太阳能光伏逆变器拓扑结构及设计思路.pdf_光伏电路拓扑结构包括 - CSDN文库

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太阳能光伏逆变器拓扑结构及设计思路

太阳能光伏逆变器拓扑结构及设计思路太阳能光伏逆变器拓扑结构及设计思路

太阳能光伏逆变器拓扑结构及设计思路

1 引言

对于传统电力电子装置的设计，我们通常是通过每千瓦多少钱来衡量其性价

比的。但是对于光伏逆变器的设计而言，对最大功率的追求仅仅是处于第二位的，

欧洲效率的最大化才是最重要的。因为对于光伏逆变器而言，不仅最大输出功率

的增加可以转化为经济效益，欧洲效率的提高同样可以，而且更加明显[1]。欧

洲效率的定义不同于我们通常所说的平均效率或者最高效率。它充分考虑了太阳

光强度的变化，更加准确地描述了光伏逆变器的性能。欧洲效率是由不同负载情

况下的效率按照不同比重累加得到的，其中半载的效率占其最大组成部分(见图

1)。

图 1 欧洲效率计算比重

因此为了提高光伏逆变器的欧洲效率，仅仅降低额定负载时的损耗是不够的，

必须同时提高不同负载情况下的效率。欧洲效率是一个新的参数，主要是针对光

伏逆变器提出来的。由于太阳光在不同时间，强度是不一样的，所以光伏逆变器

其实并不会一直工作在额定功率下，更多的是工作在轻负载的时候。所以衡量光

伏逆变器的效率，不能完全以额定功率下的效率来衡量。所以欧洲人就想出来了

一个新的参数–欧洲效率来衡量。欧洲效率的计算方法如表 1。

欧洲效率的改善所带来的经济效益也很容易通过计算得到。例如以一个额定

功率 3kw 的光伏逆变器为例，根据现在市场上的成本估算，光伏发电每千瓦安装

成本大约需要 4000 欧元[2]，那也就意味着光伏逆变器每提高欧效 1%就可以节

省 120 欧元(光伏发电现在的成本大概在每千瓦 4000 欧元，或者说每瓦 4 欧元，

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包括太阳能电池和光伏逆变器，对于一个 3kw 的发电装置，如果逆变器效率提高

了 1%，也就是说多发了 30w，那么成本就可以节省 4×30=120 欧元)。提高光伏

逆变器的欧洲效率带来的经济效益是显而易见的，“不惜成本”追求更高的欧效

也成为现在光伏逆变器发展的趋势。

2 功率器件的选型

在通用逆变器的设计中，综合考虑性价比因素，igbt 是最多被使用的器件。

因为 igbt 导通压降的非线性特性使得 igbt 的导通压降并不会随着电流的增加而

显著增加。从而保证了逆变器在最大负载情况下，仍然可以保持较低的损耗和较

高的效率。但是对于光伏逆变器而言，igbt 的这个特性反而成为了缺点。因为

欧洲效率主要和逆变器不同轻载情况下效率的有关。在轻载时，igbt 的导通压

降并不会显著下降，这反而降低了逆变器的欧洲效率。相反，mosfet 的导通压

降是线性的，在轻载情况下具有更低的导通压降，而且考虑到它非常卓越的动态

特性和高频工作能力，mosfet 成为了光伏逆变器的首选。另外考虑到提高欧效

后的巨大经济回报，最新的比较昂贵的器件，如 sic 二极管，也正在越来越多的

被应用在光伏逆变器的设计中，sic 肖特基二极管可以显著降低开关管的导通损

耗，降低电磁干扰。

3 光伏逆变器的设计目标

对于无变压器式光伏逆变器，它的主要设计目标为：

(1) 对太阳能电池输入电压进行最大功率点跟踪，从而得到最大的输入功

率;

(2) 追求光伏逆变器最大欧效;

(3) 低的电磁干扰。

为了得到最大输入功率，电路必须具备根据不同太阳光条件自动调节输入电

压的功能，最大功率点一般在开环电压的 70%左右，当然这和具体使用的光伏电

池的特性也有关。典型的电路是通过一个 boost 电路来实现。然后再通过逆变器

把直流电逆变为可并网的正弦交流电。

4 单相无变压器式光伏逆变器拓扑介绍

拓扑结构的选择和光伏逆变器额定输出功率有关。对于 4kw 以下的光伏逆变

器，通常选用直流母线不超过 500v，单相输出的拓扑结构。

这个功能(见图 2)可以通过以下的原理图实现(见图 3)。

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