High Efficiency Single-Phase Transformer-less Inverter for Photovoltaic Applications

Photovoltaic (PV) inverters have a very important role in the energy market, therefore they must possess excellent characteristics regarding cost and reliability. The PV structure most often used in the conversion stage of solar energy system includes a Low Frequency Transformer (LFT) which provides galvanic isolation, but on the other hand reduces the overall efficiency and increases the total size and cost of the system. An alternative to reduce the size of the system and the losses, is to use a High Frequency Transformer (HFT), the problem in this case is that additional power stages must be included in the system. The additional stages increase the power losses in the conversion process, as a consequence the efficiency of the system is reduced. Therefore the tendency is to remove the transformer in order to increase the efficiency and reduce the cost. A security problem regarding common mode currents arise when the LFT or HFT is omitted. In this paper an inverter topology to deal with the problem of the common mode currents is proposed. Numerical results are performed in order to prove the performance of the topology regarding efficiency and Common Mode Voltage (CMV) issues.

ResumenLos inversores fotovoltaicos (FV) tienen un importante rol en el mercado de la energía debido a sus excelentes características en relación con el costo y la confiabilidad. La estructura más usada en la etapa de conversión de un sistema de energía solar incluye un transformador de baja frecuencia (TBF) el cual proporciona aislamiento galvánico, pero por otro lado reduce la eficiencia total e incrementa el tamaño y costo del sistema. Una alternativa para reducir el tamaño del sistema y las pérdidas de potencia es usar un transformador de alta frecuencia (TAF), el problema en este caso es que se deben usar algunas etapas de potencia adicionales. Las etapas adicionales introducen pérdidas de potencia en el proceso de conversión de la energía por lo que la eficiencia del sistema se reduce. Por lo tanto, la tendencia en la implementación de este tipo de equipos es remover el transformador para incrementar la eficiencia y reducir el costo. Sin embargo, cuando no se provee al sistema de aislamiento galvánico, surge un problema de seguridad relacionado con las corrientes parásitas de modo común. En este artículo se propone una topología de inversor para resolver el problema de las corrientes parásitas de modo común en sistemas FV sin transformador. Se proporcionan resultados de simulación con los cuales se hace un análisis relacionado con la eficiencia y el comportamiento del voltaje de modo común (VMC) para validar la topología propuesta.