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太阳能逆变电源基本设计要点与方法总结

2013-12-24 15:56
孤身万里游
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  太阳能逆变器的作用是将随太阳能辐射及光照变化的DC电压转换成为电网兼容的AC输出;而对于广大电子工程师而言,太阳能逆变器是一个值得高度关注的技术领域。因此下文将介绍太阳能逆变器设计所需注意的技术要点、挑战以及相应的解决方法。

  基本设计标准

  基于太阳能逆变器的专用性以及保持设计的高效率,它需要持续监视太阳能电池板阵列的电压和电流,从而了解太阳能电池板阵列的瞬时输出功率。它还需要一个电流控制的反馈环,用于确保太阳能电池板阵列工作在最大输出功率点,以应付多变的高输入。目前,太阳能逆变器已有多种拓扑结构,最常见的是用于单相的半桥、全桥和Heric(Sunways专利)逆变器,以及用于三相的六脉冲桥和中点钳位(NPC)逆变器;图1所示是这些逆变器的拓扑图(Microsemi图源)。同时,设计还需遵从安全规范,并在电网发生故障的时候可以快速断开与电网的连接。因此,太阳能逆变器的基本设计标准包括额定电压、容量、效率、电池能效、输出AC电源质量、最大功率点跟踪(MPPT)效能、通信特性和安全性。

太阳能逆变电源基本设计要点与方法总结

图1a:半桥逆变。图1b:全桥逆变器

太阳能逆变电源基本设计要点与方法总结

图1c:Heric逆变器

太阳能逆变电源基本设计要点与方法总结

图1d:三相桥逆变器。图1e:NPC三级逆变器

  额定电压:太阳能逆变器的主要功能是把来自光伏面板(有时是经过稳压的DC电压)的可变DC电压转换为AC电压以驱动负载或给电网供电。最常用的单相和三相AC电压分别为120V/220V以及208V/380V;而对工业应用来说,480V也很常见。对选定的逆变器拓扑来说,输出AC电压的范围将决定DC母线电压以及每个半导体开关的额定电压。

  容量:它是太阳能逆变器额定功率的另一个说法。该数值在200W(面板集成模块)到数百千瓦之间。容量越大,逆变器的体积越大、价格越高。太阳能逆变器的成本以美元/瓦来衡量。就一个恰到好处的设计而言,确定容量时,必须把浪涌、过载以及连续工作模式等情况考虑在内。

  效率:每个太阳能逆变器都有其对效率(输出功率/输入功率)的要求,例如,一个数千瓦系统的典型效率可达95%。基于太阳能阵列的能量转换效率相对低(约在15%左右)的事实,所以,就以最小的太阳能面板获得最多的输出功率来说,高效逆变器具有非常重要的意义。

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