光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)(2章)

1、第二章第二章 光伏系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)光伏系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)主講人：郭文君主講人：郭文君郵箱郵箱 ：QQ : 310876367目目 錄錄2.1 光伏電池原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)光伏電池原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)2.2 逆變器功率器件逆變器功率器件2.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.1 2.1 光伏電池原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)光伏電池原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)組成部分：光伏陣列；功率轉(zhuǎn)換器；功率消耗負(fù)載（電組成部分：光伏陣列；功率轉(zhuǎn)換器；功率消耗負(fù)載（電網(wǎng)或本地負(fù)載）。網(wǎng)或本地負(fù)載）。2.1.1 2.1.1 光伏電池的基本原理光伏電池的基本原理2.1.2 2.1.2 光伏電池的應(yīng)用設(shè)計(jì)光伏電池的應(yīng)用設(shè)計(jì)2.1.1 2.1.1 光伏

2、電池原理的基本原理光伏電池原理的基本原理光伏電池是利用光生伏特效應(yīng)（光伏電池是利用光生伏特效應(yīng)（Photovoltaic Photovoltaic EffectEffect，簡(jiǎn)稱光伏效應(yīng)）把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿?，?jiǎn)稱光伏效應(yīng)）把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷０l(fā)電工程上廣泛使用的光電轉(zhuǎn)換器件主器件。發(fā)電工程上廣泛使用的光電轉(zhuǎn)換器件主要是硅光伏電池。要是硅光伏電池。硅光伏電池硅光伏電池單晶硅（效率最高，成本高，單晶硅（效率最高，成本高，工藝技術(shù)成熟，普遍應(yīng)用）工藝技術(shù)成熟，普遍應(yīng)用）多晶硅（硅使用量少，無效多晶硅（硅使用量少，無效率消退問題，成本低，前景率消退問題，成本低，前景好）好）非晶硅（較高的轉(zhuǎn)化效率，

3、非晶硅（較高的轉(zhuǎn)化效率，較低的成本，重量輕，有著較低的成本，重量輕，有著極大潛力；穩(wěn)定性不高，影極大潛力；穩(wěn)定性不高，影響大規(guī)模使用）響大規(guī)模使用）2.1.1 2.1.1 光伏電池的基本原理光伏電池的基本原理光生伏特效應(yīng)（光生伏特效應(yīng)（Photovoltaic EffectPhotovoltaic Effect）光生伏特效應(yīng)原理圖光生伏特效應(yīng)原理圖關(guān)鍵因素關(guān)鍵因素(1)光伏電池內(nèi)部具有PN結(jié)，在兩種半導(dǎo)體相互接觸部位具有空間電荷區(qū)，形成內(nèi)電場(chǎng)。(2)光子的吸收能夠在半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電子空穴對(duì)（EHP）。(3)電子空穴對(duì)能夠在內(nèi)部靜電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生分離，由少數(shù)載流子變?yōu)槎鄶?shù)載流子，使光伏電池板的外

4、接觸面產(chǎn)生電勢(shì)差。光的照射在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生電子空穴對(duì)，光的照射在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生電子空穴對(duì)，這些電子空穴對(duì)在這些電子空穴對(duì)在pnpn結(jié)的電場(chǎng)作用下產(chǎn)生結(jié)的電場(chǎng)作用下產(chǎn)生分離運(yùn)動(dòng)，其中電子能夠移向分離運(yùn)動(dòng)，其中電子能夠移向N N區(qū)，空穴能區(qū)，空穴能夠移向夠移向P P區(qū)，導(dǎo)致在外部端子上呈現(xiàn)電壓并區(qū)，導(dǎo)致在外部端子上呈現(xiàn)電壓并可通過外部電路產(chǎn)生電流，這就是光生伏可通過外部電路產(chǎn)生電流，這就是光生伏特效應(yīng)。特效應(yīng)。2.1.1 2.1.1 光伏電池的基本原理光伏電池的基本原理光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型圖中，Isc代表在光伏電池中激發(fā)的電流，這個(gè)量取決于輻照度、電池面積和本體溫度T。IVD為通過

5、PN結(jié)的總擴(kuò)散電流，其方向與Isc相反，表達(dá)式如式2-1。Rs是串聯(lián)電阻，Rsh是旁路電阻，一般光伏電池串聯(lián)電阻Rs很小，并聯(lián)電阻Rsh很大。) 1(AKTqEDOVDeII注解注解（2-12-1）（1 1）式中，q為電子電荷，1.6*10-19C；K為玻爾茲曼常數(shù)，1.38*10-23J/K;A為常數(shù)因子（正偏電壓大時(shí)A值為1，正偏電壓小時(shí)為2）。（2 2）Rs主要是由電池的體電阻、表面電阻、電極導(dǎo)體電阻與硅表面間接接觸電阻所組成。Rsh是由硅片的邊緣不清潔或體內(nèi)的缺陷引起的。（3 3）shsLLAKTRIUqDOscLRRIUeIIIsLL) 1()(（2-22-2）) 1(AKTqUDO

