מיקרו-מהפך עם פאנלים סולאריים למערכת אחסון אנרגיה ביתית

בנוסף לממירים מרכזיים וממירי מחרוזת, מערכות אנרגיה חדשות כוללות גם ממירי מיקרו-, שקל להתקנה ובצורה גמישה. כפי שהשם מרמז, לממירים מיקרו-יש צריכת חשמל נמוכה ולכן הם מחוברים בדרך כלל לפאנלים סולאריים אחד או כמה. בתור מהפך, מהפך מיקרו-ממיר את מתח המתח הנמוך- מהפאנלים הפוטו-וולטאיים למתח AC עבור רשת החשמל המקומית. בעוד שהמתח של פאנל פוטו-וולטאי הוא בדרך כלל סביב 50V, מתח רשת ה-AC יכול להגיע למאות וולט. יחס מתח גבוה-ל{10}}זרם מציב דרישות גבוהות מההגבר של הממיר. שימוש בממיר PWM רגיל שאינו-מבודד במצב זה יגרום למחזורי עבודה גבוהים או נמוכים עבור המתגים, וכתוצאה מכך יעילות ממיר נמוכה ולחץ משמעותי על מכשירי החשמל. באופן טבעי, שילוב של משרן או שנאי מקושרים בממיר כדי להשיג התאמת מתח דרך יחס סיבובים הפך לפתרון מועדף עבור ממירי מיקרו-.

מבחינה פונקציונלית, מהפך מיקרו- חייב לספק שלוש פונקציות: כיבוי מהיר (RSD), מעקב אחר נקודות כוח מקסימלי (MPPT) והיפוך. RSD הוצע בכנס NEC בשנת 2014. מטרתו לנתק במהירות פאנלים פוטו-וולטאיים מהאוטובוס DC במקרה של שריפה או אסון אחר, ולהבטיח את בטיחות הכבאים. MPPT-מוכר היטב לעוסקים בתעשיית הפוטו-וולטאים והוצג במאמרים קודמים. עם זאת, בניגוד למעגלי MPPT מרכזיים או מחרוזים מסורתיים, פונקציה זו בממירי מיקרו אינה דורשת בהכרח מעגל חיזוק; ניתן להשתמש גם במעגלים אחרים, כגון buck, full-bridge ו-flyback. זה נובע בעיקר מהמגוון של מעגלים במורד הזרם.

מיקרו-מהפך הוא התקן מהפך קטן המותקן ישירות מאחורי לוחות פוטו-וולטאיים בודדים או מספר קטן, וממיר את הספק ה-DC של הפאנל לרשת-מתח AC מחובר. היתרון המרכזי שלו טמון בפונקציית MPPT (Maximum Power Point Tracking) העצמאית שלו עבור כל פאנל, מקסום ייצור החשמל כאשר יש חוסר התאמה בין לוחות או הצללה חלקית. זה גם מגביל את מתח DC של המערכת לרמה נמוכה של<60 V, reducing the risk of fire and electric shock.

מבחינת מבנה המעגלים, ממירי-מיקרו התפתחו מרב-שלבי לשני-שלבי ולאחר מכן לשלב-יחיד [1]. כאשר חשמל מופק מפאנלים פוטו-וולטאיים ומחובר במקביל לרשת AC, ככל שפחות שלבי ההמרה, כך היעילות גבוהה יותר. מהפך מיקרו-רב- או דו-שלבי-. הוא מורכב משלב DC/DC קדמי-ושלב DC/AC-אחורי. לשלב DC/DC-הקדמי יש פונקציות MPPT והגברה, העלאת המתח למתח האוטובוס DC הנדרש להיפוך, והשלב האחורי DC/AC הפוך ומחובר לרשת.

שני-ממירי מיקרו-מהפך מחולקים לשני סוגים: מקור מתח ומקור זרם. סוג מקור המתח שולט במתח המוצא בצד AC. הפלט של שלב DC/DC הקודם הוא מתח DC יציב. עם סוג זה של מיקרו-מהפך, שלב DC/AC שלאחר מכן פועל בתדר גבוה. משתנה הבקרה העיקרי של מיקרו-מהפך מסוג מקור זרם הוא זרם. הפלט בצד ה-DC שלו אינו עוד DC יציב, אלא "גל לחמנייה מאודה" עם רכיב AC, כפי שמוצג באיור 4. מעגל המרת קוטביות תדר ההספק שלאחר מכן מפריד את גל הלחמנייה המאוד הזה ליציאות חיוביות ושליליות, ויוצר גל סינוס מחובר לרשת-. בהשוואה למיקרו-מהפך מסוג -מתח, סוג מקור זרם זה של מיקרו-מהפך מציע מתח מתח נמוך יותר של המכשיר ומבנה ובקרה פשוטים יותר, מה שהופך אותו לשימוש נרחב בדגמי מיקרו-אינברטר מיינסטרים נוכחיים.

גם למיקרו-ממירי מתח-מקור וגם-מקור זרם יש מעגל DC/AC, אבל סוג-הזרם דורש מעגל-תדר מתח, בעוד שסוג-המתח דורש מיתוג- בתדר גבוה. למעגל הנפתח יש מבנה פשוט, כאשר ה-MOSFET פועל בתדר הספק, וההפסדים העיקריים הם הפסדי הולכה. 600V-950V CoolMOS™ P7 ואפילו 1200V IGBT מתאימים ליישום זה. מעגל גשר מלא- הוא מהפך מקור- אופייני למתח, כאשר רגל אחת פועלת בתדר מתח והשנייה עוברת בתדר גבוה כדי להפחית את הרמוניות מתח המוצא. העיצוב האופטימלי כרוך באופן טבעי בבחירת MOSFETs שונים עבור שתי הרגליים בהתבסס על תנאי ההפעלה, אך קיים גם מגוון של 600V-950V CoolMOS™ P7s. כפי שניתן לראות מהטופולוגיה, למעגל הנפתח יכולות פיצוי הספק תגובתי מוגבלות עקב מאפייני המכשיר. מעגל מהפך הגשר המלא יכול לפעול בצורה דו-כיוונית, לספק יכולות פיצוי רב תגובתי, אך דורש מסנן LCL נוסף.