太陽能逆變器

太陽能逆變器

逆變器又稱電源調整器、功率調節器,是光伏系統必不可少的一部分。光伏逆變器最主要的功能是把太陽能電池板所發的直流電轉化成家電使用的交流電,太陽能電池板所發的電全部都要通過逆變器的處理才能對外輸出。通過全橋電路,一般採用SPWM處理器經過調製、濾波、升壓等,得到與照明負載頻率、額定電壓等相匹配的正弦交流電供系統終端用戶使用。有了逆變器,就可使用直流蓄電池為電器提供交流電。

基本介紹

  • 中文名:太陽能逆變器
  • 外文名:Solar Inverter 
  • 組成太陽能電池板、充電控制器等
  • 主要功能:將蓄電池的直流電逆變成交流電
  • 激勵方式分類:自激式振盪逆變和他激式振盪逆變
  • 核心:逆變電路
簡介,特點,集中逆變,組串逆變,多組串逆變,組件逆變,太陽能逆變器的效率,升壓開關和二極體,橋接開關和二極體,功能作用,類型,套用範圍分類,輸出波形分類,其它分類方式,性能參數,電池特性,PV電池,最大功率點(MPP),使用與維護,使用,維護檢修,

簡介

太陽能交流發電系統是由太陽能電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成;太陽能直流發電系統則不包括逆變。將交流電能變換成直流電能的過程稱為整流,把完成整流功能的電路稱為整流電路,把實現整流過程的裝置稱為整流設備或整流器。與之相對應,把將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變,把完成逆變功能的電路稱為逆變電路,把實現逆變過程的裝置稱為逆變設備或逆變器。
逆變裝置的核心是逆變開關電路,簡稱為逆變電路。該電路通過電力電子開關的導通與關斷,來完成逆變的功能。電力電子開關器件的通斷,需要一定的驅動脈衝,這些脈衝可能通過改變一個電壓信號來調節。產生和調節脈衝的電路通常稱為控制電路或控制迴路。逆變裝置的基本結構,除上述的逆變電路和控制電路外,還有保護電路、輸出電路、輸入電路、輸出電路等。

特點

由於建築的多樣性,勢必導致太陽能電池板安裝的多樣性,為了使太陽能的轉換效率最高同時又兼顧建築的外形美觀,這就要求我們的逆變器的多樣化,來實現最佳方式的太陽能轉換。
太陽能逆變器太陽能逆變器

集中逆變

集中逆變一般用於大型光伏發電站(>10kW)的系統中,很多並行的光伏組串被連到同一台集中逆變器的直流輸入端,一般功率大的使用三相的IGBT功率模組,功率較小的使用場效應電晶體,同時使用DSP轉換控制器來改善所產出電能的質量,使它非常接近於正弦波電流。最大特點是系統的功率高,成本低。但受光伏組串的匹配和部分遮影的影響,導致整個光伏系統的效率和電產能。同時整個光伏系統的發電可靠性受某一光伏單元組工作狀態不良的影響。最新的研究方向是運用空間矢量的調製控制,以及開發新的逆變器的拓撲連線,以獲得部分負載情況下的高的效率。在SolarMax(索瑞·麥克)集中逆變器上,可以附加一個光伏陣列的接口箱,對每一串的光伏帆板串進行監控,如其中有一組串工作不正常,系統將會把這一信息傳到遠程控制器上,同時可以通過遠程控制將這一串停止工作,從而不會因為一串光伏串的故障而降低和影響整個光伏系統的工作和能量產出。

組串逆變

組串逆變器已成為現在國際市場上最流行的逆變器。組串逆變器是基於模組化概念基礎上的,每個光伏組串(1kW-5kW)通過一個逆變器,在直流端具有最大功率峰值跟蹤,在交流端並聯併網。許多大型光伏電廠使用組串逆變器。優點是不受組串間模組差異和遮影的影響,同時減少了光伏組件最佳工作點。
與逆變器不匹配的情況,從而增加了發電量。技術上的這些優勢不僅降低了系統成本,也增加了系統的可靠性。同時,在組串間引入“主-從”的概念,使得在系統在單串電能不能使單個逆變器工作的情況下,將幾組光伏組串聯繫在一起,讓其中一個或幾個工作,從而產出更多的電能。最新的概念為幾個逆變器相互組成一個“團隊”來代替“主-從”的概念,使得系統的可靠性又進了一步。