6、scLLeIII（2-32-3）2.1.1 2.1.1 光伏電池的基本原理光伏電池的基本原理光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型) 1ln(DOLscLIIIqAKTU（2-42-4）0LRLR)ln() 1ln(DOscDOscocIIqAKTIIqAKTU（2-52-5）式（2-32-3）scLII （2-62-6）太陽(yáng)能電池輸出太陽(yáng)能電池輸出I-UI-U特性隨日照溫度的變化特性隨日照溫度的變化開路電壓開路電壓Uoc隨輻照度的變化不明顯，而隨輻照度的變化不明顯，而短路電流短路電流Isc則隨輻照度有明顯變化。開路則隨輻照度有明顯變化。開路電壓電壓Uoc線性地隨溫度變化，短路電流線性地隨溫度變化，

7、短路電流Isc隨溫度有微弱的變化。隨溫度有微弱的變化。2.1.1 2.1.1 光伏電池的基本原理光伏電池的基本原理光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型太陽(yáng)能電池輸出太陽(yáng)能電池輸出P-UP-U特性隨日照溫度的變化特性隨日照溫度的變化溫度保持不變，最大功率點(diǎn)功率隨光照浮動(dòng)有明顯變化，具體表現(xiàn)為光照降低最大功率點(diǎn)功率下降；光照保持不變，最大功率點(diǎn)功率隨溫度也有很大變化，具體表現(xiàn)為，溫度降低最大功率點(diǎn)功率升高。光伏電池板的外部特性曲線，直觀地反映了光伏電池板的性能參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有應(yīng)用價(jià)值。從特性曲線上可以看出光伏電池隨輻照度和溫度變化的趨勢(shì)，且可以看出光伏電池既非恒流源，也非恒壓源，而是一個(gè)非線性的直

8、流電源。在應(yīng)用光伏電池板時(shí)，總希望在一定光照與溫度下獲取光伏電池板的最大輸出功率Pm，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流，稱為最大功率點(diǎn)電流Im，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓，稱為最大功率點(diǎn)電壓Um。尋找最大功率點(diǎn)的這一過程，我們稱其為最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT。2.1.2 2.1.2 光伏電池應(yīng)用設(shè)計(jì)光伏電池應(yīng)用設(shè)計(jì)光伏組件使用前測(cè)試光伏組件使用前測(cè)試1 1、光伏電池組件的電性能測(cè)試、光伏電池組件的電性能測(cè)試一般應(yīng)該在規(guī)定光源的光譜（一般應(yīng)該在規(guī)定光源的光譜（AM1.5AM1.5）、標(biāo)準(zhǔn)輻照度（）、標(biāo)準(zhǔn)輻照度（1000W/s1000W/s2 2）以及一定的電池）以及一定的電池溫度（溫度（2525o oC C）條件下，使用專用

9、儀器對(duì)開路電壓、短路電流、伏安特性曲線和最）條件下，使用專用儀器對(duì)開路電壓、短路電流、伏安特性曲線和最大輸出功率等進(jìn)行測(cè)量。沒有專用儀器時(shí)，可使用萬用表對(duì)光伏電池組件進(jìn)行粗大輸出功率等進(jìn)行測(cè)量。沒有專用儀器時(shí)，可使用萬用表對(duì)光伏電池組件進(jìn)行粗測(cè)，即在戶外較好陽(yáng)光下，用電壓檔直接接正負(fù)極測(cè)其開路電壓，用電流檔測(cè)器測(cè)，即在戶外較好陽(yáng)光下，用電壓檔直接接正負(fù)極測(cè)其開路電壓，用電流檔測(cè)器短路電流。短路電流。2 2、耐高壓絕緣測(cè)試、耐高壓絕緣測(cè)試用用500V500V或者或者1000V1000V絕緣電阻表來測(cè)量。絕緣電阻表一段接在電極上，一端接在組絕緣電阻表來測(cè)量。絕緣電阻表一段接在電極上，一端接在組件的

10、金屬框架上，絕緣電阻表顯示的電阻值應(yīng)該不件的金屬框架上，絕緣電阻表顯示的電阻值應(yīng)該不小于小于50M50M而接近無窮大而接近無窮大。3 3、光伏電池組件的環(huán)境試驗(yàn)、光伏電池組件的環(huán)境試驗(yàn)兩種試驗(yàn)方法：一是兩種試驗(yàn)方法：一是實(shí)地試驗(yàn)法實(shí)地試驗(yàn)法；二是；二是環(huán)境模擬試驗(yàn)法環(huán)境模擬試驗(yàn)法；實(shí)地試驗(yàn)法即把組件長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，定期觀察和測(cè)量電性能參數(shù)，檢查實(shí)地試驗(yàn)法即把組件長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，定期觀察和測(cè)量電性能參數(shù)，檢查元件、材料的老化和電性能的衰降情況。環(huán)境模擬試驗(yàn)法是用人工方法創(chuàng)造自然元件、材料的老化和電性能的衰降情況。環(huán)境模擬試驗(yàn)法是用人工方法創(chuàng)造自然環(huán)境中的各種典型條件，對(duì)組件進(jìn)行試驗(yàn)和

