Az utóbbi években a „zöld energia” iránti érdeklődés növekedését figyelhetjük meg. Egyre szaporodnak a szabadon rendelkezésre álló forrásokból történő energiakinyerést segítő alkalmazások, melyek között legnagyobb népszerűségnek a napelemes rendszerek örvendenek. Ezeknek az árai ugyanis már annyira kedvezővé váltak, hogy manapság szívesen telepítik őket akár hétvégi házakhoz és hobbikertekhez is. Ilyen rendszer telepítésekor tisztában kell lennünk az olyan energiaforrások specifikációival, mint amilyenek a napelem vagy a szélkerék. Figyelemmel kell lennünk azokra a kihívásokra is, melyekkel az ilyen forrásokból táplált berendezések megalkotóinak kell szembesülniük.

A szolár panel energiaforrásként történő használata nyűgös dolog, mert a panelből nyert elektromos áram teljesítménye függ a rá eső fény erősségétől. De nem csak ezért! Lényeges tényező lesz a terhelési áram is! Ilyen energiaforrás felhasználójaként az esetek többségében nem leszünk képesek garantálni sem az állandó fényerősséget, sem pedig az állandó terhelést/fogyasztást. A szokásos panelek fixen vannak telepítve – ritka megoldás, amikor a panelek a nap járását követő, forgó elemekre vannak szerelve. Ebből következik, hogy a napfény különböző, változó szögben vetül rá a panelre. Ezen túlmenően a napot még felhők is takarhatják. Hasonló a helyzet terhelési oldalon is – jellemzően az sem állandó, és az elektromos hálózat használóinak szükségletei szerint változik. Ilyen használati körülmények mellett a panelon nyerhető kapocsfeszültség is széles tartományban változni fog.

Normál esetben az elektromos hálózat használója elvárja, hogy a hálózat feszültsége legyen stabil és, hogy ne kelljen aggódnia annak fluktuációja miatt. Ha például a feszültség értéke 12 V DC, akkor elvárható, hogy az ingadozások kicsik legyenek, és legfeljebb a névleges érték 2–3%-át érhessék el. Mint említettük, a szabadon rendelkezésre álló energiaforrások ritkán képesek ilyen átviteli feltételek biztosítására, ezért közöttük és a felhasználó/fogyasztó között köztes berendezésként megfelelő módon megalkotott feszültségátalakító berendezéseket kell használni.

Másként, mint a tápfeszültség ellátásra rendeltetett „normál” DC/DC konverterek esetében, és a cél-applikációtól is függően, a megújuló energiákkal együttműködő feszültség-átalakítóknak az áramforrás „szeszélyeihez” megfelelően illesztett paraméterekkel kell rendelkezniük. Ezek közül legfontosabbak a széles bemeneti feszültségtartomány, a megfelelő bemeneti ellenállás, valamint a bemenet és kimenet közötti – szokásos esetben legalább néhány száz volt értéket elérő – átütési feszültség.

A „zöld energia” iránti növekvő kereslet növekedésének hatására, az ezen energia kinyerésére szolgáló berendezéseket és eszközöket ma már számos egymással konkuráló cég állítja elő. A szolárpanelek átlagos felhasználóit mindenek előtt a panelhez csatolt plug&play típusú kész modulok fogják érdekelni, ám az elektronikai konstruktőrök számára elsősorban a saját berendezésekbe beépíthető inverter-modulok lesznek érdekesek. Célirányos alkalmazási területek lehetnek a megvilágított útburkolati és/vagy közlekedési jelek, monitorozó berendezések vagy IoT hálózatokban működő rendszerek. A felsorolt alkalmazásokra megfelelő termékek közül érdemes kiemelni a kanadai Aimtec cég gyártmányait, melyek az egész világon elnyerték a konstruktőrök elismeréseit.

Az Aimtec egy globális vállalat, mely moduláris AC/DC és DC/DC tápellátó rendszerek megtervezésével és gyártásával foglalkozik, melyeket LED-tápegységekbe integrál. A cég központi székhelye Montreálban található, de számos irodájuk van Európában és Ázsiában is. Az Aimtec termékek főként az általuk biztosított unikális opciók valamint a kedvező minőség/érték arányuk miatt népszerűek.

Inverterek fotovoltaikus panelekhez (Szolárpanel inverterek)

Az Aimtec által gyártott szolárpanel inverterek elsősorban az 5–48 V DC egyenfeszültséggel működő berendezések tervezőit érdeklik. Természetesen semmi akadálya annak, hogy ilyen feszültséggel olyan akkumulátort töltsünk, amelyből aztán egy újabb inverter segítségével 230 V AC feszültség nyerhető majd, de ez a megoldás az energiaforrás hatékonyságának jelentős csökkenését fogja okozni.

