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太陽能逆變電源基本設計要點與方法總結

鉅大LARGE  |  點擊量:1135次  |  2019年12月31日  

太陽能逆變器的作用是將隨太陽能輻射及光照變化的DC電壓轉換成為電網兼容的AC輸出;而對于廣大電子工程師而言,太陽能逆變器是一個值得高度關注的技術領域。因此下文將介紹太陽能逆變器設計所需注意的技術要點、挑戰以及相應的解決方法。


基本設計標準


基于太陽能逆變器的專用性以及保持設計的高效率,它需要持續監視太陽能電池板陣列的電壓和電流,從而了解太陽能電池板陣列的瞬時輸出功率。它還需要一個電流控制的反饋環,用于確保太陽能電池板陣列工作在最大輸出功率點,以應付多變的高輸入。目前,太陽能逆變器已有多種拓撲結構,最常見的是用于單相的半橋、全橋和Heric(Sunways專利)逆變器,以及用于三相的六脈沖橋和中點鉗位(NPC)逆變器;圖1所示是這些逆變器的拓撲圖(Microsemi圖源)。同時,設計還需遵從安全規范,并在電網發生故障的時候可以快速斷開與電網的連接。因此,太陽能逆變器的基本設計標準包括額定電壓、容量、效率、電池能效、輸出AC電源質量、最大功率點跟蹤(MPPT)效能、通信特性和安全性。


圖1a:半橋逆變。圖1b:全橋逆變器


圖1c:Heric逆變器


圖1d:三相橋逆變器。圖1e:NPC三級逆變器


額定電壓:太陽能逆變器的主要功能是把來自光伏面板(有時是經過穩壓的DC電壓)的可變DC電壓轉換為AC電壓以驅動負載或給電網供電。最常用的單相和三相AC電壓分別為120V/220V以及208V/380V;而對工業應用來說,480V也很常見。對選定的逆變器拓撲來說,輸出AC電壓的范圍將決定DC母線電壓以及每個半導體開關的額定電壓。


容量:它是太陽能逆變器額定功率的另一個說法。該數值在200W(面板集成模塊)到數百千瓦之間。容量越大,逆變器的體積越大、價格越高。太陽能逆變器的成本以美元/瓦來衡量。就一個恰到好處的設計而言,確定容量時,必須把浪涌、過載以及連續工作模式等情況考慮在內。


效率:每個太陽能逆變器都有其對效率(輸出功率/輸入功率)的要求,例如,一個數千瓦系統的典型效率可達95%。基于太陽能陣列的能量轉換效率相對低(約在15%左右)的事實,所以,就以最小的太陽能面板獲得最多的輸出功率來說,高效逆變器具有非常重要的意義。


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