11、性能檢查。環(huán)境中的各種典型條件，對(duì)組件進(jìn)行試驗(yàn)和性能檢查。2.1.2 2.1.2 光伏電池應(yīng)用設(shè)計(jì)光伏電池應(yīng)用設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)方法光伏系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)方法按照用戶要求和負(fù)載的用電量及技術(shù)條件按照用戶要求和負(fù)載的用電量及技術(shù)條件計(jì)算光伏電池組件的串、并聯(lián)數(shù)。串聯(lián)數(shù)計(jì)算光伏電池組件的串、并聯(lián)數(shù)。串聯(lián)數(shù)由光伏陣列的工作電壓決定，應(yīng)考慮蓄電由光伏陣列的工作電壓決定，應(yīng)考慮蓄電池的浮充電壓、線路損耗以及溫度變化對(duì)池的浮充電壓、線路損耗以及溫度變化對(duì)光伏電池的影響等因素。在光伏電池組件光伏電池的影響等因素。在光伏電池組件的串聯(lián)數(shù)確定之后，即可按照氣象臺(tái)提供的串聯(lián)數(shù)確定之后，即可按照氣象臺(tái)提供的太陽(yáng)年輻射總

12、量或日照時(shí)數(shù)的的太陽(yáng)年輻射總量或日照時(shí)數(shù)的1010年平均年平均值計(jì)算確定光伏電池組件的并聯(lián)數(shù)。基本值計(jì)算確定光伏電池組件的并聯(lián)數(shù)?；竟饺缦拢汗饺缦拢海┙M件日輸出（）日平均負(fù)載（并聯(lián)的組件數(shù)量hAhA）組件電壓（）系統(tǒng)電壓（串聯(lián)的組件數(shù)量VV光伏組件和陣列設(shè)計(jì)的修正光伏組件和陣列設(shè)計(jì)的修正1 1）將光伏電池組件輸出降低）將光伏電池組件輸出降低10%10%：實(shí)際應(yīng)：實(shí)際應(yīng)用中，受環(huán)境因素影響，如泥土、灰塵覆用中，受環(huán)境因素影響，如泥土、灰塵覆蓋，光伏組件輸出會(huì)降低。同時(shí)，組件老蓋，光伏組件輸出會(huì)降低。同時(shí)，組件老化也會(huì)使輸出降低?；矔?huì)使輸出降低。2 2）將負(fù)載增加）將負(fù)載增加10%10%以

13、應(yīng)付蓄電池的庫(kù)倫效以應(yīng)付蓄電池的庫(kù)倫效應(yīng)：在蓄電池充放電過程中，鉛酸蓄電池應(yīng)：在蓄電池充放電過程中，鉛酸蓄電池會(huì)電解水，產(chǎn)生氣體溢出，這也就是說光會(huì)電解水，產(chǎn)生氣體溢出，這也就是說光伏電池組件產(chǎn)生的電流中將有一部分不能伏電池組件產(chǎn)生的電流中將有一部分不能轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存起來而是耗散掉了。轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存起來而是耗散掉了。完整計(jì)算公式如下：完整計(jì)算公式如下：衰減因子）組件日輸出（日平均負(fù)載并聯(lián)組件數(shù)量hA)hA(2.2 逆變器功率器件逆變器功率器件目目 錄錄2.1 光伏電池原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)光伏電池原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)2.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.2 2.2 電力電子器件電力電子器件2.2.1

14、2.2.1 電力二極管電力二極管最簡(jiǎn)單的電力電子器件最簡(jiǎn)單的電力電子器件2.2.2 2.2.2 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管Power MOSFETPower MOSFET2.2.3 2.2.3 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBTIGBT2.2.1 2.2.1 電力二極管電力二極管 電力二極管電力二極管（Power Diode）自自20世紀(jì)世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用，年代初期就獲得應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，直到現(xiàn)在電力二極管仍然大量應(yīng)用其結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，直到現(xiàn)在電力二極管仍然大量應(yīng)用于許多電氣設(shè)備當(dāng)中。于許多電氣設(shè)備當(dāng)中。 在采用全控型器件的電路中電力二極管往往是不

15、可缺少的，特別在采用全控型器件的電路中電力二極管往往是不可缺少的，特別是開通和關(guān)斷速度很快的是開通和關(guān)斷速度很快的快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管和和肖特基二極管肖特基二極管，具有不可，具有不可替代的地位。替代的地位。2.2.1 2.2.1 電力二極管電力二極管電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣符號(hào)電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣符號(hào) a)外形外形 b)基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) c)電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào) 電力二極管是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)的，實(shí)際上是由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。 從外形上看，可以有螺栓型、平板型等多種封裝。電力二極管工作原理電力二極管工作原理2.2.1 2.2.1 電力二極管電力二

16、極管 二極管的基本原理二極管的基本原理PN結(jié)的結(jié)的單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?當(dāng)當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓（正向偏置）時(shí)，在外電路上則結(jié)外加正向電壓（正向偏置）時(shí)，在外電路上則形成自形成自P區(qū)流入而從區(qū)流入而從N區(qū)流出的電流，稱為區(qū)流出的電流，稱為正向電流正向電流IF，這就是這就是PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)。結(jié)的正向?qū)顟B(tài)。 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)（反向偏置）時(shí)，反向偏置的結(jié)外加反向電壓時(shí)（反向偏置）時(shí)，反向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為結(jié)表現(xiàn)為高阻態(tài)高阻態(tài)，幾乎沒有電流流過，被稱為反向截，幾乎沒有電流流過，被稱為反向截止?fàn)顟B(tài)。止?fàn)顟B(tài)。 PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力，但當(dāng)施加的反向電結(jié)具有一定的反向耐壓能力，但當(dāng)施加的

