Oprócz funkcji konwersji DC-AC, falownik sieciowy solarny powinien również posiadać funkcję MPPT dla paneli słonecznych oraz różne funkcje ochronne. Zespół paneli słonecznych dostarcza energię do sieci elektrycznej poprzez falownik PWM generujący sinusoidę. Moc wysyłana z falownika sieciowego solarnego do sieci jest określana przez moc paneli słonecznych oraz lokalne warunki nasłonecznienia w danym czasie. Obecnie technologia falowników jest bardzo dojrzała, a główny obwód falownika przedstawiono na poniższym rysunku.
Obwód działania systemu fotowoltaicznego sieciowego przedstawiono na rysunku 2. Vp oznacza napięcie wyjściowe falownika sieciowego solarnego. Vu oznacza napięcie sieci. R oznacza rezystancję przewodu, a L oznacza reaktor szeregowy. Iz oznacza prąd zwrotny do sieci. Aby zapewnić, że współczynnik mocy prądu zwrotnego jest zawsze równy 1, faza prądu zwrotnego i napięcia sieci muszą być zgodne. Odnosząc się do napięcia sieci Vu, faza Iz i Vu powinna być zgodna. Napięcie VR, na zaciskach rezystancji wewnętrznej R, powinno być zgodne z napięciem sieci. Dodatkowo, faza napięcia VL, na zaciskach reaktora, jest opóźniona względem napięcia VR. Fazę i amplitudę VP można obliczyć ze wzoru:
Vp=Iz x (R + ωL) +Vu
W wzorze: ω oznacza częstotliwość kątową sieci energetycznej.
W rzeczywistym obwodzie falownika sieciowego solarnego faza, okres i amplituda Vu są wykrywane przez czujnik napięcia. Ponieważ trudno jest uzyskać wartość R w rzeczywistym systemie, faza prądu zwrotnego Iz jest uzyskiwana przez ujemne sprzężenie zwrotne prądu. Kąt fazowy prądu zwrotnego Iz jest wyznaczany na podstawie fazy sieci energetycznej. Iz jest okresowo wykrywany przez transformator prądowy, aby zapewnić zgodność Iz z napięciem sieci. W ten sposób można zrealizować sprzężenie zwrotne mocy z współczynnikiem mocy równym 1.
Mikroprocesor jest głównie używany do testowania rzeczywistej fazy napięcia, sprzężenia zwrotnego i kontroli fazy prądu, śledzenia maksymalnej mocy paneli słonecznych oraz śledzenia rzeczywistego sygnału PWM o przebiegu sinusoidalnym. Jego proces pracy jest następujący: Poprzez czujnik napięcia Halla, napięcie i faza sieci energetycznej są przesyłane do przetwornika A/D mikroprocesora. Następnie mikroprocesor porównuje fazę prądu zwrotnego z fazą napięcia sieci. Sygnał błędu jest korygowany przez regulator PID, a następnie przesyłany do modulatora szerokości impulsu (PWM). W ten sposób realizowany jest proces sprzężenia zwrotnego mocy z współczynnikiem mocy równym 1. Inną główną funkcją mikroprocesora jest realizacja maksymalnej mocy wyjściowej paneli słonecznych. Moc wyjściową paneli słonecznych można obliczyć, wykrywając osobno napięcie i prąd wyjściowy paneli za pomocą czujników napięcia i prądu, a następnie mnożąc te dwie wartości. Następnie obliczana jest wypełnienie sygnału PWM. W praktyce oznacza to regulację napięcia zwrotnego w celu uzyskania optymalnej maksymalnej mocy.
Na podstawie rysunku 2 można zauważyć, że gdy zmienia się amplituda Vp, kąt fazowy φ między prądem zwrotnym falownika sieciowego solarnego a napięciem sieci również się zmienia. Ponieważ realizowana jest regulacja fazy prądu zwrotnego, możliwa jest rozdzielna kontrola fazy i amplitudy, co upraszcza pracę mikroprocesora. Dodatkowo należy uwzględnić stan pracy systemu fotowoltaicznego sieciowego podczas braku zasilania. W typowym systemie sieciowym, gdy zasilanie sieci energetycznej zostaje przerwane, falownik sieciowy solarny przestaje działać.
Zasada działania: Gdy zasilanie sieci energetycznej zostaje przerwane, strona sieci pozostaje w stanie zwarcia. W tym momencie falownik sieciowy solarny uruchamia funkcję samodzielnej pracy z powodu problemu przeciążenia. Gdy mikroprocesor wykryje przeciążenie, zablokuje sygnał SPWM i wyzwoli wyłącznik obwodu połączony z siecią. Jeśli zespół paneli słonecznych może dostarczać energię, falownik sieciowy solarny będzie działał niezależnie, co jest łatwe do kontrolowania. Wystarczy znać stan ujemnego sprzężenia zwrotnego napięcia AC. Mikroprocesor wykryje napięcie wyjściowe falownika sieciowego solarnego i porówna je z napięciem odniesienia (zwykle 220V). Następnie będzie kontrolował wypełnienie sygnału PWM, aby zrealizować pracę falownika z odwróceniem i stabilnym napięciem.
Warunkiem zapewniającym stabilną pracę z napięciem jest to, że zespół paneli słonecznych może w danym momencie dostarczyć wystarczającą moc. Jeśli obciążenie jest zbyt duże lub warunki nasłonecznienia słabe, falownik sieciowy solarny nie będzie w stanie dostarczyć wystarczającej mocy, co spowoduje spadek napięcia na zaciskach paneli słonecznych. Wówczas napięcie wyjściowe AC również spadnie, co wywoła stan ochrony przed niskim napięciem. Gdy zasilanie sieci wróci do normy, system automatycznie przełączy się na tryb sprzężenia zwrotnego.
