Analysis of transformerless single-phase inverters in PV grid-connected application

Photovoltaic (PV) systems are now widely integrated into the electric grid due to the growing need for renewable energy. Transformerless topologies have drawn interest among the various inverter layouts utilized in PV applications because of their increased efficiency, reduced cost, and small size. Nonetheless, a significant issue with transformerless systems is the creation of leakage current due to common-mode voltage fluctuations, which may compromise grid compliance and safety. This thesis focuses on the analysis and comparison of two transformerless single-phase inverter topologies that have been studied extensively: HERIC and H5 for PV grid-connected applications. The primary objective is to reduce leakage current by improving system performance and lowering common-mode voltage swings. Both topologies transitory states and switching behavior are carefully investigated. In the context of the H5 inverter, the effect of junction capacitance on transient behavior is also examined. Additionally, a modulation method is suggested to improve both inverter types reactive power capabilities, allowing them to function in non-unity power factor scenarios and guaranteeing adherence to contemporary grid requirements. The efficiency of the suggested strategies in lowering leakage current and enhancing inverter performance is validated by simulation results. The study's conclusions aid in the development of transformerless PV inverters that are safer and more effective for use in actual grid-connected applications.

Sistemi fotovoltaici (PV) sono ormai ampiamente integrati nella rete elettrica a causa della crescente necessità di energia rinnovabile. Le topologie senza trasformatore hanno suscitato interesse tra i vari layout di inverter utilizzati nelle applicazioni fotovoltaiche per la loro maggiore efficienza, il costo ridotto e le dimensioni contenute. Tuttavia, un problema significativo nei sistemi senza trasformatore è la generazione di corrente di dispersione dovuta alle fluttuazioni della tensione di modo comune, che può compromettere la conformità alla rete e la sicurezza. Questa tesi si concentra sull'analisi e il confronto di due topologie di inverter monofase senza trasformatore ampiamente studiate: HERIC e H5 per applicazioni fotovoltaiche connesse alla rete. L'obiettivo principale è ridurre la corrente di dispersione migliorando le prestazioni del sistema e riducendo le variazioni della tensione di modo comune. Gli stati transitori e il comportamento di commutazione di entrambe le topologie sono analizzati attentamente. Nel contesto dell'inverter H5, viene inoltre esaminato l'effetto della capacità di giunzione sul comportamento transitorio. Inoltre, viene proposta una tecnica di modulazione per migliorare la capacità di gestione della potenza reattiva di entrambi i tipi di inverter, consentendo il funzionamento in scenari con fattore di potenza non unitario e garantendo la conformità agli attuali requisiti di rete. L'efficacia delle strategie proposte nella riduzione della corrente di dispersione e nel miglioramento delle prestazioni degli inverter è convalidata dai risultati delle simulazioni. Le conclusioni dello studio contribuiscono allo sviluppo di inverter fotovoltaici senza trasformatore più sicuri ed efficienti per l'impiego in applicazioni reali connesse alla rete.