17、反向電壓過大，反向電流將會(huì)急劇增大，破壞壓過大，反向電流將會(huì)急劇增大，破壞PN結(jié)反向偏置為結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)，這就叫截止的工作狀態(tài)，這就叫反向擊穿反向擊穿。 按照機(jī)理不同有按照機(jī)理不同有雪崩擊穿雪崩擊穿和和齊納擊穿齊納擊穿兩種形式兩種形式 。 反向擊穿發(fā)生時(shí)，采取了措施將反向電流限制在一定反向擊穿發(fā)生時(shí)，采取了措施將反向電流限制在一定范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，PN結(jié)仍可恢復(fù)原來的狀態(tài)。結(jié)仍可恢復(fù)原來的狀態(tài)。 否則否則PN結(jié)因過熱而燒毀，這就是結(jié)因過熱而燒毀，這就是熱擊穿熱擊穿。 電力二極管工作原理電力二極管工作原理2.2.1 2.2.1 電力二極管電力二極管 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 稱為稱

18、為結(jié)電容結(jié)電容CJ，又稱為，又稱為微分電容微分電容。 按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB和和擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD 。 勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用，外加勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用，外加電壓頻率越高，勢(shì)壘電容作用越明顯。在正向偏電壓頻率越高，勢(shì)壘電容作用越明顯。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢(shì)壘電容為主。置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢(shì)壘電容為主。 擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用。正向電壓較擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用。正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分。高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分。 結(jié)電容影響結(jié)電容影響PN結(jié)的結(jié)的工作頻率工作頻率，特

19、別是在高速開，特別是在高速開關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾睿踔敛魂P(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾?，甚至不能工作。能工作。電力二極管工作原理電力二極管工作原理2.2.1 2.2.1 電力二極管電力二極管電力二極管的伏安特性圖電力二極管的伏安特性圖靜態(tài)特性主要是指其伏安特性正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓即為其正向電壓降UF。承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。電力二極管基本特性電力二極管基本特性2.2.1 2.2.1 電力二極管電力二極管aIFUFtFt0trrtdtft1t2tURdi

20、FdtdiRdtubUFPiiFuFtfrt02V 電力二極管的動(dòng)態(tài)過程波形 a) 正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 b) 零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置 動(dòng)態(tài)特性 因?yàn)榻Y(jié)電容的存在，電壓電流特性是隨時(shí)間變化的，這就是電力二極管的動(dòng)態(tài)特性，并且往往專指反映通態(tài)和斷態(tài)之間轉(zhuǎn)換過程的開關(guān)特性。由正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 電力二極管并不能立即關(guān)斷，而是須經(jīng)過一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。 在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。 延遲時(shí)間：td=t1-t0 電流下降時(shí)間：tf =t2- t1 反向恢復(fù)時(shí)間：trr=td+ tf 恢復(fù)特性的軟度： tf /td，或稱恢復(fù)系 數(shù)，用

21、Sr表示。t0:正向電流降為零的時(shí)刻t1:反向電流達(dá)最大值的時(shí)刻t2:電流變化率接近于零的時(shí)刻IRPURP電力二極管基本特性電力二極管基本特性2.2.1 2.2.1 電力二極管電力二極管電力二極管的動(dòng)態(tài)過程波形零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置 由零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置 先出現(xiàn)一個(gè)過沖UFP，經(jīng)過一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如2V）。 正向恢復(fù)時(shí)間tfr 出現(xiàn)電壓過沖的原因:電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用所需的大量少子需要一定的時(shí)間來儲(chǔ)存，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通之前管壓降較大；正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，UFP越高。 電力二極管基本特性電力二極管基本特性2.2.1 2.2.1 電力二極

22、管電力二極管正向平均電流正向平均電流IF(AV) 指電力二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱殼指電力二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱殼溫，用溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過的最大表示）和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正工頻正弦半波電流弦半波電流的平均值。的平均值。 IF(AV)是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，使用時(shí)應(yīng)按是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，使用時(shí)應(yīng)按有有效值相等效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。正向壓降正向壓降UF 指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向穩(wěn)態(tài)正

23、向電流電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM 指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。 使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)留有使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)留有兩倍兩倍的裕量。的裕量。 電力二極管主要參數(shù)電力二極管主要參數(shù)2.2.1 2.2.1 電力二極管電力二極管電力二極管主要參數(shù)電力二極管主要參數(shù)最高工作結(jié)溫最高工作結(jié)溫TJM 結(jié)溫是指管芯結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用結(jié)的平均溫度，用TJ表表示。示。 最高工作結(jié)溫是指在最高工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的提下所能承受的最高平均溫度最高平均溫度。 TJM通常

