優(yōu)化光伏系統

太陽(yáng)能作為一個(gè)可再生能源正在持續發(fā)展，對其的持續關(guān)注促進(jìn)了太陽(yáng)能板的價(jià)格降低和效率提升。同時(shí)，逆變器、充電器和能量?jì)?yōu)化器之類(lèi)的平衡系統（BOS）器件已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。本文將介紹影響太陽(yáng)能BOS效能的新架構和元件。

無(wú)變壓器的DC/AC逆變器在歐洲廣泛應用，但是在美國，這種產(chǎn)品只是最近才在某些地區被使用。無(wú)變壓器的逆變器拓撲結構有很多種，而Fraunhofer研究所開(kāi)發(fā)的HERIC拓撲表現出了很高的效率。傳統的全橋逆變器的結構如圖1所示，HERIC拓撲如圖2所示，此圖中還顯示了兩種新的開(kāi)關(guān)/二極管對。這種拓撲利用獨有的續流路徑來(lái)減小開(kāi)關(guān)和導通損耗，使效率提升到98%以上。

圖1 用在無(wú)變壓器逆變器上的全H橋

圖2 用在無(wú)變壓器逆變器上的HERIC拓撲

無(wú)變壓器逆變器的優(yōu)勢
無(wú)變壓器逆變器有幾種優(yōu)勢。傳統逆變器的變壓器級，要提供電流隔離，因此重量大、價(jià)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%。在持續減少光伏系統安裝費用的過(guò)程中，每一小份能量都很關(guān)鍵。因此，向無(wú)變壓器逆變器的過(guò)渡會(huì )繼續。

無(wú)變壓器逆變器的缺點(diǎn)
無(wú)變壓器逆變器也有一些缺點(diǎn)。如前文所說(shuō)，這種逆變器不包含由變壓器提供的電流隔離，這是一個(gè)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(huì )使得無(wú)變壓器逆變器如同變壓器一樣安全。此外，有證據表明這種逆變器的接地問(wèn)題會(huì )導致薄膜面板，尤其是一些CIGS太陽(yáng)能面板受到永久的傷害。

逆變器拓撲中常見(jiàn)的是H橋中的開(kāi)關(guān)。如像上文所提，逆變器設計正朝著(zhù)以越來(lái)越高的功率來(lái)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(kāi)關(guān)在太陽(yáng)能逆變器中是必需的。但是，在高壓/高頻條件下運行MOSFET會(huì )導致嚴重的傳導損失。IGBT經(jīng)常被使用是因為它們的傳導損失比MOSFET要低。然而，它們會(huì )在關(guān)斷期間會(huì )產(chǎn)生尾電流――增加了開(kāi)關(guān)損耗。

ESBT
ST公司的射極開(kāi)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的共基極放大器結構中包含了一個(gè)高壓BJT和一個(gè)功率MOSFET，整個(gè)器件有非常低的導通電壓降。

圖3 帶MOSFET驅動(dòng)器的ESBT