多組串逆變

多組串逆變是取了集中逆變和組串逆變的優點,避免了其缺點,可套用於幾千瓦的光伏發電站。在多組串逆變器中,包含了不同的單獨的功率峰值跟蹤和直流到直流的轉換器,這些直流通過一個普通的直流到交流的逆變器轉換成交流電,併網到電網上。光伏組串的不同額定值(如:不同的額定功率、每組串不同的組件數、組件的不同的生產廠家等等)、不同的尺寸或不同技術的光伏組件、不同方向的組串(如:東、南和西)、不同的傾角或遮影,都可以被連在一個共同的逆變器上,同時每一組串都工作在它們各自的最大功率峰值上。同時,直流電纜的長度減少、將組串間的遮影影響和由於組串間的差異而引起的損失減到最小。

組件逆變

組件逆變器是將每個光伏組件與一個逆變器相連,同時每個組件有一個單獨的最大功率峰值跟蹤,這樣組件與逆變器的配合更好。通常用於50W到400W的光伏發電站,總效率低於組串逆變器。由於是在交流處並聯,這就增加了交流側的連線的複雜性,維護困難。另一需要解決的是怎樣更有效的與電網併網,簡單的辦法是直接通過普通的交流電插座進行併網,這樣就可以減少成本和設備的安裝,但往往各地的電網的安全標準也許不允許這樣做,電力公司有可能反對發電裝置直接和普通家庭用戶的普通插座相連。另一和安全有關的因素是是否需要使用隔離變壓器(高頻或低頻),或者允許使用無變壓器式的逆變器。這一逆變器在玻璃幕牆中使用最為廣泛。

太陽能逆變器的效率

太陽能逆變器的效率指由於對可再生能源的需求,太陽能逆變器 (光電逆變器) 的市場正在不斷增長。而這些逆變器需要極高的效率和可靠性。對這些逆變器中採用的功率電路進行了考察,並推薦了針對開關和整流器件的最佳選擇。光電逆變器的一般結構如圖1所示,有三種不同的逆變器可供選擇。太陽光照射在通過串聯方式連線的太陽能模組上,每一個模組都包含了一組串聯的太陽能電池(Solar Cell)單元。太陽能模組產生的直流 (DC) 電壓在幾百伏的數量級,具體數值根據模組陣列的光照條件、電池的溫度及串聯模組的數量而定。
這類逆變器的首要功能是把輸入的 DC電壓轉換為一穩定的值。該功能通過升壓轉換器來實現,並需要升壓開關和升壓二極體。在第一種結構中,升壓級之後是一個隔離的全橋變換器。全橋變壓器的作用是提供隔離。輸出上的第二個全橋變換器是用來從第一級的全橋變換器的直流DC變換成交流 (AC) 電壓。其輸出再經由額外的雙觸點繼電器開關連線到AC電網網路之前被濾波,目的是在故障事件中提供安全隔離及在夜間與供電電網隔離。第二種結構是非隔離方案。其中,AC交流電壓由升壓級輸出的DC電壓直接產生。第三種結構利用功率開關和功率二極體的創新型拓撲結構,把升壓和AC交流產生部分的功能整合在一個專用拓撲中儘管太陽能電池板的轉換效率非常低,讓逆變器的效率儘可能接近100% 卻非常重要。在德國,安裝在朝南屋頂上的3kW串聯模組預計每年可發電2550 kWh。若逆變器效率從95% 增加到 96%,每年便可以多發電25kWh。而利用額外的太陽能模組產生這25kWh的費用與增加一個逆變器相當。由於效率從95% 提高到 96% 不會使到逆變器的成本加倍,故對更高效的逆變器進行投資是必然的選擇。對新興設計而言,以最具成本效益地提高逆變器效率是關鍵的設計準則。至於逆變器的可靠性和成本則是另外兩個設計準則。更高的效率可以降低負載周期上的溫度波動,從而提高可靠性,因此,這些準則實際上是相關聯的。模組的使用也會提高可靠性。

