太阳能逆变器模块

光伏逆变器与一般逆变器的主要区别是什么？

       光伏逆变器和一般逆变器之间的主要区别在于它们的应用环境和设计特点。光伏逆变器是专门用于太阳能光伏系统的逆变器，而一般逆变器则可能用于多种应用，如电力系统、电子设备等。

       以下是光伏逆变器和一般逆变器的主要区别：

       输入特性：

       光伏逆变器：接收直流（DC）输入，通常是由太阳能光伏板产生的直流电。光伏逆变器的任务是将这个直流电转换为交流（AC）电，以便在家庭、商业或工业用途中使用。

       一般逆变器：可能接收不同类型的直流或交流输入，具体取决于应用。它们通常设计用于将直流电源转换为交流电源，但应用范围更广泛。

       设计和性能优化：

       光伏逆变器：在设计上针对太阳能光伏系统进行了优化，考虑到光照条件的变化和最大功率点跟踪（MPPT）的需求，以确保从光伏板获取最大的能量输出。

       一般逆变器：可能被设计为更通用的设备，以满足不同应用的需求，可能不包含针对太阳能光伏系统的特殊优化。

       输出电流波形：

       光伏逆变器：通常要求产生高质量的交流输出，以确保与电网连接时满足标准的电力要求。

       一般逆变器：输出波形的要求可能根据特定应用而异，一些应用对电力质量的要求可能较为宽松。

       连接到电网的能力：

       光伏逆变器：具有功能将太阳能系统产生的电能与电网连接，将多余的电能注入电网或从电网获取能量的能力。

       一般逆变器：可以用于与电网连接，但可能没有光伏逆变器在这方面的专门功能。

我现在在做一个光伏逆变器孤岛检测方面的仿真，中间需要MPPT模块，但MATLAB元件库里没有这种模块，

       可以在Matlab/simulink 仿真工具中实现MPPT。首先基于光伏模块直流物理模型，在matlab 仿真环境下，设计出光伏阵列仿真模型，利用这个模型，不但可以模拟任意太阳辐射强度、环境温度、光伏模块参数、光伏阵列串并联方式组合下的光伏阵列I-V 特性，还可以实现光伏阵列的最大功率跟踪（MPPT）功能。

        首先建立光伏阵列最大功率跟踪数学模型，即光伏阵列在任意太阳辐射强度、及环境温度下的功率表达式，其次求出功率对电压的极值条件dP/dV=0，用迭代法求出超越方程得到最大工作电压Vmax。最后在simulink中编程，实时求解对应任意太阳辐射、环境温度下太阳电池的最大功率点电压Vmp 和电流Imp。

比亚迪逆变模块型号区别

       1、首先 BYDIGBT15M120B：15A/1200V的逆变模块，适用于电动汽车驱动系统。

       2、其次 BYDIGBT25M100A3：25A/1000V的逆变模块，适用于工业控制和太阳能发电系统。

       3、最后BYDIGBT50M120B：50A/1200V的逆变模块，适用于电动汽车驱动系统和工业控制系统。

太阳能逆变器的电池特性

        要开发太阳能逆变器系统，首先得了解太阳能电池（PV电池）的不同特性非常重要。PV电池的模型如图所示。Rp和Rs为寄生电阻，在理想情况下分别为无穷大和零。

       光照强度和温度可大幅影响PV电池的工作特性。电流与光照强度成正比例，但光照的变化对工作电压的影响很小。然而，工作电压受温度影响。电池温度升高会使工作电压降低，但对生成的电流影响甚微。下图说明了温度和光照对PV模块的影响。

       光照强度变化对电池输出功率的影响要大于温度变化产生的影响。这对所有常用的PV材料都适用。这两种效应结合后的重要结果为，PV电池的功率会随光照强度的降低和/或温度的升高而降低。 太阳能电池可在较宽的电压和电流范围内工作。通过将受照射电池上的电阻性负载从零(短路事件)持续增加到很高的值(开路事件)，可确定MPP.MPP是V x I达到最大值的工作点，并且在该照射强度下可实现最大功率。发生短路(PV电压等于零)或开路(PV电流等于零)事件时的输出功率为零。

       高品质的单晶硅太阳能电池在其温度为25°C时可产生0.60伏开路电压。在光照充分和空气温度为25°C的情况下，给定电池的温度可能接近于45°C，这会使开路电压降至约0.55V.随着温度的提高，开路电压持续下降，直至PV模块短路。

       电池温度为45°C时的最大功率通常在80%开路电压和90%短路电流的条件下产生。电池的短路电流几乎与照度成正比，而当照度降低80%时开路电压可能只会降低10%.品质较低的电池在电流增大的情况下电压会降低得更快，从而将可用的功率输出从70%降至50%，甚至只有25%.

