基于IGBT光伏發(fā)電逆變電路的設(shè)計

摘要：為滿足高壓大容量逆變系統(tǒng)的要求，設(shè)計采用絕緣柵雙極晶體管IGBT組成逆變電路的光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過對太陽能光伏發(fā)電原理的簡單了解，比較場效應(yīng)管MOSFET和絕緣柵雙極晶體管IGBT構(gòu)成的逆變電路，針對IGBT構(gòu)成的逆變電路中的重要環(huán)節(jié)分別提出改進(jìn)方案來優(yōu)化電路設(shè)計。最終既滿足對高壓大容量系統(tǒng)要求，又可以提高整個系統(tǒng)工作效率，使得整個系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電；逆變電路；絕緣柵雙極晶體管

國內(nèi)外大多數(shù)光伏發(fā)電系統(tǒng)是采用功率場效應(yīng)管MOSFET構(gòu)成的逆變電路。然而隨著電壓的升高，MOSFET的通態(tài)電阻也會隨著增大，在一些高壓大容量的系統(tǒng)中，MOSFET會因其通態(tài)電阻過大而導(dǎo)致增加開關(guān)損耗的缺點。相比之下，絕緣柵雙極晶體管IGBT通態(tài)電流大，正反向組態(tài)電壓比較高，通過電壓來控制導(dǎo)通或關(guān)斷，這些特點使IGBT在中、高壓容量的系統(tǒng)中更具優(yōu)勢，因此采用IGBT構(gòu)成太陽能光伏發(fā)電關(guān)鍵電路的開關(guān)器件，有助于減少整個系統(tǒng)不必要的損耗，使其達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

1 原理
1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
太陽能光伏發(fā)電的實質(zhì)就是在太陽光的照射下，太陽能電池陣列(即PV組件方陣)將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，輸出的直流電經(jīng)由逆變器后轉(zhuǎn)變成用戶可以使用的交流電。原理圖如圖1所示。

逆變器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，因為它是將直流電轉(zhuǎn)化為用戶可以使用的交流電的必要過程，是太陽能和用戶之間相聯(lián)系的必經(jīng)之路。因此要研究太陽能光伏發(fā)電的過程，就需要重點研究逆變電路這一部分。如圖2(a)所示，是采用功率場效應(yīng)管MOSFET構(gòu)成的比較簡單的推挽式逆變電路，其變壓器的中性抽頭接于電源正極，MOSFET的一端接于電源負(fù)極，功率場效應(yīng)管Q1，Q2交替的工作最后輸出交流電力，但該電路的缺點是帶感性負(fù)載的能力差，而且變壓器的效率也較低，因此應(yīng)用起來有一些條件限制。采用絕緣柵雙極晶體管IGBT構(gòu)成的全橋逆變電路如圖2(b)所示。其中Q1和Q2之間的相位相差180°，其輸出交流電壓的值隨Q1和Q2的輸出變化而變化。Q3和Q4同時導(dǎo)通構(gòu)成續(xù)流回路，所以輸出電壓的波形不會受感性負(fù)載的影響，所以克服了由MOSFET構(gòu)成的推挽式逆變電路的缺點，因此采用IGBT構(gòu)成的全橋式逆變電路的應(yīng)用較為廣泛一些。