24、在通常在125175 C范圍之內(nèi)。范圍之內(nèi)。反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間trr浪涌電流浪涌電流IFSM 指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過電流工頻周期的過電流。2.2.2 2.2.2 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管分為結(jié)型和絕緣柵型，通常主要指絕緣柵型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET），簡(jiǎn)稱電力MOSFET（Power MOSFET）。 驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要驅(qū)動(dòng)的功率??；開關(guān)速度快，工作頻率高；驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要驅(qū)動(dòng)的功率小；開關(guān)速度快，工作頻率高；電流容量小，耐壓低，多用于功率不超

25、過電流容量小，耐壓低，多用于功率不超過10kW的電力電子裝置中。的電力電子裝置中。2.2.2 2.2.2 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 電力電力MOSFET的種類的種類 按導(dǎo)電溝道可分為按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和溝道和N溝道。溝道。 當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝 道的稱為道的稱為耗盡型耗盡型。 對(duì)于對(duì)于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道的稱為）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道的稱為增強(qiáng)型增強(qiáng)型。 在電力在電力MOSFET中，主要是中，主要是N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型。 電力電力MOSFETMOSFET的結(jié)構(gòu)和工

26、作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.2 2.2.2 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電力MOSFETMOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 是是單極單極型晶體管。型晶體管。 結(jié)構(gòu)上與小功率結(jié)構(gòu)上與小功率MOS管有較管有較大區(qū)別，小功率大區(qū)別，小功率MOS管是管是橫向橫向?qū)щ娖骷娏?dǎo)電器件，而電力MOSFET大大都采用了都采用了垂直垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，所以導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，所以又稱為又稱為VMOSFET（Vertical MOSFET），這大大提高了），這大大提高了MOSFET器件的器件的耐壓耐壓和和耐電流耐電流能力。能力。 電力電力MOSFET也是也是多元集成多元集成結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。N+GSDP 溝道b)N+N-SGDP

27、PN+N+N+溝道a)GSDN 溝道圖1-19電力MOSFET的結(jié)構(gòu) 和電氣圖形符號(hào) a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 a) b) 電氣圖形符號(hào)2.2.2 2.2.2 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電力MOSFETMOSFET的工作原理的工作原理 截止：當(dāng)截止：當(dāng)漏源漏源極間接正電壓，極間接正電壓，柵極柵極和和源極源極間電壓為間電壓為零零時(shí)，時(shí)，P基區(qū)與基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)結(jié)J1反偏反偏，漏源極之間，漏源極之間無電流流過。無電流流過。 導(dǎo)通導(dǎo)通 在在柵極柵極和和源極源極之間加一之間加一正電壓正電壓UGS，正電壓會(huì)將其下面，正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將區(qū)中的空穴

28、推開，而將P區(qū)中的少子區(qū)中的少子電子吸引到柵電子吸引到柵極下面的極下面的P區(qū)表面。區(qū)表面。 當(dāng)當(dāng)UGS大于某一電壓值大于某一電壓值UT時(shí)，使時(shí)，使P型半導(dǎo)體反型成型半導(dǎo)體反型成N型型半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體，該反型層反型層形成形成N溝道而使溝道而使PN結(jié)結(jié)J1消失，漏極和源消失，漏極和源極導(dǎo)電。極導(dǎo)電。 UT稱為稱為開啟電壓（或閾值電壓）開啟電壓（或閾值電壓），UGS超過超過UT越多，越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，漏極電流導(dǎo)電能力越強(qiáng)，漏極電流ID越大。越大。 2.2.2 2.2.2 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電力MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 指漏極

29、電流指漏極電流ID和柵源間電壓和柵源間電壓UGS的關(guān)的關(guān)系。系。 ID較大時(shí)，較大時(shí)，ID與與UGS的關(guān)系近似線性的關(guān)系近似線性，曲線的斜率被定義為，曲線的斜率被定義為MOSFET的的跨跨導(dǎo)導(dǎo)Gfs，即，即 是電壓控制型器件，其輸入阻抗極高，輸入電流非常小。GSDfsddUIG 電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性2.2.2 2.2.2 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電力MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性輸出特性 是MOSFET的漏極伏安特性。 截止區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū)）、飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū)）、非飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的飽和區(qū)）三個(gè)區(qū)域，飽和是指漏源電壓增加時(shí)漏極電流不再增加

30、，非飽和是指漏源電壓增加時(shí)漏極電流相應(yīng)增加。 工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。本身結(jié)構(gòu)所致，漏極和源極之間形成了一個(gè)與MOSFET反向并聯(lián)的寄生二極管。電力MOSFET的輸出特性 2.2.2 2.2.2 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電力MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性信號(hào)信號(hào)RsRGRFRLiDuGSupiD+UEup為矩形脈沖電壓信號(hào)源，Rs為信號(hào)源內(nèi)阻，RG為柵極電阻，RL為漏極負(fù)載電阻，RF用于檢測(cè)漏極電流。 (a)(b)電力MOSFET的開關(guān)過程 a)測(cè)試電路 b) 開關(guān)過程波形動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 開通過程開通過程 開通延遲時(shí)間開通延遲時(shí)間td(on