       上图给出了PV电池板的输出电流和输出功率在给定照度下与工作电压的函数关系。

       太阳能微型逆变器必须确保在任何给定时间PV模块都在MPP工作，这样才能从PV模块获取最大能量。可使用最大功率点控制环达到该目的，该控制环也称作最大功率点追踪器(Maximum Power Point Tracker，MPPT)。实现高比例的MPP追踪还需要PV输出电压纹波足够小，以便其在最大功率点附近工作时PV电流的变化不会太大。

       PV模块的MPP电压范围通常可定义在25V至45V的范围内，发电量约为250W，开路电压低于50V.

太阳能逆变器是什么？

       太阳能逆变器又称电源调整器、功率调节器，是光伏系统必不可少的一部分。光伏逆变器最主要的功能是把太阳能电池板所发的直流电转化成家电使用的交流电，太阳能电池板所发的电全部都要通过逆变器的处理才能对外输出。[1] 通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率、额定电压等相匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。有了逆变器，就可使用直流蓄电池为电器提供交流电。

太阳能逆变器的特点

       由于建筑的多样性，势必导致太阳能电池板安装的多样性，为了使太阳能的转换效率最高同时又兼顾建筑的外形美观，这就要求我们的逆变器的多样化，来实现最佳方式的太阳能转换. 组串逆变器已成为现在国际市场上最流行的逆变器。组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串（1kW-5kW）通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网。许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点

       与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引入“主-从”的概念，使得在系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。最新的概念为几个逆变器相互组成一个“团队”来代替“主-从”的概念，使得系统的可靠性又进了一步。 太阳能逆变器的效率指由于对可再生能源的需求，太阳能逆变器 (光电逆变器) 的市场正在不断增长。而这些逆变器需要极高的效率和可靠性。对这些逆变器中采用的功率电路进行了考察，并推荐了针对开关和整流器件的最佳选择。光电逆变器的一般结构如图1所示，有三种不同的逆变器可供选择。太阳光照射在通过串联方式连接的太阳能模块上，每一个模块都包含了一组串联的太阳能电池(Solar Cell)单元。太阳能模块产生的直流 (DC) 电压在几百伏的数量级，具体数值根据模块阵列的光照条件、电池的温度及串联模块的数量而定。

       这类逆变器的首要功能是把输入的 DC电压转换为一稳定的值。该功能通过升压转换器来实现，并需要升压开关和升压二极管。在第一种结构中，升压级之后是一个隔离的全桥变换器。全桥变压器的作用是提供隔离。输出上的第二个全桥变换器是用来从第一级的全桥变换器的直流DC变换成交流 (AC) 电压。其输出再经由额外的双触点继电器开关连接到AC电网网络之前被滤波，目的是在故障事件中提供安全隔离及在夜间与供电电网隔离。第二种结构是非隔离方案。其中，AC交流电压由升压级输出的DC电压直接产生。第三种结构利用功率开关和功率二极管的创新型拓扑结构，把升压和AC交流产生部分的功能整合在一个专用拓扑中尽管太阳能电池板的转换效率非常低，让逆变器的效率尽可能接近100% 却非常重要。在德国，安装在朝南屋顶上的3kW串联模块预计每年可发电2550 kWh。若逆变器效率从95% 增加到 96%，每年便可以多发电25kWh。而利用额外的太阳能模块产生这25kWh的费用与增加一个逆变器相当。由于效率从95% 提高到 96% 不会使到逆变器的成本加倍，故对更高效的逆变器进行投资是必然的选择。对新兴设计而言，以最具成本效益地提高逆变器效率是关键的设计准则。至于逆变器的可靠性和成本则是另外两个设计准则。更高的效率可以降低负载周期上的温度波动，从而提高可靠性，因此，这些准则实际上是相关联的。模块的使用也会提高可靠性。 图1所示的所有拓扑都需要快速转换的功率开关。升压级和全桥变换级需要快速转换二极管。此外，专门为低频 (100Hz) 转换而优化的开关对这些拓扑也很有用处。对于任何特定的硅技术，针对快速转换优化的开关比针对低频转换应用优化的开关具有更高的导通损耗。

       升压级一般设计为连续电流模式转换器。根据逆变器所采用的阵列中太阳能模块的数量，来选者使用600V还是1200V的器件。功率开关的两个选择是MOSFET和 IGBT。一般而言，MOSFET比IGBT可以工作在更高的开关频率下。此外，还必须始终考虑体二极管的影响：在升压级的情况下并没有什么问题，因为正常工作模式下体二极管不导通。MOSFET的导通损耗可根据导通阻抗RDS(ON)来计算，对于给定的MOSFET系列，这与有效裸片面积成比例关系。当额定电压从600V 变化到1200V时，MOSFET的传导损耗会大大增加，因此，即使额定RDS(ON) 相当，1200V的 MOSFET也不可用或是价格太高。

