Μελέτη και κατασκευή μετατροπέα για τη σύνδεση φωτοβολταϊκού συστήματος με το δίκτυο χαμηλής τάσης

• Κύριος συγγραφέας: Ορφανός, Βασίλειος
• Άλλοι συγγραφείς: Τατάκης, Εμμανουήλ
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2016
• Θέματα: Αντιστροφέας Buck-Boost; Δίκτυο χαμηλής τάσης; Φωτοβολταϊκά συστήματα; 621.381 532 2; Buck-Boost inverter; Low-voltage grid; Photovoltaic systems

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το σχεδιασμό και την κατασκευή διάταξης σύνδεσης φωτοβολταϊκού συστήματος με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η κατασκευή ενός αντιστροφέα, χωρίς την παρουσία μετασχηματιστή, τοπολογίας Buck-Boost. Η παραπάνω τοπολογία προορίζεται για τη σύνδεση μιας φωτοβολταϊκής γεννήτριας με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Γίνεται θεωρητική ανάλυση του μετατροπέα και προσομοιώσεις με βάση τον έλεγχο που θα παρουσιαστεί στη συνέχεια, όπως περιγράφεται παρακάτω. Τέλος, λαμβάνουν χώρα πειράματα, θεωρώντας την περίπτωση που στην έξοδο του μετατροπέα έχει συνδεθεί ωμικό φορτίο. Αρχικά, αναλύεται η λειτουργία του φωτοβολταϊκού κυττάρου και γίνεται μια μικρή κατηγοριοποίηση των φωτοβολταϊκών πλαισίων με βάση συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Επίσης, αναφέρονται διάφοροι τρόποι διασύνδεσής τους με το δίκτυο. Στη συνέχεια, αναλύεται η λειτουργία του μετατροπέα. Συγκεκριμένα, γίνεται ανάλυση με βάση το χρονικό διάστημα που άγει κάθε ημιαγωγικό στοιχείο μέσα σε μια διακοπτική περίοδο και παρουσιάζονται οι εξίσωσεις στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι ελέγχου όσον αφορά με το συγκεκριμένο μετατροπέα. Στο επόμενο στάδιο λοιπόν μελετάται μια πρώτη υποψήφια μέθοδος ελέγχου (μέθοδος PWM βασισμένη σε ιδανικά στοιχεία), η οποία παρουσιάζεται αναλυτικά. Για την παραπάνω μέθοδο παρουσιάζονται και τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις προσομοιώσεις τόσο για ωμικό φορτίο στην έξοδο όσο και σε σύνδεση με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν με τη βοήθεια του λογισμικού Simulink του Matlab. Πριν το στάδιο της κατασκευής έγινε η επιλογή της τεχνικής ελέγχου που θα εφαρμοστεί (μέθοδος PWM με έλεγχο τάσης εξόδου μέσω PI ελεγκτή). Για τον έλεγχο αυτόν, παρουσιάζονται οι προσομοιώσεις και παρατίθενται και κάποια συμπεράσματα σχετικά με τα αποτελέσματα που προκύπτουν. Τέλος κατασκευάζεται η πειραματική διάταξη για να λάβουν χώρα οι πειραματικές μετρήσεις, ώστε τα προκύπτοντα αποτελέσματα να συγκριθούν με τα θεωρητικά, για να διερευνηθεί εάν συμβαδίζουν ή σε διαφορετική περίπτωση να εντοπιστούν και να αιτιολογηθούν τυχόν διαφορές μεταξύ τους. Επίσης, εκτιμάται η απόδοση του συστήματος.