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功率技術/新能源  

太陽能逆變器的現在與未來

上網時間: 2011年09月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:太陽能  轉換器  再生能源  光伏  逆變器 

作者:Aung Naing Moe, Zhang Binbin

IMI新加坡研發中心

近年來,太陽能由於具有眾多的環保和經濟方面的好處以及久經驗證的可靠性,因而成為一種主要的再生能源形態。由於太陽能發電系統不含可移動元件,所以系統一旦安裝完成後,實際上並不需要任何維護。本文介紹太陽能光伏技術的主要應用領域,並重點探討太陽能逆變器的發展現狀和應用前景。

光伏技術應用領域

光伏技術主要應用於以下領域:

家用並網系統:這是發達地區最流行的家庭和企業級太陽能光伏發電系統應用類型。與本地電網的連接,允許將光伏系統產生的多餘電能輸送至電網,賣給公用機構。當沒有太陽時,再從電網輸出電力。逆變器用來將光伏系統產生的直流電(DC)轉換為執行一般電氣設備所需的交流電(AC)。

並網發電廠:在一個廠區位置上,這些也並入電網的系統產生大量光伏電能,其容量從幾百千瓦到幾兆瓦。其中一些電廠位於機場或火車站等大型產業建築內,這類電廠利用已有的可用空間,補償了高耗能用戶所需的部份電能。

農村電氣化離網系統:在不通電的地方,光伏系統透過充電控制器連接到電池。可以使用一個逆變器提供交流電源,供普通電器使用。典型的離網應用是為偏遠地區(如山區房屋和發展中國家的地區)供電。農村電氣化是指如下兩類應用:可滿足一個家庭基本用電需求的小

混合系統:太陽能系統可與其它種類的能源(例如生物質能發電、風力發電或柴油發電)組合在一起,以確保持續穩定供應電力。混合動力系統可以是並網的、獨立的或由電網提供後備支援。

離網產業應用:在電信領域,經常需要把太陽能發電用於遠端應用,尤其是在需要將偏遠農村地區與國內其它地區連接起來的場合。由光伏或混合動力系統供電的行動電話中繼站應用,也有很大潛力。其它應用還包括:交通訊號燈、海航支援系統、保安電話、遠端照明、公路標誌和廢水處理廠等。因為它們能為那些電力傳送不到的地區提供動力,因而避免了鋪設線網的高成本,所以,目前這些應用具有成本優勢。

太陽能光伏逆變器

一個典型的太陽能發電系統由太陽能光伏電池板陣列和逆變器組成。光伏電池板將太陽光線以直流電壓的形式直接轉化為電能;逆變器將光伏電池板產生的直流電壓轉換成可送至電網的交流電壓。因此,逆變器已成為並網光伏系統的核心元件。

逆變器除應具有高效率的DC/AC轉換和最大功率點追蹤(MPPT)等特性外,還應能滿足所要求的品質──低的總諧波失真(THD)電流、高功率因子(接近1)和低的電磁干擾水準,提供交流電,盡可能最佳化能源從光伏陣列輸送到電網的過程。此外,逆變器還必須滿足用戶、設備和電網本身對安全的要求。

逆變器可採用若干種拓樸結構。其中之一是使用H橋驅動的線性變壓器。這是最簡單、最可靠的方式,它可提供電網和直流前端之間的完全隔離。它還規避了直流電流進入電網的這種應盡力避免的情況產生。不過,線性變壓器嚴重的功率損耗會導致低效率,這是這種拓樸結構的缺點;線性變壓器的大個頭和重量,也是該拓樸的缺陷。

利用輸出電感取代笨重的線性變壓器是另一種拓樸結構。這種方法在所有拓樸中的效率最高;與採用線性變壓器的逆變器相較,因輸出電感的體積小,所以這種逆變器要輕得多、也更具成本效益。但其缺點是,不會在電網和光伏電池板間提供任何形式的電氣隔離。一些管控條例嚴格的國家是不允許使用此類逆變器的。

因此,變頻器廠家想方設法要把高頻、高效、小巧輕便的變壓器做進前端DC/DC逆變器。這樣,它不僅提供了電網和光伏電池板之間的電氣隔離,還為逆變器提供了調節和受控的直流母線電壓。而且,可以在DC-DC逆變器部份實現MPPT功能是上述方案的另一個好處。逆變器內的MPPT系統可確保逆變器在各種天氣條件下,以及在一天內的任何時段,始終都工作於光伏電池板可以輸出的最大功率。


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