Zusätzlich zur Gleichstrom-Wechselstrom-Umwandlungsfunktion verfügt der Solar-Netzwechselrichter auch über die MPPT-Funktion des Solarmodul-Arrays sowie verschiedene Schutzfunktionen. Das Solarmodul-Array liefert Energie über einen Sinus-PWM-Wechselrichter an das Stromnetz. Die vom Solar-Netzwechselrichter an das Stromnetz abgegebene Leistung wird durch die Leistung des Solarmodul-Arrays und die örtlichen Sonnenlichtbedingungen zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmt. Die Wechselrichtertechnologie ist mittlerweile sehr ausgereift, und der Hauptkreis des Wechselrichters ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Der Schaltkreis des Netzgekoppelten Solar-PV-Systems ist in Abbildung 2 dargestellt. Vp bezeichnet die Ausgangsspannung des Solar-Netzwechselrichters. Vu bezeichnet die Netzspannung. R steht für den Leitungswiderstand und L für den Serienreaktor. Iz ist der Strom, der zurück ins Netz eingespeist wird. Um sicherzustellen, dass der Leistungsfaktor des Rückspeisestroms immer 1 ist, müssen die Phasenlage des Rückspeisestroms und die Netzspannung übereinstimmen. Bezogen auf die Netzspannung Vu müssen daher die Phasen von Iz und Vu übereinstimmen. VR, die Spannung an den beiden Anschlüssen des Innenwiderstands R, muss mit der Netzspannung übereinstimmen. Außerdem ist die Phase von VL, der Spannung an den beiden Anschlüssen des Reaktors, gegenüber der Spannung VR phasenverschoben. Die Phase und Amplitude von VP können mit folgender Formel berechnet werden:
Vp=Iz × (R + ωL) + Vu
In der Formel: ω bezeichnet die Kreisfrequenz des Versorgungsnetzes.
Im tatsächlichen Schaltkreis des Solar-Netzwechselrichters werden Phase, Periode und Amplitude von Vu durch den Spannungssensor erfasst. Da es schwierig ist, den Wert von R im tatsächlichen System zu bestimmen, wird die Phase des Rückspeisestroms Iz durch negative Stromrückkopplung ermittelt. Der Phasenwinkel des Rückspeisestroms Iz wird unter Bezugnahme auf die Netzphasenlage berechnet. Iz wird regelmäßig vom Stromwandler erfasst, um sicherzustellen, dass Iz mit der Netzspannung übereinstimmt. Auf diese Weise kann die Rückspeisung mit einem Leistungsfaktor von 1 realisiert werden.
Der Mikroprozessor wird hauptsächlich verwendet, um die Echtzeit-Spannungsphase zu messen, die Rückkopplung zu steuern, die Stromphase zu regeln, die maximale Leistung des Solarmodul-Arrays zu verfolgen und das Echtzeit-Sinus-PWM-Signal zu überwachen. Sein Arbeitsprozess ist wie folgt: Über einen Hall-Spannungssensor werden Spannung und Phase des Versorgungsnetzes an den A/D-Wandler des Mikroprozessors gesendet. Anschließend vergleicht der Mikroprozessor die Phase des Rückspeisestroms mit der Netzspannungsphase. Das Fehlersignal wird durch einen PID-Regler angepasst und dann an den Pulsweitenmodulator (PWM) gesendet. So wird der Rückspeiseprozess mit einem Leistungsfaktor von 1 abgeschlossen. Eine weitere Hauptfunktion des Mikroprozessors ist die Realisierung der maximalen Leistungsausgabe des Solarmodul-Arrays. Die Ausgangsleistung des Solarmodul-Arrays wird durch die separate Erfassung von Ausgangsspannung und -strom mittels Spannungs- und Stromsensor ermittelt und anschließend multipliziert. Danach wird der PWM-Ausgangs-Duty-Cycle berechnet. Dies dient dazu, die Rückspeisespannung so anzupassen, dass die optimierte maximale Leistung erreicht wird.
Basierend auf Abbildung 2 lässt sich erkennen, dass sich bei Änderung der Amplitude von Vp auch der Phasenwinkel φ zwischen dem Rückspeisestrom des Solar-Netzwechselrichters und der Netzspannung ändert. Da die Rückkopplungssteuerung der Stromphase realisiert ist, wird eine Entkopplungssteuerung von Phase und Amplitude möglich, was den Arbeitsprozess des Mikroprozessors vereinfacht. Außerdem muss der Betriebszustand des netzgekoppelten Solar-PV-Systems bei Stromausfall berücksichtigt werden. In einem üblichen netzgekoppelten Solar-PV-System stoppt der Solar-Netzwechselrichter seine Arbeit, wenn die Stromversorgung des Versorgungsnetzes unterbrochen wird.
Arbeitsprinzip: Wenn die Stromversorgung des Versorgungsnetzes ausfällt, befindet sich die Netzseite im Kurzschlusszustand. In diesem Moment startet der Solar-Netzwechselrichter aufgrund von Überlastproblemen die Eigenproduktion. Wenn die Überlast vom Mikroprozessor erkannt wird, blockiert dieser das SPWM-Signal und löst den mit dem Stromnetz verbundenen Leistungsschalter aus. Wenn das Solarmodul-Array Energie liefern kann, arbeitet der Solar-Netzwechselrichter im Inselbetrieb, der leicht zu steuern ist. Es muss lediglich der negative Rückkopplungsstatus der Wechselspannung bekannt sein. Der Mikroprozessor erfasst die Ausgangsspannung des Solar-Netzwechselrichters und vergleicht sie mit der Referenzspannung (normalerweise 220 V). Anschließend steuert er den PWM-Ausgangs-Duty-Cycle, um den Wechselrichterbetrieb mit stabiler Spannung zu realisieren.
Voraussetzung für einen stabilen Spannungsbetrieb ist, dass das Solarmodul-Array zu diesem Zeitpunkt genügend Leistung bereitstellen kann. Ist die Last zu hoch oder die Sonneneinstrahlung schlecht, kann der Solar-Netzwechselrichter nicht genügend Leistung liefern, wodurch die Klemmenspannung des Solarmodul-Arrays sinkt. Dadurch verringert sich die Ausgangswechselspannung, was zu einer Unterspannungsschutzfunktion führt. Sobald die Stromversorgung des Netzes wieder normal ist, wechselt das System automatisch in den Rückspeisemodus.