31、) 電流上升時(shí)間電流上升時(shí)間tr 電壓下降時(shí)間電壓下降時(shí)間tfv 開通時(shí)間開通時(shí)間ton= td(on)+tr+ tfv 關(guān)斷過程關(guān)斷過程 關(guān)斷延遲時(shí)間關(guān)斷延遲時(shí)間td(off) 電壓上升時(shí)間電壓上升時(shí)間trv 電流下降時(shí)間電流下降時(shí)間tfi 關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間toff = td(off)+trv+tfi 2.2.2 2.2.2 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電力MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性不存在不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)少子儲(chǔ)存效應(yīng)，因而其關(guān)斷過程是，因而其關(guān)斷過程是非常迅速的。非常迅速的。開關(guān)時(shí)間在開關(guān)時(shí)間在10100ns之間，其工作頻率可之間，其工作頻率可達(dá)達(dá)100kHz以上

32、，是主要電力電子器件中最高以上，是主要電力電子器件中最高的。的。在開關(guān)過程中需要對(duì)輸入電容充放電，仍在開關(guān)過程中需要對(duì)輸入電容充放電，仍需要一定的需要一定的驅(qū)動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)功率，開關(guān)頻率越高，所需，開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。要的驅(qū)動(dòng)功率越大。 2.2.2 2.2.2 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電力MOSFETMOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù) 跨導(dǎo)跨導(dǎo)Gfs、開啟電壓、開啟電壓UT以及開關(guān)過程中的各以及開關(guān)過程中的各時(shí)間參數(shù)時(shí)間參數(shù)。 漏極電壓漏極電壓UDS 標(biāo)稱電力標(biāo)稱電力MOSFET電壓定額的參數(shù)。電壓定額的參數(shù)。 漏極直流電流漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值和漏極脈沖電流

33、幅值IDM 標(biāo)稱電力標(biāo)稱電力MOSFET電流定額的參數(shù)。電流定額的參數(shù)。 柵源電壓柵源電壓UGS 柵源之間的絕緣層很薄，柵源之間的絕緣層很薄， UGS 20V將導(dǎo)致絕緣層將導(dǎo)致絕緣層 擊穿。擊穿。 極間電容極間電容 CGS、CGD和和CDS。 漏源間的漏源間的耐壓耐壓、漏極最大允許、漏極最大允許電流電流和最大和最大耗散功率耗散功率決決 定了電力定了電力MOSFET的安全工作區(qū)。的安全工作區(qū)。 2.2.3 2.2.3 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管GTR和GTO是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)，但開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。而電力MOSFET是單極型電

34、壓驅(qū)動(dòng)器件，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolar TransistorIGBT）綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，因而具有良好的特性。2.2.3 2.2.3 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是三端器件，具有是三端器件，具有柵極柵極G、集集電極電極C和和發(fā)射極發(fā)射極E。簡(jiǎn)化等效電路表明，簡(jiǎn)化等效電路表明，IGBT是是用用GTR與與MOSFET組成的組成的達(dá)達(dá)林頓林頓結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)由結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶晶體管。體管。 IGBT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電

35、路和電氣圖形符號(hào)a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 簡(jiǎn)化等效電路 c) 電氣圖形符號(hào)RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻 IGBTIGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.3 2.2.3 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBTIGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 IGBT的工作原理的工作原理 其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的。決定的。 當(dāng)當(dāng)UGE為正且大于開啟電壓為正且大于開啟電壓UGE(th)時(shí)，時(shí)，MOSFET內(nèi)形內(nèi)形 成溝道，并為晶體管提供基極電流進(jìn)而使成溝道，并為晶體管提供基極電流進(jìn)而使IGBT導(dǎo)通。導(dǎo)通。 當(dāng)柵極與發(fā)射極間施加反向電

36、壓或不加信號(hào)時(shí)，當(dāng)柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得得IGBT關(guān)斷。關(guān)斷。 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得電阻電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得電阻RN減小，這樣高耐壓的減小，這樣高耐壓的IGBT也也具有很小的具有很小的通態(tài)壓降通態(tài)壓降。 2.2.3 2.2.3 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBTIGBT的基本特性的基本特性IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 IGBT的基本特性 靜態(tài)特性 轉(zhuǎn)移特性 描述的是集電極電流 IC與柵射電壓UGE之間的關(guān)系。 開啟電壓UGE(th)是IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵

37、射電壓，隨溫度升高而略有下降。2.2.3 2.2.3 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBTIGBT的基本特性的基本特性IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 b) 輸出特性 輸出特性（伏安特性） 描述的是以柵射電壓為參考變量時(shí)，集電極電流IC與集射極間電壓UCE之間的關(guān)系。 分為三個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。 在電力電子電路中，IGBT工作在開關(guān)狀態(tài)，因而是在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。 2.2.3 2.2.3 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBTIGBT的參數(shù)的參數(shù) 前面提到的各參數(shù)。前面提到的各參數(shù)。 最大集射極間電壓最大集射極間電壓UCES 由器件內(nèi)部的由器件內(nèi)部的PNP晶體管

