Invertoare cu eficienţă ridicată

Problematica energetică ne obligă nu doar să căutăm noi surse de energie ci şi să minimizăm pierderile de energie. Va trebui să gândim cu grijă toate detaliile. Dacă până acum, fiind racordaţi la o reţea electroenergetică nu ne speriau câteva procente pierdute în lanţul generare-transport-consum, în perspectivă astfel de situaţii nu vor mai fi de conceput.

Fig. 1 - Invertor topologie
Când ne bazăm alimentarea gospodăriei sau a micii întreprinderi pe panouri solare sau pe turbine eoliene (sau chiar pe un grup electrogen) vom drămui fiecare watt. Într-o astfel de situaţie, între sursa de curent continuu (panoul de celule fotovoltaice, de exemplu) şi consumatorul de curent alternativ este interpus invertorul. Acest dispozitiv, prin faptul că transformă curentul continuu în curent alternativ, este cheia compatibilizării cu consumatorii electrici obişnuiţi (casnici sau industriali) sau cu reţeaua energetică de tip smartgrid (capabilă deci să preia, contra cost, surplusul de energie de la consumatorul dotat cu facilităţi electrogeneratoare). În mod firesc invertoarele deja constituie un element cheie pentru producătorii de echipamente şi instalaţii de captare a energiilor neconvenţionale.

Fig. 2 - PWM - doua nivele

Fig. 3 - PWM - trei nivele

Deşi tehnologia invertoarelor a tot evoluat în ultimele decenii, eficienţa lor nu a reuşit să depăşească 92-96%. În mod tipic, circuitul electric al unui invertor cuprinde o baterie de condensatoare (la intrare), un pachet de semiconductori cu comandă pe poartă (o punte de tiristori sau de MOSFETuri) controlaţi corespunzător (electronic sau chiar prin circuite digitale), iar la ieşire o bobină, necesară pentru a transforma pulsurile alternative geometrizate în curbă sinusoidală (sau în triada de curbe sinusoidale decalate simetric, în cazul circuitelor trifazate). (Indiferent că invertorul foloseşte modularea în durată/lăţime a pulsurilor generate (PWM) sau modularea în amplitudine (PAM), şi oricât de complexă ar fi schema/logica de control a deschiderii/închiderii tiristoarelor, forma de undă sintetizată la ieşire nu este sinusoidală, iar armonicele generate pot produce pierderi energetice şi probleme termice sau de compatibilitate electromagnetică.)

Fig. 4 - PWM - output

De curând specialiştii au identificat o pierdere de energie printr-un curent de retur de la bobină, şi au intercalate în acest circuit elemente adiţionale de control ritmic al fluxului (GTO), rezultatul fiind creşterea eficienţei energetic a invertorului până la 98-99%. Astfel de topologii de invertoare au început să fie patentate în lume (vezi HERIC/ Sunways), dar probabil că eforturile de cercetare vor continua, motivate de concurenţă şi de necesitatea creşterii eficienţei energetice (vizând perfecţionarea tiristoarelor, a topologiilor PWM, a minimizării armonicelor).

Mircea Băduţ  inginer, consultant CAD/IT