升壓開關和二極體

圖1所示的所有拓撲都需要快速轉換的功率開關。升壓級和全橋變換級需要快速轉換二極體。此外,專門為低頻 (100Hz) 轉換而最佳化的開關對這些拓撲也很有用處。對於任何特定的矽技術,針對快速轉換最佳化的開關比針對低頻轉換套用最佳化的開關具有更高的導通損耗。
升壓級一般設計為連續電流模式轉換器。根據逆變器所採用的陣列中太陽能模組的數量,來選者使用600V還是1200V的器件。功率開關的兩個選擇是MOSFET和 IGBT。一般而言,MOSFET比IGBT可以工作在更高的開關頻率下。此外,還必須始終考慮體二極體的影響:在升壓級的情況下並沒有什麼問題,因為正常工作模式下體二極體不導通。MOSFET的導通損耗可根據導通阻抗RDS(ON)來計算,對於給定的MOSFET系列,這與有效裸片面積成比例關係。當額定電壓從600V 變化到1200V時,MOSFET的傳導損耗會大大增加,因此,即使額定RDS(ON) 相當,1200V的 MOSFET也不可用或是價格太高。
對於額定600V的升壓開關,可採用超結MOSFET。對高頻開關套用,這種技術具有最佳的導通損耗。TO-220封裝、RDS(ON) 值低於100毫歐的MOSFET和採用TO-247封裝、RDS(ON) 值低於50毫歐的MOSFET。對於需要1200V功率開關的太陽能逆變器,IGBT是適當的選擇。較先進的IGBT技術,比如NPT Trench 和 NPT Field Stop,都針對降低導通損耗做了最佳化,但代價是較高的開關損耗,這使得它們不太適合於高頻下的升壓套用。
在舊有NPT平面技術的基礎上開發了一種可以提高高開關頻率的升壓電路效率的器件FGL40N120AND,具有43uJ/A的EOFF ,比較採用更先進技術器件的EOFF為80uJ/A,但要獲得這種性能卻非常困難。FGL40N120AND器件的缺點在於飽和壓降VCE(SAT) (3.0V 相對於125ºC的 2.1V) 較高,不過它在高升壓開關頻率下開關損耗很低的優點已足以彌補這一切。該器件還集成了反並聯二極體。在正常升壓工作下,該二極體不會導通。然而,在啟動期間或瞬變情況下,升壓電路有可能被驅使進入工作模式,這時該反並聯二極體就會導通。由於IGBT本身沒有固有的體二極體,故需要這種共封裝的二極體來保證可靠的工作。對升壓二極體,需要Stealth™ 或碳矽二極體這樣的快速恢復二極體。碳矽二極體具有很低的正向電壓和損耗。在選擇升壓二極體時,必須考慮到反向恢復電流 (或碳矽二極體的結電容) 對升壓開關的影響,因為這會導致額外的損耗。在這裡,新推出的Stealth II 二極體 FFP08S60S可以提供更高的性能。當VDD=390V、 ID=8A、di/dt=200A/us,且外殼溫度為100ºC時,計算得出的開關損耗低於FFP08S60S的參數205mJ。而採用ISL9R860P2 Stealth 二極體,這個值則達225mJ。故此舉也提高了逆變器在高開關頻率下的效率。

