用于BIPV系統的直流變換器的研究

摘要：在建筑光伏一體化(BIPV)系統中，集中式能量變換結構以大面積光伏陣列為單位，當受到周?chē)ㄖ锏刃纬傻木植筷幱坝绊憰r(shí)，其輸出功率大大降低，且難以完成最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)。從電路拓撲結構出發(fā)，設計了一款直流模塊式變換器，該變換器增益和能量轉換效率較高。最后構建實(shí)驗模型驗證了變換器可行性。
關(guān)鍵詞：變換器；建筑光伏一體化；直流模塊；高增益

1 引言
太陽(yáng)能光伏發(fā)電以其清潔性、可再生的優(yōu)點(diǎn)受到普遍關(guān)注，并得到了飛速發(fā)展。然而，光伏組件的發(fā)電效率低而成本高，這在一定程度上限制了光伏發(fā)電的普及應用。建筑物具有大量的迎光面積，將光伏發(fā)電系統與建筑物有機結合可降低太陽(yáng)能發(fā)電系統的成本以及系統在遠距離電力傳輸過(guò)程中的電能損耗，縮短能量回收期等。

2 集中式系統電氣結構及光伏陣列特性
2．1 集中式能量變換結構分析
集中式系統是將一定數量的光伏組件串聯(lián)成一定電壓等級的組件串，然后再將一定數量的組件串并聯(lián)成一定容量等級的光伏陣列，后端再接直流控制器完成MPVF功能并進(jìn)行一定的電壓提升，從直流變換器出來(lái)后再接逆變器，完成DC／AC轉換，供給電網(wǎng)或交流負載，如圖1所示。

2．2 光伏陣列特性分析
在BIPV中，建筑物陰影、城市垃圾、飛鳥(niǎo)等難免會(huì )遮擋光伏陣列某一部分，引起陣列中被遮擋部分所在光伏組件通流能力下降，消耗未被遮擋光伏組件發(fā)出的功率，產(chǎn)生熱斑效應，如果光伏組件輸出功率很大，熱斑的溫度超過(guò)一定極限將會(huì )使組件上的焊點(diǎn)熔化并損壞柵線(xiàn)，從而導致該組件損壞。為避免熱斑的產(chǎn)生，通常給每一塊光伏組件并聯(lián)一個(gè)旁路二極管，再將這樣的并聯(lián)組件串聯(lián)成組件串，然后再將組件串并聯(lián)，每一個(gè)并聯(lián)的組件串上串聯(lián)一個(gè)隔離二極管，如圖2所示。

在Matlab／Simulink中模擬仿真4塊峰值功率均為200 W的光伏組件兩串兩并構成的光伏陣列，圖3a為4塊組件溫度25℃，光照強度1 000 W／m2時(shí)的輸出功率曲線(xiàn)，圖3b為某一塊組件光照強度為100 W／m2(模擬受到陰影)時(shí)的輸出功率曲線(xiàn)。
可見(jiàn)，當光伏陣列某一塊組件受到陰影時(shí)，其輸出功率大大減小，并且輸出功率曲線(xiàn)呈現雙峰的特性，存在局部最大功率點(diǎn)。