Advanced Control Strategies to Enable a More Wide-Scale Adoption of Single-Phase Photovoltaic Systems

Installationen af solcelle (PV) - systemer, herunder nettilsluttede solcelleanlæg, har oplevet en markant stigning i de seneste årtier. I det fremtidige elnet forventes endog mere PV kapacitet og disse systemer skal være både intelligent og fleksible. Dette voksende kapacitets scenarie rejser også bekymringer om tilgængelighed, kvalitet og pålidelighed af hele elnettet. Derfor er net-tilslutnings standarderne løbende blevet revideret for at muliggøre endnu mere PV energi til elnettet. Hjælpefunktioner, som i første omgang har været krævet til vindkraftsystemer, fx fejl ved spændingsdyk og normalt net støtte, forventes også at blive anvendt i solcelleanlæg i fremtiden. Hertil kommer at høj effektivitet og høj pålidelighed altid er vigtig for solcelleanlæg for at kunne reducere prisen på den producerede energi. Begge mål kan realiseres ved nye avancerede styre strategier for solcelleanlæg, som baserer sig på effektelektronik. I lyset af disse udfordringer, har Ph.D. projektet undersøgt og evalueret den næste generation af transformerløs invertere til en-fasede nettilsluttede solcelleanlæg, og har foreslået nye avancerede kontrol- strategier til at forbedre PV udbredelsen med reducerede omkostninger til energien. Arbejdet i afhandlingen omfatter primært to dele: 1) Modellering og evaluering af en-fasede solcelleanlæg og 2) Avancerede kontrol strategier for en-fasede
solcellesystemer.
Den første del, som er beskrevet i kapitel 2 og kapitel 3, omhandler beskriver modellene af de mest lovende transformerløse PV omformere (PV moduler, invertere, og filtre). Derefter er der foretaget en grundig evaluering af disse topologier i form af effektivitet, pålidelighed, lækstrøm, og reaktiv effekt kapacitet i kapitel 3. Desuden er der foretaget en tværfaglig vurdering af de forskellige funktioner i forbindelse med estimering af energiproduktion og levetid forudsigelse baseret på solcelle systemernes mission profiler (f. eks. solstråling og rumtemperatur). Detektion og synkronisering af net-tilslutningen er også diskuteret i kapitel 2, da de er af betydning for kontrol af en-fasede systemer både i normal drift med maksimal power point tracking og under netfejl.
Avancerede kontrol- strategier som vil være i stand til at sikre en fleksibel, pålidelig og effektiv effekt konvertering fra solcelleanlæg i forskellige driftstilstande er blevet foreslået og gennemført i kapitel 4 til kapitel 6. Den første diskuterede kontrol strategi omhandler styring under lav spænding af en-fasede solcelleanlæg, og som kan bidrage til el-nettets spændings-stabilitet og reduktion af energitabet under denne fejl. Derefter er der foreslået en konstant el-produktion kontrol (reduceret power kontrol) strategi i kapitel 5 med det formål at acceptere mere PV energi uden at overstige el-distributions nettets kapacitet. Andre fordele ved konstant el-produktion kontrol er også blevet undersøgt f. eks. at levetiden forøges. Endelig er termisk optimerede styringsstrategier diskuteret med henblik på at forbedre pålideligheden af PV invertere, og dermed kan forventes en forlænget levetid på hele systemet.
I dette projekt er det konkluderet at udbredelsen af solcelleanlæg vil blive meget højere i fremtiden i forbindelse med at efterspørgslen af mere ren el-produktion er stigende, hvilket samtidig fører til en videreudvikling af eksisterende net-standarder. De præsenterede resultater viser, at de nye foreslåede avancerede kontrolstrategier kan understøtte væksten i effektelektronik baserede solcellesystemer. Det forventes, at resultatet af dette arbejde giver et bidrag til udvikling og implementering af nye en-fasede net standarder vedrørende PV tilslutning til nettet og samt implementering af nye kontrol strategier. Endelig vil en sådan mere storstilet udbredelse af PV energi medføre en yderligere reduktion of energi-prisen for solenergi.