橋接開關和二極體

MOSFET全橋濾波之後,輸出橋產生一個50Hz的正弦電壓及電流信號。一種常見的實現方案是採用標準全橋結構 (圖2)。圖中若左上方和右下方的開關導通,則在左右終端之間載入一個正電壓;右上方和左下方的開關導通,則在左右終端之間載入一個負電壓。對於這種套用,在某一時段只有一個開關導通。一個開關可被切換到PWM高頻下,另一開關則在50Hz低頻下。由於自舉電路依賴於低端器件的轉換,故低端器件被切換到PWM高頻下,而高端器件被切換到50Hz低頻下。這套用採用了600V的功率開關,故600V超結MOSFET非常適合這個高速的開關器件。由於這些開關器件在開關導通時會承受其它器件的全部反向恢復電流,因此快速恢復超結器件如600V FCH47N60F是十分理想的選擇。它的RDS(ON) 為73毫歐,相比其它同類的快速恢復器件其導通損耗很低。當這種器件在50Hz下進行轉換時,無需使用快速恢復特性。這些器件具有出色的dv/dt和di/dt特性,比較標準超結MOSFET可提高系統的可靠性。
另一個值得探討的選擇是採用FGH30N60LSD器件。它是一顆飽和電壓VCE(SAT) 只有1.1V的30A/600V IGBT。其關斷損耗EOFF非常高,達10mJ ,故只適合於低頻轉換。一個50毫歐的MOSFET在工作溫度下導通阻抗RDS(ON) 為100毫歐。因此在11A時,具有和IGBT的VCE(SAT) 相同的VDS。由於這種IGBT基於較舊的擊穿技術,VCE(SAT) 隨溫度的變化不大。因此,這種IGBT可降低輸出橋中的總體損耗,從而提高逆變器的總體效率。FGH30N60LSD IGBT在每半周期從一種功率轉換技術切換到另一種專用拓撲的做法也十分有用。IGBT在這裡被用作拓撲開關。在較快速的轉換時則使用常規及快速恢復超結器件。對於1200V的專用拓撲及全橋結構,前面提到的FGL40N120AND是非常適合於新型高頻太陽能逆變器的開關。當專用技術需要二極體時,Stealth II、Hyperfast™ II 二極體及碳矽二極體是很好的解決方案。

功能作用

逆變器不只具有直交流變換功用,還具有最大限制地發揚太陽電池功能的功用和系統毛病維護功用。歸結起來有主動運轉和停機功用、最大功率跟蹤節制功用、防獨自運轉功用(併網系統用)、主動電壓調整功用(併網系統用)、直流檢測功用(併網系統用)、直流接地檢測功用(併網系統用)。這裡簡略引見主動運轉和停機功用及最大功率跟蹤節制功用。
1、主動運轉和停機功用:早晨日出後,太陽輻射強度逐步加強,太陽電池的輸出也隨之增大,當到達逆變器任務所需的輸出功率後,逆變器即主動開端運轉。進入運轉後,逆變器便每時每刻看管太陽電池組件的輸出,只需太陽電池組件的輸出功率大於逆變器任務所需的輸出功率,逆變器就繼續運轉;直到日落停機,即便陰雨天逆變器也能運轉。當太陽電池組件輸出變小,逆變器輸出接近0時,逆變器便構成待機形態。
2、最大功率跟蹤節制功用:太陽電池組件的輸出是隨太陽輻射強度和太陽電池組件本身溫度(晶片溫度)而轉變的。別的因為太陽電池組件具有電壓隨電流增大而下降的特徵,因而存在能獲取最大功率的最佳任務點。太陽輻射強度是轉變著的,明顯最佳任務點也是在轉變的。相關於這些轉變,一直讓太陽電池組件的任務點處於最大功率點,系統一直從太陽電池組件獲取最大功率輸出,這種節制就是最大功率跟蹤節制。太陽能發電系統用的逆變器的最大特點就是包羅了最大功率點跟蹤(MPPT)這一功用。

類型

套用範圍分類

(1)普通型逆變器
直流12V或24V輸入,交流220V、50Hz輸出,功率從75W到5000W,有些型號具有交、直流轉換即UPS功能。
(2)逆變/充電一體機
在此類逆變器中,用戶可以使用各種形式的電源為交流負載供電:有交流電時,通過逆變器使用交流電為負載供電,或為蓄電池充電;無交流電時,用蓄電池為交流負載供電。它可與各種電源結合使用:如蓄電池、發電機、太陽能電池板和風力發電機等。
(3)郵電通信專用逆變器
為郵電、通信提供高品質的48V逆變器,其產品質量好、可靠性高、模組式(模組為1KW)逆變器,並具有N+1冗餘功能、可擴充(功率從2KW到20KW)。
(4)航空、軍隊專用逆變器
此類逆變器為28Vdc輸入,可提供下列交流輸出:26Vac、115Vac、230Vac,其輸出頻率可為:50Hz、60Hz及400Hz,輸出功率從30VA到3500VA不等。還有供航空專用的DC-DC轉換器及變頻器。