38、所能承受的擊穿電晶體管所能承受的擊穿電壓所確定的。壓所確定的。 最大集電極電流最大集電極電流 包括額定直流電流包括額定直流電流IC和和1ms脈寬最大電流脈寬最大電流IC。 最大集電極功耗最大集電極功耗PCM 在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。 2.2.3 2.2.3 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下：的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下： 開關(guān)速度開關(guān)速度高，高，開關(guān)損耗開關(guān)損耗小。小。 在相同電壓和電流定額的情況下，在相同電壓和電流定額的情況下，IGBT的的安安全工作區(qū)全工作區(qū)比比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的大，而且具有

39、耐脈沖電流沖擊的能力。能力。 通態(tài)壓降通態(tài)壓降比比MOSFET低，特別是在電流較低，特別是在電流較大的區(qū)域。大的區(qū)域。 輸入阻抗輸入阻抗高，其輸入特性與電力高，其輸入特性與電力MOSFET類類似。似。 與電力與電力MOSFET和和GTR相比，相比，IGBT的的耐壓耐壓和和通流能力通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開關(guān)頻率開關(guān)頻率高高的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。 2.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.2 逆變器功率器件逆變器功率器件目目 錄錄2.1 光伏電池原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)光伏電池原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)2.3 2.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.3.1

40、2.3.1 集中式結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu)2.3.2 2.3.2 交流模塊式結(jié)構(gòu)交流模塊式結(jié)構(gòu)2.3.3 2.3.3 串型結(jié)構(gòu)串型結(jié)構(gòu)2.3.4 2.3.4 多支路結(jié)構(gòu)多支路結(jié)構(gòu)2.3.5 2.3.5 主從結(jié)構(gòu)主從結(jié)構(gòu)2.3.6 2.3.6 直流模塊式結(jié)構(gòu)直流模塊式結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)光伏系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系，光伏系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系，一般分為離網(wǎng)光伏系統(tǒng)和光伏一般分為離網(wǎng)光伏系統(tǒng)和光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。離網(wǎng)系統(tǒng)不與電網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)。離網(wǎng)系統(tǒng)不與電網(wǎng)相連，作為一種移動(dòng)電源給本相連，作為一種移動(dòng)電源給本地負(fù)載供電。并網(wǎng)系統(tǒng)，與電地負(fù)載供電。并網(wǎng)系統(tǒng)，與電網(wǎng)相連，可為電力系統(tǒng)提供有網(wǎng)相連，可為電力系統(tǒng)提

41、供有功和無功電能。主流應(yīng)用方式功和無功電能。主流應(yīng)用方式是光伏并網(wǎng)發(fā)電方式。是光伏并網(wǎng)發(fā)電方式。光伏系統(tǒng)追求最大的發(fā)電功率輸出，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)電功光伏系統(tǒng)追求最大的發(fā)電功率輸出，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)電功率有著直接的影響：一方面，光伏陣列的分布方式會(huì)對(duì)率有著直接的影響：一方面，光伏陣列的分布方式會(huì)對(duì)發(fā)電功率產(chǎn)生重要影響；而另一方面，逆變器的結(jié)構(gòu)也發(fā)電功率產(chǎn)生重要影響；而另一方面，逆變器的結(jié)構(gòu)也將隨功率等級(jí)的不同而發(fā)生變化。根據(jù)光伏陣列的不同將隨功率等級(jí)的不同而發(fā)生變化。根據(jù)光伏陣列的不同分布以及功率等級(jí)，將分布以及功率等級(jí)，將光伏并網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)分為分為6 6種：集種：集中式、交流模塊式、串型

42、、多支路、主從和直流模塊式。中式、交流模塊式、串型、多支路、主從和直流模塊式。2.3 2.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu)示意圖集中式結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：將所有光伏組件通過串并聯(lián)構(gòu)成光伏：將所有光伏組件通過串并聯(lián)構(gòu)成光伏陣列，產(chǎn)生一個(gè)足夠高的直流電壓，然后通陣列，產(chǎn)生一個(gè)足夠高的直流電壓，然后通過一個(gè)并網(wǎng)逆變器集中將直流轉(zhuǎn)換為交流并過一個(gè)并網(wǎng)逆變器集中將直流轉(zhuǎn)換為交流并把能量輸入電網(wǎng)。把能量輸入電網(wǎng)。特點(diǎn)特點(diǎn)：一般用于：一般用于10kW10kW以上較大功率的光伏并以上較大功率的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)只采用一臺(tái)并網(wǎng)逆變器，網(wǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)只采用一臺(tái)并網(wǎng)逆變器

43、，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且逆變器效率較高簡(jiǎn)單且逆變器效率較高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：阻塞和旁路二極管使系統(tǒng)損耗增加；抗阻塞和旁路二極管使系統(tǒng)損耗增加；抗熱斑和抗陰熱斑和抗陰影能力差，系統(tǒng)功率失配現(xiàn)象嚴(yán)重；影能力差，系統(tǒng)功率失配現(xiàn)象嚴(yán)重；特性曲線出現(xiàn)特性曲線出現(xiàn)復(fù)雜多波峰復(fù)雜多波峰；需要較高電壓的直；需要較高電壓的直流母線，降低了安全性，增加了成本；系統(tǒng)擴(kuò)流母線，降低了安全性，增加了成本；系統(tǒng)擴(kuò)展和冗余能力差。展和冗余能力差。適合應(yīng)用于光伏電站等功率等級(jí)較大的場(chǎng)合，適合應(yīng)用于光伏電站等功率等級(jí)較大的場(chǎng)合，因此這種結(jié)構(gòu)仍然具有一定的運(yùn)用價(jià)值。因此這種結(jié)構(gòu)仍然具有一定的運(yùn)用價(jià)值。2.3 2.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)光

