Αμφίδρομη Τοπολογία Ηλεκτρονικών Ισχύος Για Εφαρμογές Σε Κυψέλες Καυσίμου Αναστρέψιμης Λειτουργίας Και Συσσωρευτές

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη διατάξεων ηλεκτρονικών ισχύος που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συστήματα παραγωγής και αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας σε dc μορφή, όπως δηλαδή, τα συστήματα κυψελών καυσίμου και οι συσσωρευτές λιθίου - ιόντων πολυμερών, για διασύνδεση τους στο δίκτυο διανομής. Βασική αρχή λειτουργίας των κυψέλων καυσίμου είναι η μετατροπή της χημικής ενέργειας που περιλαμβάνεται σε καύσιμα (υδρογόνο, φυσικό αέριο, μεθανόλη, βενζίνη, κ.λπ....) άμεσα σε ηλεκτρική ισχύ. Με αυτόν τον τρόπο αποφεύγουμε τις ενδιάμεσες απώλειες που έχουν οι άλλοι τρόποι παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος. Επίσης, σημαντική λεπτομέρεια είναι και το ότι η αποδοτικότητα των κυψελών καυσίμου δεν περιορίζεται από τα όρια του Carnot που υποχρεωτικά ακολουθούν οι μηχανές καύσης. Οι εκπομπές των κυψέλων καυσίμου δεν συμπεριλαμβάνουν τα συνηθισμένα προϊόντα καύσης (SOx, CO, άλλα μόρια, και διάφοροι άκαυτοι ή μερικώς καμένοι υδρογονάνθρακες). Για την σύνδεση των κυψελών καυσίμου με το δίκτυο διανομής είναι απαραίτητη η χρήση διατάξεων ηλεκτρονικών ισχύος. Συγκεκριμένα, παρουσιάζεται και αναλύεται ένα σύστημα ηλεκτρονικών ισχύος που περιλαμβάνει έναν αμφίπλευρο dc-dc μετατροπέα με συζευγμένα πηνία και μία βαθμίδα υψηλής συχνότητας dc-ac-ac αμφίπλευρης ροής ισχύος, η οποία αποτελείται από ένα ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών αντιστροφέα και έναν ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών κυκλομετατροπέα. Το σύστημα αυτό μπορεί να λειτουργήσει, τόσο στη φάση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από την κυψέλη προς το φορτίο, ή προς το δίκτυο, όσο και στη φάση παραγωγής υδρογόνου στην κυψέλη υδρογόνου αναστρέψιμης λειτουργίας, οπότε η κυψέλη λειτουργεί σαν συσκευή ηλεκτρόλυσης.