輸出波形分類

(1)方波逆變器
方波逆變器輸出的交流電壓波形為方波。此類逆變器所使用的逆變線路也不完全相同,但共同的特點是線路比較簡單,使用的功率開關管數量很少。設計功率一般在百瓦至千瓦之間。方波逆變器的優點是:線路簡單、價格便宜、維修方便。缺點是由於方波電壓中含有大量高次諧波,在帶有鐵心電感或變壓器的負載用電器中將產生附加損耗,對收音機和某些通訊設備有干擾。此外,這類逆變器還有調壓範圍不夠寬,保護功能不夠完善,噪聲比較大等缺點。
(2)階梯波逆變器
此類逆變器輸出的交流電壓波形為階梯波,逆變器實現階梯波輸出也有多種不同線路,輸出波形的階梯數目差別很大。階梯波逆變器的優點是,輸出波形比方波有明顯改善,高次諧波含量減少,當階梯達到17個以上時輸出波形可實現準正弦波。當採用無變壓器輸出時,整機效率很高。缺點是,階梯波疊加線路使用的功率開關管較多,其中有些線路形式還要求有多組直流電源輸入。這給太陽電池方陣的分組與接線和蓄電池的均衡充電均帶來麻煩。此外,階梯波電壓對收音機和某些通訊設備仍有一些高頻干擾。
正弦波逆變器輸出的交流電壓波形為正弦波。正弦波逆變器的優點是,輸出波形好,失真度很低,對收音機及設備干擾小,噪聲低。此外,保護功能齊全,整機效率高。缺點是:線路相對複雜,對維修技術要求高,價格較貴。
上述三種類型逆變器的分類,有利於光伏系統和風力發電系統設計人員和用戶對逆變器進行識別和選型。實際上,波形相同的逆變器線上路原理,使用器件及控制方法等等方面仍有很大區別。

其它分類方式

1、按輸出交流電能頻率分類,可分為工頻逆變器、中頻逆器和高頻逆變器。工頻逆變器的頻率為50~60Hz的逆變器;中頻逆變器的頻率一般為400Hz到十幾kHz;高頻逆變器的頻率一般為十幾kHz到MHz。
2、按逆變器輸出的相數分,可分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器。
3、按照逆變器輸出電能的去向分,可分為有源逆變器和無源逆變器。凡將逆變器輸出的電能向工業電網輸送的逆變器,稱為有源逆變器;凡將逆變器輸出的電能輸向某種用電負載的逆變器稱為無源逆變器。
4、按逆變器主電路的形式分,可分為單端式逆變器,推挽式逆變器、半橋式逆變器和全橋式逆變器。
5、按逆變器主開關器件的類型分,可分為晶閘管逆變器、電晶體逆變器、場效應逆變器和絕緣柵雙極電晶體(IGBT)逆變器等。又可將其歸納為“半控型”逆變器和“全控制”逆變器兩大類。前者,不具備自關斷能力,元器件在導通後即失去控制作用,故稱之為“半控型”普通晶閘管即屬於這一類;後者,則具有自關斷能力,即無器件的導通和關斷均可由控制極加以控制,故稱之為“全控型”,電力場效應電晶體和絕緣柵雙權電晶體(IGBT)等均屬於這一類。
6、按直流電源分,可分為電壓源型逆變器(VSI)和電流源型逆變器(CSI)。前者,直流電壓近於恆定,輸出電壓為交變方波;後者,直流電流近於恆定,輸也電流為交變方波。
7、按逆變器控制方式分,可分為調頻式(PFM)逆變器和調脈寬式(PWM)逆變器。
8、按逆變器開關電路工作方式分,可分為諧振式逆變器,定頻硬開關式逆變器和定頻軟開關式逆變器。
9、按逆變器換流方式分,可分為負載換流式逆變器和自換流式逆變器。