44、伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)交流模塊式結(jié)構(gòu)交流模塊式結(jié)構(gòu)交流模塊式結(jié)構(gòu)示意圖交流模塊式結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：交流模塊式結(jié)構(gòu)是把并網(wǎng)逆變器和光：交流模塊式結(jié)構(gòu)是把并網(wǎng)逆變器和光伏組件集成在一起作為一個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)模伏組件集成在一起作為一個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)模塊。塊。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無阻塞和旁路二極管，光伏組件損耗：無阻塞和旁路二極管，光伏組件損耗低；無熱斑和陰影問題；每個(gè)模塊有獨(dú)立的低；無熱斑和陰影問題；每個(gè)模塊有獨(dú)立的MPPTMPPT設(shè)計(jì)，最大程度的提高了系統(tǒng)發(fā)電效率；設(shè)計(jì)，最大程度的提高了系統(tǒng)發(fā)電效率；每個(gè)模塊獨(dú)立運(yùn)行，系統(tǒng)擴(kuò)展和冗余能力強(qiáng)；每個(gè)模塊獨(dú)立運(yùn)行，系統(tǒng)擴(kuò)展和冗余能力強(qiáng)；給系統(tǒng)擴(kuò)充提供了很大的靈活性和即

45、插即用給系統(tǒng)擴(kuò)充提供了很大的靈活性和即插即用性；沒有直流母線高壓，增加了整個(gè)系統(tǒng)工性；沒有直流母線高壓，增加了整個(gè)系統(tǒng)工作的安全性。作的安全性。主要缺點(diǎn)：由于采用小容量的逆變器設(shè)計(jì)，主要缺點(diǎn)：由于采用小容量的逆變器設(shè)計(jì)，因而逆變器效率相對(duì)較低。因而逆變器效率相對(duì)較低。交流光伏模塊的功率等級(jí)較低，一般在交流光伏模塊的功率等級(jí)較低，一般在50400W50400W。在同等功率水平條件下，交流模。在同等功率水平條件下，交流模塊式結(jié)構(gòu)的價(jià)格遠(yuǎn)高于其他結(jié)構(gòu)類型。塊式結(jié)構(gòu)的價(jià)格遠(yuǎn)高于其他結(jié)構(gòu)類型。2.3 2.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)串型結(jié)構(gòu)串型結(jié)構(gòu)串型結(jié)構(gòu)圖串型結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：通過串

46、聯(lián)構(gòu)成光伏陣列給光伏并網(wǎng)發(fā)電系：通過串聯(lián)構(gòu)成光伏陣列給光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供能量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。綜合了集中式和交流模統(tǒng)提供能量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。綜合了集中式和交流模塊式兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，一般串聯(lián)光伏陣列輸出電塊式兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，一般串聯(lián)光伏陣列輸出電壓壓150-450V150-450V，甚至更高，功率等級(jí)可以達(dá)到幾個(gè)，甚至更高，功率等級(jí)可以達(dá)到幾個(gè)千瓦左右。千瓦左右。與集中式結(jié)構(gòu)相比優(yōu)點(diǎn)與集中式結(jié)構(gòu)相比優(yōu)點(diǎn)：串型結(jié)構(gòu)中由于省去了：串型結(jié)構(gòu)中由于省去了阻塞二極管，陣列損耗下降；抗熱斑和陰影的能阻塞二極管，陣列損耗下降；抗熱斑和陰影的能力增加，多串力增加，多串MPPTMPPT設(shè)計(jì)，運(yùn)行效率高；系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)，運(yùn)行

47、效率高；系統(tǒng)擴(kuò)展和冗余能力強(qiáng)；和冗余能力強(qiáng)；主要不足主要不足：系統(tǒng)仍然有熱斑和陰影問題，另外，：系統(tǒng)仍然有熱斑和陰影問題，另外，逆變器數(shù)量增多，擴(kuò)展成本增加且逆變器效率逆變器數(shù)量增多，擴(kuò)展成本增加且逆變器效率相對(duì)有所降低，但逆變效率仍高于交流模塊式相對(duì)有所降低，但逆變效率仍高于交流模塊式結(jié)構(gòu)的逆變效率。結(jié)構(gòu)的逆變效率。2.3 2.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)多支路結(jié)構(gòu)多支路結(jié)構(gòu)a)a)b)b)多支路結(jié)構(gòu)多支路結(jié)構(gòu) a) a)串聯(lián)多支路串聯(lián)多支路結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) b) b)并聯(lián)多支路結(jié)構(gòu)并聯(lián)多支路結(jié)構(gòu)2.3 2.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)多支路結(jié)構(gòu)多支路結(jié)構(gòu)多支路結(jié)構(gòu)是由多個(gè)多支路結(jié)構(gòu)是由多個(gè)DC/DCDC/DC變換器、一個(gè)變換器、一個(gè)DC/ACDC/AC