Abból következően, hogy a szolárpanelek vagy a szélenergiával hajtott generátorok kapcsain fellépő feszültségnek hasonló paraméterei vannak, a cég mindkét említett energiaforrással történő együttműködtetésre kínálja a saját terméksorozatait. Cikkünkben az AM5W…AM200W inverter családokról írunk, melyeknél a az „AM” előtag utáni szám a kimeneten elérhető maximális, folyamatos teljesítményre utal. Ezután sorban, a gyártó nomenklatúrája szerint még meg vannak adva a következők: névleges bemeneti feszültség, kimeneti feszültség és a tokozás típusa. Így pl. az előbbiek alapján az AM15W-60015S-NZ jelölés egy olyan inverterre vonatkozik, melynek teljesítménye 15 W, kimeneti feszültsége 15 V DC, névleges bemeneti feszültsége max. 600 V DC, és egy nyomtatott áramkörre forrasztással rögzíthető tokozásban van elhelyezve. Az ilyen típusú tokozáson kívül kínálnak még csavarmenetes kapcsokkal, külső biztosítékkal és EMC (-ST) szűrővel ellátott, valamint TH/TS35 sínre szerelhető, biztosítékkal és EMC (-STD, -STS) szűrővel szerelt, illetve biztosíték nélküli modulokat is. A jelölések részleteinek jobb megismerése céljából érdemes a gyártó vagy a TME – mint termékforgalmazó – honlapjain megtalálható katalógus adatlapokat tanulmányozni.

Az OEM felhasználók legnagyobb érdeklődésének örvendenek az 5 W–40 W teljesítménytartományba eső, nyomtatott áramköri lemezre való ráforrasztásra tervezett, 70 mm × 48 mm × 23,5 mm-es tokozású inverterek. Nagyon fontos, hogy az ebből a családból kínált inverterek ugyanolyan méretű tokozásokban vannak elhelyezve, és a kivezetéseik elrendezését tekintve egymással kompatibilisek, ami lehetővé teszi az áramforrás funkcióinak bővítését a nyomtatott áramköri lemez változtatása nélkül. A nagyobb teljesítményű, 45 W és 200 W-os invertereknek open frame típusú tokozása/készülékháza van és ezek menetes kapcsok segítségével vannak hozzákötve a velük együtt üzemelő áramkörökhöz, amit minden bizonnyal nagyra értékelnek a szerelők és a szervizelő szakemberek. Itt érdemes megjegyezni, hogy a cég kisebb teljesítményű invertereket is (melyekről fentebb volt szó) kínál NYÁK lemezen kívülre szerelhető variánsokban, EMC szűrővel és csavarmenetes kapcsokkal.

A névleges bemeneti feszültség értéke típustól függően 200 V-tól 1500 V DC-ig terjed, és a tartomány nagyon széles, mert 10:1 a jellemző aránya. A kimeneti feszültség értéke nem változtatható, azt a gyártó állítja be a gyártás során. A különböző változatú inverter-sorozatokon belül legnagyobb választékot a 40 W-os teljesítményhatárig találunk. Ezek között 5, 9, 12, 15 és 24 V DC kimeneti feszültségű invertereket kínálnak. A 45 W teljesítményű inverternek kettő 15 V-os kimenete van, egy 200 W-os inverter pedig már 24 V DC vagy 48 V DC feszültséget szolgáltat. Az összes készülék üzemeltethető –40 °C-tól +70 °C-ig terjedő környezeti hőmérsékleten a használati paraméterek romlása nélkül. A legmagasabb energetikai hatásfok kb. 80%, ami a gyakorlati alkalmazás során csekély energiaveszteséget jelent és nincs szükség kényszerhűtésre.

Az összes tárgyalt termék megfelel a biztonsági szabványok által a szolárpanelekkel együtt üzemelő berendezésekkel szemben támasztott szigorú követelményeknek. Rendelkeznek CSA (CSA-C22.2 No.107.1-01), UL (1741) engedélyekkel, valamint az európai szabványoknak való megfelelőséget igazoló CE jelöléssel is. (A szabványok részletes felsorolása megtalálható mindegyik inverter katalógus-adatlapján.) A standard opciós védelmek sorába beletartoznak a túlfeszültség, kimeneti rövidzár, túlmelegedés és fordított polarizáció elleni védelmek.

Az inverter beindításához nincs szükség minimális terhelésre, maga a bekapcsolás terhelés nélküli körülmények mellett kevesebb mint 1 másodperc alatt bekövetkezik. A bement és kimeneti között átütési feszültség értéke az inverterek többsége esetében 4 kV.

Az invertereinek alapvető paraméterei a táblázat tartalmazza. A paraméterek részletes leírásai megtalálhatók a katalógus-adatlapokon.

1) CSP – Continous Shortcircuit Protection (rövidzár elleni védelem)
2) OCP – Over Current Protection (túláram elleni védelem)
3) OVP – Over Voltage Protection (túlfeszültség elleni védelem)
4) RPP – Reverse Polarity Protection (fordított polaritás elleni védelem)