性能參數

描述逆變器性能的參量和技術條件很多,這裡僅就評價逆變器時常用的技術參數做一扼要說明。
1、逆變器的使用環境條件,逆變器正常使用條件:海拔高度不超過1000m,空氣溫度0~+40℃。
2、直流輸入電源條件,輸入直流電壓波動範圍:蓄電池組額定電壓值的±15%。
3、額定輸出電壓,在規定的輸入直流電壓允許的波動範圍內,它表示逆變器應能輸出的額定電壓值。對輸出額定電壓值的穩定準確度一般有如下規定:
(1)在穩態運行時,電壓波動範圍應有一個限定,例如其偏差不超過額定值的±3%或±5%。
(2)在負載突變或有其他干擾因素影響的動態情況下,其輸出電壓偏差不應超過額定值的±8%或±10%。
4、額定輸出頻率,逆變器輸出交流電壓的頻率應是一個相對穩定的值,通常為工頻50Hz。正常工作條件下其偏差應在±1%以內。
5、額定輸出電流(或額定輸出容量),表示在規定的負載功率因數範圍內逆變器的額定輸出電流。有些逆變器產品給出的是額定輸出容量,其單位以VA或kVA表示。逆變器的額定容量是當輸出功率因數為1(即純阻性負載)時,額定輸出電壓為額定輸出電流的乘積。
6、額定輸出效率,逆變器的效率是在規定的工作條件下,其輸出功率對輸入功率之比,以%表示。逆變器 在額定輸出容量下的效率為滿負荷效率,在10%額定輸出容量的效率為低負荷效率。
7、逆變器的最大諧波含量,正弦波逆變器,在阻性負載下,輸出電壓的最大諧波含量應≤10%。
8、逆變器的過載能力,在規定的條件下,在較短時間內,逆變器輸出超過額定電流值的能力。逆變器的過載能力應在規定的負載功率因數下,滿足一定的要求。
9、逆變器的效率,在額定輸出電壓、輸出電流和規定的負載功率因數下,逆變器輸出有功功率與輸入有功功率(或直流功率)之比。
10、負載功率因數,表征逆變器帶感性負載或容性負載的能力。在正弦波條件下,負載功率因數為0.7~0.9(滯後),額定值為0.9。
11、負載的非對稱性,在10%的非對稱負載下,固定頻率的三相逆變器輸出電壓的非對稱性應≤10%。
12、輸出電壓的不平衡度,在正常工作條件下,逆變器輸出的三相電壓不平衡度(逆序分量對正序分量之比)應不超過一個規定值,一般以%表示,如5%或8%。
13、起動特性,在正常工作條件下,逆變器在滿載負載和空載運行條件下,應能連續5次正常起動。
14、保護功能,逆變器應設定:短路保護、過電流保護、過溫保護、過電壓保護、欠電壓保護及缺相保護。其中過電壓保護是指對於沒電壓穩定措施的逆變器,應有輸出過電壓防護措施,以使負截免受輸出過電壓的損害。過電流保護是指逆變器的過電流保護,應能保證在負載發生短路或電流超過允許值時及時動作,使其免受浪涌電流的損傷。
15、干擾與抗干擾,逆變器應在規定的正常工作條件下,能承受一般環境下的電磁干擾。逆變器的抗干擾性能和電磁兼容性應符合有關標準的規定。
16、不經常操作、監視和維護的逆變器,應≤95db;經常操作、監視和維護的逆變器,應≤80db。
17、顯示,逆變器應設有交流輸出電壓、輸出電流和輸出頻率等參數的數據顯示,並有輸入帶電、通電和故障狀態的信號顯示。
18、通信功能,遠程通信功能能夠讓用戶不必到現場就能查看機器的運轉狀態以及存儲的數據。
19、.輸出電壓的波形失真度,當逆變器輸出電壓為正弦度時,應規定允許的最大波形失真度(或諧波含量)。通常以輸出電壓的總波形失真度表示,其值不應超過5%(單相輸出允許10%)。
20、起動特性,表征逆變器帶負載起動的能力和動態工作時的性能。逆變器應保證在額定負載下可靠起動。
21、噪聲,電力電子設備中的變壓器、濾波電感、電磁開關及風扇等部件均會產生噪聲。逆變器正常運行時,其噪聲應不超過80dB,小型逆變器的噪聲應不超過65dB。

