Прекидачи напајања (SMPS) су фундаментални за откључавање потенцијала соларних фотонапонских (PV) система, првенствено због своје изузетне ефикасности и флексибилних могућности конверзије напона. За разлику од мање ефикасних линеарних регулатора, SMPS брзо укључују и искључују транзисторе енергетске електронике (као што су MOSFET-ови или IGBT-ови) на високим фреквенцијама (kHz до MHz).

Основни принцип и соларна релевантност:

Ово високофреквентно прекидање ствара импулсни једносмерни напон. Контролисањем прекидача радни циклус (однос времена укључености и времена искључења), просечан излазни напон или струја могу се прецизно регулисати. Овај импулсни напон се затим изглађује у стабилан једносмерни излаз помоћу индукторa, кондензатора и трансформатора. Кључно је да се минимална енергија расипа као топлота током преклопних транзиција, што омогућава ефикасност која често прелази 90-95%. Ово је од највеће важности у соларним применама где је максимално извлачење енергије из скупих панела критично.

Кључне примене у соларној енергији:

1. Контролери пуњења са праћењем максималне снаге (MPPT): Ово је најкритичнија примена. Излаз соларног панела (напон x струја) значајно варира у зависности од интензитета сунчеве светлости и температуре. MPPT алгоритам континуирано проналази оптималну радну тачку панела (тачку максималне снаге - MPP). DC-DC конвертор базиран на SMPS-у делује као радна снага. Он динамички подешава свој ефективни улазни отпор променом свог радног циклуса, приморавајући панеле да раде на MPP напону. Истовремено, ефикасно конвертује овај улазни напон у прецизан напон потребан за пуњење батерије (нпр. снижавање напона панела од 30-40 V на напон батерије од 12 V или 24 V). Висока ефикасност SMPS-а обезбеђује минималан губитак енергије током овог кључног корака конверзије и оптимизације.

2. DC-DC оптимизатори (модуларна енергетска електроника - MLPE): Прикључени на појединачне соларне панеле, ови уређаји садрже SMPS. Они обављају MPPT за сваки панел независно, ублажавајући негативан утицај сенчења или неусклађености између панела у низу. Такође, они претварају променљиви једносмерни излаз панела у стандардизовани, оптимизовани једносмерни напон за улаз у централни инвертор, повећавајући укупни принос система.

3. Инвертори повезани на мрежу (DC-AC фаза): Иако је коначни излаз наизменична струја, почетна фаза у оквиру мрежног инвертора укључује високоефикасну DC-DC конверзију коришћењем SMPS технологије. Ова фаза често појачава релативно низак DC напон из низа или оптимизатора (нпр. 200-600V) на много виши DC напон (нпр. 600-800V). Овај виши DC напон је неопходан да би следећа фаза инвертора ефикасно синтетизовала AC напон компатибилан са мрежом. Ефикасност SMPS-а директно утиче на укупну ефикасност конверзије инвертора.

У суштини, висока ефикасност, прецизна управљивост и могућност двосмерне конверзије напона (појачавање/смањивање или смањење/смањивање) прекидачких напајања чине их неопходним за максимизирање прихода од енергије, омогућавање паметне MPPT контроле, интеграцију са батеријама и олакшавање ефикасног повезивања на мрежу у оквиру модерних система соларне енергије.