paliwowych o 10% oraz jej uproszczenie, co może przyczynić się do dalszego spadku kosztów. Zastosowanie diod i tranzystorów oraz induktorów z cewek miedzianych, jako odporniejszych, pozwala też na zwiększenie czasu pracy urządzenia.

Jak zauważył Daniel Kammen, dyrektor Renewable and Appropriate Energy Laboratory w University of California, pracujący nad podobnymi instalacjami, system wymyślony przez naukowców z ArrayPower to „rząd prostych wzmacniaczy częstotliwości pracujących razem jak orkiestra, co powoduje, że rozwiązanie to jest bardzo solidne”.

Inwertor sekwencyjny zamontowany pod panelem słonecznym, fot. ArrayPower

PAP - Nauka w Polsce