       对于额定600V的升压开关，可采用超结MOSFET。对高频开关应用，这种技术具有最佳的导通损耗。TO-220封装、RDS(ON) 值低于100毫欧的MOSFET和采用TO-247封装、RDS(ON) 值低于50毫欧的MOSFET。对于需要1200V功率开关的太阳能逆变器，IGBT是适当的选择。较先进的IGBT技术，比如NPT Trench 和 NPT Field Stop，都针对降低导通损耗做了优化，但代价是较高的开关损耗，这使得它们不太适合于高频下的升压应用。

       在旧有NPT平面技术的基础上开发了一种可以提高高开关频率的升压电路效率的器件FGL40N120AND，具有43uJ/A的EOFF ，比较采用更先进技术器件的EOFF为80uJ/A，但要获得这种性能却非常困难。FGL40N120AND器件的缺点在于饱和压降VCE(SAT) (3.0V 相对于125ºC的 2.1V) 较高，不过它在高升压开关频率下开关损耗很低的优点已足以弥补这一切。该器件还集成了反并联二极管。在正常升压工作下，该二极管不会导通。然而，在启动期间或瞬变情况下，升压电路有可能被驱使进入工作模式，这时该反并联二极管就会导通。由于IGBT本身没有固有的体二极管，故需要这种共封装的二极管来保证可靠的工作。对升压二极管，需要Stealth 或碳硅二极管这样的快速恢复二极管。碳硅二极管具有很低的正向电压和损耗。在选择升压二极管时，必须考虑到反向恢复电流 (或碳硅二极管的结电容) 对升压开关的影响，因为这会导致额外的损耗。在这里，新推出的Stealth II 二极管 FFP08S60S可以提供更高的性能。当VDD=390V、 ID=8A、di/dt=200A/us，且外壳温度为100ºC时，计算得出的开关损耗低于FFP08S60S的参数205mJ。而采用ISL9R860P2 Stealth 二极管，这个值则达225mJ。故此举也提高了逆变器在高开关频率下的效率。 MOSFET全桥滤波之后，输出桥产生一个50Hz的正弦电压及电流信号。一种常见的实现方案是采用标准全桥结构 (图2)。图中若左上方和右下方的开关导通，则在左右终端之间加载一个正电压；右上方和左下方的开关导通，则在左右终端之间加载一个负电压。对于这种应用，在某一时段只有一个开关导通。一个开关可被切换到PWM高频下，另一开关则在50Hz低频下。由于自举电路依赖于低端器件的转换，故低端器件被切换到PWM高频下，而高端器件被切换到50Hz低频下。这应用采用了600V的功率开关，故600V超结MOSFET非常适合这个高速的开关器件。由于这些开关器件在开关导通时会承受其它器件的全部反向恢复电流，因此快速恢复超结器件如600V FCH47N60F是十分理想的选择。它的RDS(ON) 为73毫欧，相比其它同类的快速恢复器件其导通损耗很低。当这种器件在50Hz下进行转换时，无需使用快速恢复特性。这些器件具有出色的dv/dt和di/dt特性，比较标准超结MOSFET可提高系统的可靠性。

       另一个值得探讨的选择是采用FGH30N60LSD器件。它是一颗饱和电压VCE(SAT) 只有1.1V的30A/600V IGBT。其关断损耗EOFF非常高，达10mJ ，故只适合于低频转换。一个50毫欧的MOSFET在工作温度下导通阻抗RDS(ON) 为100毫欧。因此在11A时，具有和IGBT的VCE(SAT) 相同的VDS。由于这种IGBT基于较旧的击穿技术，VCE(SAT) 随温度的变化不大。因此，这种IGBT可降低输出桥中的总体损耗，从而提高逆变器的总体效率。FGH30N60LSD IGBT在每半周期从一种功率转换技术切换到另一种专用拓扑的做法也十分有用。IGBT在这里被用作拓扑开关。在较快速的转换时则使用常规及快速恢复超结器件。对于1200V的专用拓扑及全桥结构，前面提到的FGL40N120AND是非常适合于新型高频太阳能逆变器的开关。当专用技术需要二极管时，Stealth II、Hyperfast II 二极管及碳硅二极管是很好的解决方案。

光伏逆变器上的监控模块损坏有啥后果

       光伏逆变器上的监控模块损坏后果如下：

       1、无法及时发现故障：若逆变器出现故障，但监控模块无法监测到，会延误故障检修时间，增加损失。

       2、无法实时监测发电量：监控模块一般可以采集逆变器的发电量数据，如果监控模块损坏，就无法实时监测发电量，难以评估系统性能和经济效益。

       3、增加维护难度：如果逆变器安装在高处或者遥远的地方，监控模块可以帮助运维人员通过远程监控的方式对设备进行维护，如果监控模块损坏，就需要人工进行巡检和维护，增加了维护难度和成本。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467