太陽能逆變器的應(yīng)用與發(fā)展前景

近年來，太陽能由于具有眾多的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)方面的好處以及久經(jīng)驗(yàn)證的可靠性，因而成為一種主要的再生能源形態(tài)。由于太陽能發(fā)電系統(tǒng)不含運(yùn)動部件，所以系統(tǒng)一旦安裝完成后，實(shí)際上并不需要任何維護(hù)。本文介紹太陽能光伏技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，并重點(diǎn)探討太陽能逆變器的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用前景。

光伏技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

光伏技術(shù)主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

家用并網(wǎng)系統(tǒng)：這是發(fā)達(dá)地區(qū)最流行的家庭和企業(yè)級太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用類型。與本地電網(wǎng)的連接，允許將光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的多余電能輸送至電網(wǎng)，賣給公用機(jī)構(gòu)。當(dāng)沒有太陽時，再從電網(wǎng)輸出電力。逆變器用來將光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電(DC)轉(zhuǎn)換為運(yùn)行一般電氣設(shè)備所需的交流電(AC)。

并網(wǎng)發(fā)電廠：在一個廠區(qū)位置上，這些也并入電網(wǎng)的系統(tǒng)產(chǎn)生大量光伏電能，其容量從幾百千瓦到幾兆瓦。其中一些電廠位于機(jī)場或火車站等大型工業(yè)建筑內(nèi)，這類電廠利用已有的可用空間，補(bǔ)償了高耗能用戶所需的部分電能。

農(nóng)村電氣化離網(wǎng)系統(tǒng)：在不通電的地方，光伏系統(tǒng)通過充電控制器連接到電池?？梢允褂靡粋€逆變器提供交流電源，供普通電器使用。典型的離網(wǎng)應(yīng)用是為偏遠(yuǎn)地區(qū)(如山區(qū)房屋和發(fā)展中國家的地區(qū))供電。農(nóng)村電氣化是指如下兩類應(yīng)用：可滿足一個家庭基本用電需求的小型家用太陽能系統(tǒng)；或可為幾個家庭提供足夠電能、稍大些的小型太陽能電網(wǎng)。

混合系統(tǒng)：太陽能系統(tǒng)可與其它種類的能源(例如生物質(zhì)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電或柴油發(fā)電)組合在一起，以確保持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)電力。混合動力系統(tǒng)可以是并網(wǎng)的、獨(dú)立的或由電網(wǎng)提供后備支持。

離網(wǎng)工業(yè)應(yīng)用：在電信領(lǐng)域，經(jīng)常需要把太陽能發(fā)電用于遠(yuǎn)程應(yīng)用，尤其是在需要將偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)與國內(nèi)其它地區(qū)連接起來的場合。由光伏或混合動力系統(tǒng)供電的移動電話中繼站應(yīng)用，也有很大潛力。其它應(yīng)用還包括：交通信號燈、海航支持系統(tǒng)、保安電話、遠(yuǎn)程照明、公路標(biāo)志和廢水處理廠等。因?yàn)樗鼈兡転槟切╇娏魉筒坏降牡貐^(qū)提供動力，從而避免了鋪設(shè)線網(wǎng)的高成本，所以，目前這些應(yīng)用具有成本優(yōu)勢。

太陽能光伏逆變器

一個典型的太陽能發(fā)電系統(tǒng)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(zhuǎn)化為電能；逆變器將光伏電池板產(chǎn)生的直流電壓轉(zhuǎn)換成可送至電網(wǎng)的交流電壓。因此，逆變器已成為并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的核心部件。

逆變器除應(yīng)具有高效率的DC/AC轉(zhuǎn)換和最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)等特性外，還應(yīng)能滿足所要求的質(zhì)量DD低的總諧波失真(THD)電流、高功率因數(shù)(接近1)和低的電磁干擾水平，提供交流電，盡可能優(yōu)化能源從光伏陣列輸送到電網(wǎng)的過程。此外，逆變器還必須滿足用戶、設(shè)備和電網(wǎng)本身對安全的要求。

逆變器可采用若干種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中之一是使用H橋驅(qū)動的線性變壓器。這是最簡單、最可靠的方式，它可提供電網(wǎng)和直流前端之間的完全隔離。它還規(guī)避了直流電流進(jìn)入電網(wǎng)的這種應(yīng)盡力避免的情況發(fā)生。不過，線性變壓器嚴(yán)重的功率損耗會導(dǎo)致低效率，這是這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)；線性變壓器的大個頭和重量，也是該拓?fù)涞娜毕荨?/p>

利用輸出電感取代笨重的線性變壓器是另一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種方法在所有拓?fù)渲械男首罡?；與采用線性變壓器的逆變器相比，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(diǎn)是，不會在電網(wǎng)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(yán)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(shè)法要把高頻、高效、小巧輕便的變壓器做進(jìn)前端DC/DC轉(zhuǎn)換器。這樣，它不僅提供了電網(wǎng)和光伏電池板之間的電氣隔離，還為逆變器提供了調(diào)節(jié)和受控的直流母線電壓。而且，可以在DC-DC轉(zhuǎn)換器部分實(shí)現(xiàn)MPPT功能是上述方案的另一個好處。逆變器內(nèi)的MPPT系統(tǒng)可確保逆變器在各種天氣條件下，以及在一天內(nèi)的任何時段，始終都工作于光伏電池板可以輸出的最大功率。