電池特性

PV電池

要開發太陽能逆變器系統,首先得了解太陽能電池(PV電池)的不同特性非常重要。Rp和Rs為寄生電阻,在理想情況下分別為無窮大和零。
光照強度和溫度可大幅影響PV電池的工作特性。電流與光照強度成正比例,但光照的變化對工作電壓的影響很小。然而,工作電壓受溫度影響。電池溫度升高會使工作電壓降低,但對生成的電流影響甚微。下圖說明了溫度和光照對PV模組的影響。
光照強度變化對電池輸出功率的影響要大於溫度變化產生的影響。這對所有常用的PV材料都適用。這兩種效應結合後的重要結果為,PV電池的功率會隨光照強度的降低和/或溫度的升高而降低。

最大功率點(MPP)

太陽能電池可在較寬的電壓和電流範圍內工作。通過將受照射電池上的電阻性負載從零(短路事件)持續增加到很高的值(開路事件),可確定MPP.MPP是V x I達到最大值的工作點,並且在該照射強度下可實現最大功率。發生短路(PV電壓等於零)或開路(PV電流等於零)事件時的輸出功率為零。
高品質的單晶矽太陽能電池在其溫度為25°C時可產生0.60伏開路電壓。在光照充分和空氣溫度為25°C的情況下,給定電池的溫度可能接近於45°C,這會使開路電壓降至約0.55V,隨著溫度的提高,開路電壓持續下降,直至PV模組短路。
電池溫度為45°C時的最大功率通常在80%開路電壓和90%短路電流的條件下產生。電池的短路電流幾乎與照度成正比,而當照度降低80%時開路電壓可能只會降低10%.品質較低的電池在電流增大的情況下電壓會降低得更快,從而將可用的功率輸出從70%降至50%,甚至只有25%。
上圖給出了PV電池板的輸出電流和輸出功率在給定照度下與工作電壓的函式關係。
太陽能微型逆變器必須確保在任何給定時間PV模組都在MPP工作,這樣才能從PV模組獲取最大能量。可使用最大功率點控制環達到該目的,該控制環也稱作最大功率點追蹤器(Maximum Power Point Tracker,MPPT)。實現高比例的MPP追蹤還需要PV輸出電壓紋波足夠小,以便其在最大功率點附近工作時PV電流的變化不會太大。
PV模組的MPP電壓範圍通常可定義在25V至45V的範圍內,發電量約為250W,開路電壓低於50V。

使用與維護

使用

1、嚴格按照逆變器使用維護說明書的要求進行設備的連線和安裝。在安裝時,應認真檢查:線徑是否符合要求;各部件及端子在運輸中有否鬆動;應絕緣處是否絕緣良好;系統的接地是否符合規定。
2、應嚴格按照逆變器使用維護說明書的規定操作使用。尤其是:在開機前要注意輸入電壓是否正常;在操作時要注意開關機的順序是否正確,各表頭和指示燈的指示是否正常。
3、逆變器一般均有斷路、過電流、過電壓、過熱等項目的自動保護,因此在發生這些現象時,無需人工停機;自動保護的保護點,一般在出廠時已設定好,無需再行調整。
4、逆變器機櫃內有高壓,操作人員一般不得打開櫃門,櫃門平時應鎖死。
5、在室溫超過30℃時,應採取散熱降溫措施,以防止設備發生故障,延長設備使用壽命。

維護檢修

1、應定期檢查逆變器各部分的接線是否牢固,有無鬆動現象,尤其應認真檢查風扇、功率模組、輸入端子、輸出端子以及接地等。
2、一旦報警停機,不準馬上開機,應查明原因並修復後再行開機,檢查應嚴格按逆變器維護手冊的規定步驟進行。
3、操作人員必須經過專門培訓,能夠判斷一般故障的產生原因,並能進行排除,例如能熟練地更換保險絲、組件以及損壞的電路板等。未經培訓的人員,不得上崗操作使用設備。
4、如發生不易排除的事故或事故的原因不清,應做好事故詳細記錄,並及時通知逆變器生產廠家給予解決。

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