無隔離變壓器光伏逆變器的技術(shù)關(guān)鍵
目前,只要光伏發(fā)電站設(shè)計合理,完全可以經(jīng)濟運行。直接并入電網(wǎng)的無變壓器型逆變器因為其低成本、高效率而日益受到重視。但是,該技術(shù)仍然被認(rèn)為是“有問題的”。這一點將在下面進(jìn)行檢驗和說明。
變壓器將電能轉(zhuǎn)化成磁能,再將磁能轉(zhuǎn)化成電能。在輸入與輸出端之間安裝的電氣隔離裝置導(dǎo)致的能量損失可達(dá)到1%,甚至高達(dá)2%。因此,無變壓器型逆變器的運行效率要比變壓器型逆變器高。這種技術(shù)還有很多其它的優(yōu)點,例如材料消耗少、重量輕等。
總而言之,無變壓器型逆變器相對體積較小、重量較輕、價格也比較便宜,在很多方面都比變壓器型逆變器更具優(yōu)勢。雖然光伏發(fā)電站的運行和安全性都不需要采用電氣隔離措施,在設(shè)計直接并網(wǎng)的逆變器時還是應(yīng)該考慮到以下幾個方面。
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圖5:外觀相同,內(nèi)部電路不同:變壓器型和無變壓器型兩種Sunny Boy效率特性。
正常運行狀態(tài)下的漏電電流
將來自光伏組件的電壓采用高頻率(20kHz)轉(zhuǎn)換過程中,高頻電壓應(yīng)等同于電網(wǎng)電壓峰值;這些電壓在逆變器內(nèi)部被認(rèn)為是干擾,濾波器可以阻斷這些干擾,防止其進(jìn)入電網(wǎng)。但在理論上,阻止來自發(fā)電電源側(cè)的直流分量進(jìn)入交流電網(wǎng)是不可能絕對實現(xiàn)的。
這樣,根據(jù)所采用逆變器結(jié)構(gòu)的不同,在交流輸出中也將存在不同的對地直流電壓分量。如果太陽能電池組和/或者其接線端對地存在交流電壓,將產(chǎn)生“漏電電流”,通過寄生電容流向電池組接地點。
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圖6:Sunny Boy 2100TL逆變器光伏電池組對地電壓
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圖7:Sunny Boy 5000TL HC多組串逆變器光伏電池組對地電壓
下面我們以Sunny Boy 2100TL和Sunny Boy 5000TL HC兩種逆變器為例。如上圖所示。這兩種逆變器的運行會在其電子部分產(chǎn)生與時間相關(guān)的電勢,它們的光伏組件對地電壓也不相同。Sunny Boy 2100TL采用H型橋結(jié)構(gòu),加在光伏組件上的電壓為電網(wǎng)電壓有效值的一半。
多組串逆變器SB5000TL HC則采用電容半橋結(jié)構(gòu)。橋的中線直接連接在電網(wǎng)的中線上。這樣的結(jié)果就是產(chǎn)生的對地電壓只是50Hz的低電壓值,其分量只是電網(wǎng)電壓很小的一部分,只相當(dāng)于變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的電壓紋波量。
除了電網(wǎng)電壓提升方面的考慮,漏電電流的大小還取決于光伏組件寄生電容的大小,該電容值大小與電池面積及組件與邊框之間的距離相關(guān)。因此,關(guān)于漏電電流情況,應(yīng)該在設(shè)計系統(tǒng)時就仔細(xì)考慮逆變器的結(jié)構(gòu)和光伏組件尺寸。面積越大、電池與光伏組件邊框之間的距離越小,產(chǎn)生的漏電電流就越大。無邊框結(jié)構(gòu)光伏組件的漏電電流值很低。然而,安裝在不銹鋼箔上的非晶電池會產(chǎn)生很大的漏電電流。
外部條件也會對漏電電流產(chǎn)生影響,因此不可避免會產(chǎn)生一定的波動。如果沉淀物或者清潔液弄濕了光伏組件,漏電電流就會增加;這些液體中的電子物質(zhì)成分縮短電池與電池間的距離,造成漏電電流升高。
總之,光伏組件在運行時的漏電電流(正常情況下)取決于很多運行條件,沒有定值來衡量。以H型橋逆變器(如Sunny Boy 2100TL)為例,在運行過程中光伏組件的漏電電流值在1-30mA/KWp范圍內(nèi)。
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