Uniwersalne konwertery DC-DC o szerokim zakresie napięcia wejściowego

Piątek, 14 lutego 2020 | Technika

Producenci modułów fotowoltaicznych (PV) nieustannie tworzą coraz bardziej wydajne panele słoneczne na bazie nowych rozwiązań technologicznych oraz lepszych materiałów. Usprawnienia dotyczą też wielu komponentów pomocniczych tworzących instalację foltowoltaiczną, a przykładem mogą być modułowe konwertery DC-DC. Do takich zastosowań kierowana jest nowa seria przetwornic firmy Aimtec, których właściwości zostaną zaprezentowane w tym artykule.

Uniwersalne konwertery DC-DC o szerokim zakresie napięcia wejściowego

Przetwornice DC-DC z serii AM10-/15/40/45/200-NZ firmy Aimtec pozwalają na zasilanie napięciem stałym o wyjątkowo szerokim zakresie od 200 do 1500 V i mają o 1,5–2% lepszą sprawność w porównaniu z innymi produktami tego typu zdolnymi do przetwarzania napięcia 1000 V_DC dostępnymi obecnie na rynku. Co więcej, umożliwiają one stworzenie prostego, taniego i mniejszego gabarytowo systemu przetwarzania pozyskiwanej energii słonecznej. Jest to możliwe dzięki ich innowacyjnej budowie oraz łatwej i bezproblemowej integracji w ramach systemu. Szeroki zakres napięć wejściowych ma duże znaczenie dla poprawnej pracy z panelem PV, bo w zależności od oświetlenia ich napięcie wyjściowe zmienia się w szerokich granicach.

Obecnie systemy PV są projektowane w oparciu o model konwersji energii wykorzystujący maksymalne napięcie wejściowe 1000 V_DC – czyli o 33% niższe niż wartość 1500 V_DC obsługiwana przez nowe rozwiązania firmy Aimtec. Badania wykonane przez firmę GTM wykazały, że im systemy konwersji pracują przy wyższym napięciu, tym sprawność jest większa. Podniesienie napięcia z 1000 do 1500 V daje zysk na sprawności 1,5–2%. Wynikiem tych badań jest dalszy rozwój elektroniki konwerterów i poszerzenie zakresu ich napięć wejściowych.

Seria AM10/15/40-800xxS-NZ

Przetwornice DC-DC z serii AM10-/15/40-800xxS-NZ to unikatowe w skali rynku produkty zapewniające zakres napięcia wejściowego od 200 do 1500 VDC, izolację galwaniczną wejście wyjście 4000 VAC oraz mają wbudowane kompleksowy zestaw funkcji ochronnych, które są przydatne podczas pracy nie tylko w systemach fotowoltaicznych, ale także w innych zastosowaniach wymagających stabilnego i niezawodnego źródła zasilania (np. turbinach wiatrowych).

Cechy wyróżniające te konwertery spośród innych komponentów tego typu to:

wyjątkowo szeroki zakres dopuszczalnego napięcia wejściowego: od 200 do 1500 V_DC,
moc wyjściowa 10, 15, 40 W w zależności od wersji
standardowe napięcie wyjściowe: 5, 12, 15 i 24 V (w zależności od wykonania), wyjście izolowane galwanicznie,
małe wymiary, kompaktowa konstrukcja,
pełny komplet zabezpieczeń: podnapięciowe na wejściu, przed odwrotną polaryzacją, nadprądowe na wyjściu, zabezpieczenie przed zwarciem, nadnapięciowe,
duża niezawodność podczas pracy w trudnych warunkach środowiskowych,
przemysłowy zakres dopuszczalnych temperatur pracy: –40…+70°C,
duża sprawność, mały poziom tętnień i zakłóceń na wyjściu,
certyfikacja EN62109, produkt w oczekiwaniu na certyfikację UL508,
montaż na płytce PCB, możliwość montażu na szynie DIN.

Konwertery bazują na topologii zaporowej konwersji (flyback) ze sterowaniem PWM. Obsługa wysokiego napięcia wejściowego jest możliwa dzięki dwóm połączonym szeregowo tranzystorom kluczującym.

Przykładowe zastosowanie

Proste zastosowanie przetwornicy DC-DC z serii AM10/15/40-800xxS-NZ w systemie PV do zasilania jednostki monitorującej skrzynkę łączeniową w instalacji PV pokazano na rysunku 1.

Rys. 1. Schemat systemu zasilania w jednostce monitorującej skrzynkę łączeniową w instalacji PV

W przypadku typowej jednostki monitorującej skrzynkę łączeniową w instalacji paneli słonecznych przetwornica DC-DC AM1DS-0505SH30-NZ zasila czujnik Halla i zapewnia izolację. Z kolei M2LS-0503S-NZ dostarcza izolowanego napięcia 3,3 V dla mikrokontrolera, a AMSRI-7805 zasila transceiver RS-485, umożliwiając realizację izolowanej galwanicznie transmisji szeregowej, co zmniejsza zakłócenia elektromagnetyczne i zapobiega zakłóceniom wynikającym z pętli uziemienia. To rozwiązanie jest funkcjonalne, a także gwarantuje bezpieczeństwo na najwyższym poziomie.

Zasilanie jednostki monitorującej falownik w instalacji PV

Skrzynka łączeniowa instalacji PV sumuje prąd z macierzy paneli fotowoltaicznych, który następnie przechodzi przez szafkę elektryczną DC i jest przekształcany na napięcie przemienne w falowniku. Ten proces musi być monitorowany, aby była pewność, że napięcie wyjściowe spełnia wymagania dla sieci energetycznych. Typowa realizacja pokazana jest na rysunku 2. AM10/15.40W-800-NZ ma wejście dołączone do szyny wysokonapięciowej i dostarcza na wyjściu 24 V_DC. Następnie AMSRI-7805-NZ i AMSRI-7815-NZ dokonują dalszej konwersji z wysoką sprawnością dla dalszych układów. AM2LS-0503S-NZ dostarcza izolowane napięcie DC do mikrokontrolera.