Photovoltaic cell energy transfer system using series connected bidirectional resonant converters

โดย วีระพงศ์ วงศ์ใหญ่

ปี 2562

บทคัดย่อ

ปัจจุบันการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากโซลาร์เซลล์ได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้น และมีการส่งเสริมให้ติดตั้งตามที่พักอาศัยเพื่อเป็นพลังงานทดแทนร่วมกับระบบเก็บสะสมพลังงานไว้ในแบตเตอรี่ เพื่อใช้เป็นระบบไฟฟ้าสำรอง และเนื่องจากคอนเวอร์เตอร์ที่ใช้โดยทั่วไปมักจะเกิดความสูญเสียกำลังไฟฟ้า โดยจะเกิดในช่วงระหว่างการสวิตช์ ทำให้ประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากโซลาร์เซลล์ค่อนข้างต่ำ ซึ่งสามารถลดการเกิดค่าความสูญเสียนี้ได้โดยใช้เทคนิคการสวิตช์แบบแรงดันศูนย์ นอกจากนี้ระบบไฟฟ้าที่ใช้ตามที่พักอาศัยโดยทั่วไปจะมีแรงดัน 220 โวลต์ ซึ่งสูงกว่าพิกัดแรงดันของแบตเตอรี่ ดังนั้นการนำพลังงานจากแบตเตอรี่มาใช้จะต้องเพิ่มระดับแรงดันให้สูงขึ้น

วิทยานิพนธ์นี้จึงนำเสนอระบบการถ่ายเทพลังงานจากโซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่ และระบบกริดอินเวอร์เตอร์ โดยใช้ชุดวงจรคอนเวอร์เตอร์เรโซแนนท์แบบสองทิศทางนามาต่ออนุกรมจำนวน 2 ชุด เพื่อศึกษาการเพิ่มระดับแรงดันและการควบคุมแรงดันด้านเข้าของระบบกริดอินเวอร์เตอร์ให้มีค่าพลังงานคงที่ด้วยวิธีการปรับค่าวัฏจักรการทำงานและความถี่ ซึ่งผลที่ได้จากการศึกษาวิเคราะห์การทำงานของวงจรคอนเวอร์เตอร์เรโซแนนท์แบบสองทิศทางด้วยการจำลองโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ เพื่อนำข้อมูลที่ได้ไปทำการทดสอบจริง

ผลจากการทดสอบจริงจะเห็นได้ว่าการปรับค่าวัฏจักรการทำงานร้อยละ 50 วัดแรงดันด้านเข้าของระบบกริดอินเวอร์เตอร์ได้ 48.2 โวลต์ เมื่อปรับค่าวัฏจักรการทางานร้อยละ 10 จะสามารถเพิ่มแรงดันด้านเข้าของระบบกริดอินเวอร์เตอร์ได้ ซึ่งวัดแรงดันได้เท่ากับ 150.4 โวลต์ และสามารถควบคุมวงจรคอนเวอร์เตอร์ให้ทำงานในย่านที่เหมาะสมได้ โดยสวิตช์เป็นแบบนำกระแสขณะที่แรงดันเป็นศูนย์ ทำให้ค่าความสูญเสียที่เกิดขึ้นจากการสวิตช์นี้มีค่าเป็นศูนย์ เป็นผลให้วงจรคอนเวอร์เตอร์เรโซแนนท์แบบสองทิศทางสามารถถ่ายเทพลังงานและควบคุมแรงดันด้านเข้าระบบกริดอินเวอร์เตอร์ตามต้องการได้

ABSTRACT

The use of solar-powered panels for electricity generation as a renewable energy option is increasing. Thus, solar-powered panels and batteries were installed in more residences. Using normal converters, the efficiency of the solar panels were usually reduced because of a switching loss; however, a zero-voltage switching system could be used to reduce the loss. For domestic use, the supply voltage was 220V that was higher than the rated voltage of the solar batteries so the battery voltage needed to be increased.

This thesis introduced an energy transfer system using a series connected bidirectional resonant converter for a photovoltaic module including solar-powered panels, a battery, and a grid tie inverter. The purpose of the study was to investigate the use of asymmetrical duty cycle control and frequency control techniques in increasing and controlling input voltage of the grid tie inverter in order to obtain the desired voltage. The performance of the bidirectional resonant converter was analyzed using a simulation program before the experiment.

It was found that the input voltage of the grid inverter was 48.2 V when the asymmetrical duty cycle was adjusted by 50 percent. While the input voltage of the grid inverter was 150.4 V when the asymmetrical duty cycle was adjusted by 10 percent. Moreover, the converter circuit was controlled and worked in a suitable frequency range when the zero voltage switch mode was operated. This resulted in no switching losses. Therefore, the bidirectional resonant converter could transfer the energy and control the input voltage of the grid inverter to the desired level.

Download : Photovoltaic cell energy transfer system using series connected bidirectional resonant converters