光伏併網逆變器

我國光伏發電系統主要是直流系統，即將太陽電池發出的電能給蓄電池充電，而蓄電池直接給負載供電，如我國西北地區使用較多的太陽能用戶照明系統以及遠離電網的微波站供電系統均為直流系統。此類系統結構簡單，成本低廉，但由於負載直流電壓的不同（如12V、14V、24V、48V等），很難實現系統的標準化和兼容性，特別是民用電力，由於大多為交流負載，以直流電力供電的光伏電源很難作為商品進入市場。

基本介紹

• 中文名：光伏併網逆變器
• 領域：光伏發電
• 特點：較高的效率等

介紹

為太陽能光伏發電、風力發電、燃料電池發電、小型水力發電等各種可再生能源發電系統提供各種完美的電源變換和接入方案，主要套用於可再生能源併網發電系統、離網型村落供電系統和戶用電源系統，並可為電網延伸困難的地區通信、交通、路燈照明等提供電力。

另外，光伏發電最終將實現併網運行，這就必須採用成熟的市場模式，今後交流光伏發電系統必將成為光伏發電的主流。

光伏併網發電原理圖

定義

1.要求具有較高的效率。由於太陽電池的價格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統效率，必須設法提高逆變器的效率。

2.要求具有較高的可靠性。光伏發電系統主要用於邊遠地區，許多電站無人值守和維護，這就要求逆變器具有合理的電路結構，嚴格的元器件篩選，並要求逆變器具備各種保護功能，如輸入直流極性接反保護，交流輸出短路保護，過熱、過載保護等。

3.要求直流輸入電壓有較寬的適應範圍，由於太陽電池的端電壓隨負載和日照強度而變化，蓄電池雖然對太陽電池的電壓具有重要作用，但由於蓄電池的電壓隨蓄電池剩餘容量和內阻的變化而波動，特別是當蓄電池老化時其端電壓的變化範圍很大，如12V蓄電池，其端電壓可在10V～16V之間變化，這就要求逆變器必須在較大的直流輸入電壓範圍內保證正常工作，並保證交流輸出電壓的穩定。

4.在中、大容量的光伏發電系統中，逆變電源的輸出應為失真度較小的正弦波。這是由於在中、大容量系統中，若採用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，高次諧波將產生附加損耗，許多光伏發電系統的負載為通信或儀表設備，這些設備對電網品質有較高的要求，當中、大容量的光伏發電系統併網運行時，為避免與公共電網的電力污染，也要求逆變器輸出正弦波電流。

工作原理

逆變器將直流電轉化為交流電，若直流電壓較低，則通過交流變壓器升壓，即得到標準交流電壓和頻率。對大容量的逆變器，由於直流母線電壓較高，交流輸出一般不需要變壓器升壓即能達到220V，在中、小容量的逆變器中，由於直流電壓較低，如12V、24V，就必須設計升壓電路。

中、小容量逆變器一般有推挽逆變電路、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種，推挽電路，將升壓變壓器的中性插頭接於正電源，兩隻功率管交替工作，輸出得到交流電力，由於功率電晶體共地邊接，驅動及控制電路簡單，另外由於變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。其缺點是變壓器利用率低，帶動感性負載的能力較差。

光伏併網逆變器

全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點，功率電晶體調節輸出脈衝寬度，輸出交流電壓的有效值即隨之改變。由於該電路具有續流迴路，即使對感性負載，輸出電壓波形也不會畸變。該電路的缺點是上、下橋臂的功率電晶體不共地，因此必須採用專門驅動電路或採用隔離電源。另外，為防止上、下橋臂發生共同導通，必須設計先關斷後導通電路，即必須設定死區時間，其電路結構較複雜。

功能作用

由dc/dc轉換提升或降低輸入的電壓，調節其輸出以實現最大的效率。在經過一些附加的電壓緩衝之後，左側電橋中通常由18～20khz的開關頻率，把dc電壓轉換為ac電壓。一般來說，單相h橋是dc/ac級的常見配置，但是，也可以採用三相和其他配置。最後，通過低通濾波器產生用於併網光伏發電系統的正弦交流電輸出。

控制電路

簡介

上述幾種逆變器的主電路均需要有控制電路來實現，一般有方波和正弦波兩種控制方式，方波輸出的逆變電源電路簡單，成本低，但效率低，諧波成份大。正弦波輸出是逆變器的發展趨勢，隨著微電子技術的發展，有PWM功能的微處理器也已問世，因此正弦波輸出的逆變技術已經成熟。

方波輸出的逆變器

1.方波輸出的逆變器多採用脈寬調製積體電路，如SG3525，TL494等。實踐證明，採用SG3525積體電路，並採用功率場效應管作為開關功率元件，能實現性能價格比較高的逆變器，由於SG3525具有直接驅動功率場效應管的能力並具有內部基準源和運算放大器和欠壓保護功能，因此其外圍電路很簡單。

正弦波輸出的逆變器

2.正弦波輸出的逆變器控制積體電路，正弦波輸出的逆變器，其控制電路可採用微處理器控制，如INTEL公司生產的80C196MC、摩托羅拉公司生產的MP16以及MI－CROCHIP公司生產的PIC16C73等，這些單片機均具有多路PWM發生器，並可設定上、下橋臂之間的死區時間，採用INTEL公司80C196MC實現正弦波輸出的電路，80C196MC完成正弦波信號的發生，並檢測交流輸出電壓，實現穩壓。電路輸出端一般採用LC電路濾除高頻波，得到純淨的正正弦波。

相關選擇

逆變器的主功率元件的選擇至關重要，使用較多的功率元件有達林頓功率電晶體（BJT），功率場效應管（MOS－FET），絕緣柵電晶體（IGBT）和可關斷晶閘管（GTO）等，在小容量低壓系統中使用較多的器件為MOSFET，因為MOSFET具有較低的通態壓降和較高的開關頻率，在高壓大容量系統中一般均採用IGBT模組，這是因為MOSFET隨著電壓的升高其通態電阻也隨之增大，而IGBT在中容量系統中占有較大的優勢，而在特大容量（100kVA以上）系統中，一般均採用GTO作為功率元件。

小功率的光伏併網逆變器設計圖

安裝注意事項

1、在安裝前首先應該檢查逆變器是否在運輸過程中有無損壞。

2、在選擇安裝場地時，應該保證周圍內沒有任何其他電力電子設備的干擾。

3、在進行電氣連線之前，務必採用不透光材料將光伏電池板覆蓋或斷開直流側斷路器。暴露於陽光，光伏陣列將會產生危險電壓。

4、所有安裝操作必須且僅由專業技術人員完成。

5、光伏系統發電系統中所使用線纜必須連線牢固，良好絕緣以及規格合適。

6、所有的電氣安裝必須滿足當地以及國家電氣標準。

7、僅當得到當地電力部門許可後並由專業技術人員完成所有電氣連線後才可將逆變器併網。

8、在進行任何維修工作前，應首先斷開逆變器與電網的電氣連線，然後斷開直流側電氣連線。

9、等待至少5分鐘直到內部元件放電完畢方可進行維修工作。

10、任何影響逆變器安全性能的故障必須立即排除方可再次開啟逆變器。

11、避免不必要的電路板接觸。

12、遵守靜電防護規範，佩戴防靜電手環。

13、注意並遵守產品上的警告標識。

14、操作前初步目視檢查設備有無損壞或其它危險狀態。

15、注意逆變器熱表面。例如功率半導體的散熱器等，在逆變器斷電後一段時間內，仍保持較高溫度。