I. 引言/摘要
由于對(duì)可再生能源的需求，太陽(yáng)能逆變器 (光電逆變器) 的市場(chǎng)正在不斷增長(zhǎng)。而這些逆變器需要極高的效率和可靠性。本文對(duì)這些逆變器中采用的功率電路進(jìn)行了考察，并推薦了針對(duì)開(kāi)關(guān)和整流器件的最佳選擇。
光電逆變器的一般結(jié)構(gòu)如圖1所示，有三種不同的逆變器可供選擇。太陽(yáng)光照射在通過(guò)串聯(lián)方式連接的太陽(yáng)能模塊上，每一個(gè)模塊都包含了一組串聯(lián)的太陽(yáng)能電池 (Solar Cell)單元。太陽(yáng)能模塊產(chǎn)生的直流 (DC) 電壓在幾百伏的數(shù)量級(jí)，具體數(shù)值根據(jù)模塊陣列的光照條件、電池的溫度及串聯(lián)模塊的數(shù)量而定。
這類逆變器的首要功能是把輸入的 DC電壓轉(zhuǎn)換為一穩(wěn)定的值。該功能通過(guò)升壓轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，并需要升壓開(kāi)關(guān)和升壓二極管。
在第一種結(jié)構(gòu)中，升壓級(jí)之后是一個(gè)隔離的全橋變換器。全橋變壓器的作用是提供隔離。輸出上的第二個(gè)全橋變換器是用來(lái)從第一級(jí)的全橋變換器的直流DC變換成交流 (AC) 電壓。其輸出再經(jīng)由額外的雙觸點(diǎn)繼電器開(kāi)關(guān)連接到AC電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之前被濾波，目的是在故障事件中提供安全隔離及在夜間與供電電網(wǎng)隔離。
第二種結(jié)構(gòu)是非隔離方案。其中，AC交流電壓由升壓級(jí)輸出的DC電壓直接產(chǎn)生。
第三種結(jié)構(gòu)利用功率開(kāi)關(guān)和功率二極管的創(chuàng)新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，把升壓和AC交流產(chǎn)生部分的功能整合在一個(gè)專用拓?fù)渲小?
圖1：太陽(yáng)能逆變器系統(tǒng)原理示意圖
盡管太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率非常低，讓逆變器的效率盡可能接近100% 卻非常重要。在德國(guó)，安裝在朝南屋頂上的3kW串聯(lián)模塊預(yù)計(jì)每年可發(fā)電2550 kWh。若逆變器效率從95% 增加到 96%，每年便可以多發(fā)電25kWh。而利用額外的太陽(yáng)能模塊產(chǎn)生這25kWh的費(fèi)用與增加一個(gè)逆變器相當(dāng)。由于效率從95% 提高到 96% 不會(huì)使到逆變器的成本加倍，故對(duì)更高效的逆變器進(jìn)行投資是必然的選擇。對(duì)新興設(shè)計(jì)而言，以最具成本效益地提高逆變器效率是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
至于逆變器的可靠性和成本則是另外兩個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。更高的效率可以降低負(fù)載周期上的溫度波動(dòng)，從而提高可靠性，因此，這些準(zhǔn)則實(shí)際上是相關(guān)聯(lián)的。模塊的使用也會(huì)提高可靠性。
圖1所示的所有拓?fù)涠夹枰焖俎D(zhuǎn)換的功率開(kāi)關(guān)。升壓級(jí)和全橋變換級(jí)需要快速轉(zhuǎn)換二極管。此外，專門為低頻 (100Hz) 轉(zhuǎn)換而優(yōu)化的開(kāi)關(guān)對(duì)這些拓?fù)湟埠苡杏锰帯?duì)于任何特定的硅技術(shù)，針對(duì)快速轉(zhuǎn)換優(yōu)化的開(kāi)關(guān)比針對(duì)低頻轉(zhuǎn)換應(yīng)用優(yōu)化的開(kāi)關(guān)具有更高的導(dǎo)通損耗。
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