優(yōu)化光伏系統(tǒng)

太陽能作為一個可再生能源正在持續(xù)發(fā)展，對其的持續(xù)關(guān)注促進了太陽能板的價格降低和效率提升。同時，逆變器、充電器和能量優(yōu)化器之類的平衡系統(tǒng)（BOS）器件已經(jīng)取得了重大進展。本文將介紹影響太陽能BOS效能的新架構(gòu)和元件。

無變壓器的DC/AC逆變器在歐洲廣泛應(yīng)用，但是在美國，這種產(chǎn)品只是最近才在某些地區(qū)被使用。無變壓器的逆變器拓撲結(jié)構(gòu)有很多種，而Fraunhofer研究所開發(fā)的HERIC拓撲表現(xiàn)出了很高的效率。傳統(tǒng)的全橋逆變器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，HERIC拓撲如圖2所示，此圖中還顯示了兩種新的開關(guān)/二極管對。這種拓撲利用獨有的續(xù)流路徑來減小開關(guān)和導(dǎo)通損耗，使效率提升到98%以上。

圖1 用在無變壓器逆變器上的全H橋

圖2 用在無變壓器逆變器上的HERIC拓撲

無變壓器逆變器的優(yōu)勢
無變壓器逆變器有幾種優(yōu)勢。傳統(tǒng)逆變器的變壓器級，要提供電流隔離，因此重量大、價格高且損耗大。即使是帶有超小變壓器的高頻逆變器也有很大的能量損耗，最高能到1%～2%。在持續(xù)減少光伏系統(tǒng)安裝費用的過程中，每一小份能量都很關(guān)鍵。因此，向無變壓器逆變器的過渡會繼續(xù)。

無變壓器逆變器的缺點
無變壓器逆變器也有一些缺點。如前文所說，這種逆變器不包含由變壓器提供的電流隔離，這是一個很重要的安全隱患。然而，集成了完整的安全機制，例如隔離電阻測試和殘余電流檢測，會使得無變壓器逆變器如同變壓器一樣安全。此外，有證據(jù)表明這種逆變器的接地問題會導(dǎo)致薄膜面板，尤其是一些CIGS太陽能面板受到永久的傷害。

逆變器拓撲中常見的是H橋中的開關(guān)。如像上文所提，逆變器設(shè)計正朝著以越來越高的功率來減少電感/電容和變壓器的體積和成本方向發(fā)展。高壓/高頻開關(guān)在太陽能逆變器中是必需的。但是，在高壓/高頻條件下運行MOSFET會導(dǎo)致嚴重的傳導(dǎo)損失。IGBT經(jīng)常被使用是因為它們的傳導(dǎo)損失比MOSFET要低。然而，它們會在關(guān)斷期間會產(chǎn)生尾電流――增加了開關(guān)損耗。

ESBT
ST公司的射極開關(guān)式雙極型二極管（ESBT）提供了很好的解決方案。如圖3所示，ESBT的共基極放大器結(jié)構(gòu)中包含了一個高壓BJT和一個功率MOSFET，整個器件有非常低的導(dǎo)通電壓降。

圖3 帶MOSFET驅(qū)動器的ESBT