Inverter termasuk dalam kelompok besar konverter statis, yang mencakup banyak perangkat yang ada saat ini.'perangkat yang mampu“mengubah”parameter listrik pada input, seperti tegangan dan frekuensi, sehingga menghasilkan output yang sesuai dengan kebutuhan beban.

Secara umum, inverter adalah perangkat yang mampu mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik dan cukup umum digunakan dalam aplikasi otomatisasi industri dan penggerak listrik. Arsitektur dan desain berbagai jenis inverter berbeda-beda sesuai dengan aplikasi spesifiknya, meskipun inti dari tujuan utamanya tetap sama (konversi DC ke AC).

1. Inverter Mandiri dan Terhubung ke Jaringan Listrik

Inverter yang digunakan dalam aplikasi fotovoltaik secara historis terbagi menjadi dua kategori utama:

:Inverter mandiri

:Inverter yang terhubung ke jaringan listrik

Inverter mandiri digunakan untuk aplikasi di mana pembangkit listrik tenaga surya (PV) tidak terhubung ke jaringan distribusi energi utama. Inverter ini mampu memasok energi listrik ke beban yang terhubung, memastikan stabilitas parameter listrik utama (tegangan dan frekuensi). Hal ini menjaga parameter tersebut dalam batas yang telah ditentukan, dan mampu menahan situasi kelebihan beban sementara. Dalam situasi ini, inverter dipasangkan dengan sistem penyimpanan baterai untuk memastikan pasokan energi yang konsisten.

Sebaliknya, inverter yang terhubung ke jaringan listrik mampu melakukan sinkronisasi dengan jaringan listrik tempat mereka terhubung karena, dalam hal ini, tegangan dan frekuensi“dikenakan”oleh jaringan listrik utama. Inverter ini harus mampu memutuskan aliran listrik jika jaringan listrik utama mengalami kegagalan untuk menghindari kemungkinan aliran balik ke jaringan listrik utama, yang dapat menimbulkan bahaya serius.

Gambar 1 - Contoh sistem mandiri dan sistem terhubung jaringan. Gambar milik Biblus.

2. Apa Peran Kapasitor Bus?

Tujuan dari inverter adalah untuk mengubah tegangan gelombang DC menjadi sinyal AC agar dapat menyalurkan daya ke beban (misalnya jaringan listrik) pada frekuensi tertentu dan dengan sudut fasa kecil (φ ≈0). Rangkaian sederhana untuk Modulasi Lebar Pulsa (PWM) unipolar satu fasa ditunjukkan pada Gambar.2 (Skema umum yang sama dapat diperluas ke sistem tiga fasa). Dalam skema ini, sistem PV, yang bertindak sebagai sumber tegangan DC dengan induktansi sumber tertentu, dibentuk menjadi sinyal AC melalui empat sakelar IGBT yang diparalelkan dengan dioda freewheeling. Sakelar-sakelar ini dikontrol pada gerbang melalui sinyal PWM, yang biasanya merupakan keluaran dari IC yang membandingkan gelombang pembawa (biasanya gelombang sinus dengan frekuensi keluaran yang diinginkan) dan gelombang referensi pada frekuensi yang jauh lebih tinggi (biasanya gelombang segitiga pada 5-20 kHz). Keluaran IGBT dibentuk menjadi sinyal AC yang cocok untuk digunakan atau diinjeksikan ke jaringan listrik melalui penerapan berbagai topologi filter LC.

Dapatkan Penawaran

Gambar 2: Modulasi Lebar Pulsa (PWM) satu fasaPengaturan inverter. Sakelar IGBT, bersama dengan filter keluaran LC, membentuk sinyal masukan DC menjadi sinyal AC yang dapat digunakan. Hal ini menginduksiRiak tegangan yang merusak di seluruh terminal PV. BusKapasitor dirancang sedemikian rupa untuk mengurangi riak ini.

Pengoperasian IGBT menimbulkan tegangan riak pada terminal susunan PV. Riak ini merugikan pengoperasian sistem PV, karena tegangan nominal yang diterapkan pada terminal harus dipertahankan pada titik daya maksimum (MPP) kurva IV agar dapat mengekstrak daya paling banyak. Riak tegangan pada terminal PV akan menyebabkan daya yang diekstraksi dari sistem berosilasi, sehingga mengakibatkan

keluaran daya rata-rata yang lebih rendah (Gambar 3). Sebuah kapasitor ditambahkan ke bus untuk menghaluskan riak tegangan.

Gambar 3: Riak tegangan yang ditimbulkan pada terminal PV oleh skema inverter PWM menggeser tegangan yang diberikan dari titik daya maksimum (MPP) dari susunan PV. Hal ini menimbulkan riak pada daya keluaran susunan sehingga daya keluaran rata-rata lebih rendah daripada MPP nominal.

Amplitudo (puncak ke puncak) riak tegangan ditentukan oleh frekuensi switching, tegangan PV, kapasitansi bus, dan induktansi filter sesuai dengan:

Di mana:

VPV adalah tegangan DC panel surya,

Cbus adalah kapasitansi kapasitor bus,

L adalah induktansi dari induktor filter,

fPWM adalah frekuensi switching.

Persamaan (1) berlaku untuk kapasitor ideal yang mencegah muatan mengalir melalui kapasitor selama pengisian dan kemudian melepaskan energi yang terletak di medan listrik tanpa hambatan. Pada kenyataannya, tidak ada kapasitor yang ideal (Gambar 4) tetapi terdiri dari beberapa elemen. Selain kapasitansi ideal, dielektrik tidak sepenuhnya resistif dan arus bocor kecil mengalir dari anoda ke katoda melalui hambatan shunt terbatas (Rsh), melewati kapasitansi dielektrik (C). Ketika arus mengalir melalui kapasitor, pin, foil, dan dielektrik tidak sepenuhnya konduktif dan terdapat hambatan seri ekivalen (ESR) yang seri dengan kapasitansi. Terakhir, kapasitor menyimpan sebagian energi dalam medan magnet, sehingga terdapat induktansi seri ekivalen (ESL) yang seri dengan kapasitansi dan ESR.

Gambar 4: Rangkaian ekivalen kapasitor umum. Sebuah kapasitor adalahterdiri dari banyak elemen non-ideal, termasuk kapasitansi dielektrik (C), resistansi shunt non-tak terbatas melalui dielektrik yang melewati kapasitor, resistansi seri (ESR), dan induktansi seri (ESL).

Bahkan pada komponen yang tampaknya sederhana seperti kapasitor, terdapat banyak elemen yang dapat gagal atau mengalami degradasi. Masing-masing elemen ini dapat memengaruhi perilaku inverter, baik pada sisi AC maupun DC. Untuk menentukan efek degradasi komponen kapasitor non-ideal terhadap riak tegangan yang ditimbulkan pada terminal PV, sebuah inverter H-bridge unipolar PWM (Gambar 2) disimulasikan menggunakan SPICE. Kapasitor dan induktor filter masing-masing dipertahankan pada 250µF dan 20mH. Model SPICE untuk IGBT diturunkan dari karya Petrie dkk. Sinyal PWM, yang mengontrol sakelar IGBT, ditentukan oleh rangkaian komparator dan komparator pembalik untuk sakelar IGBT sisi tinggi dan rendah. Input untuk kontrol PWM adalah gelombang pembawa sinus 9,5V, 60Hz dan gelombang segitiga 10V, 10kHz.