無隔離變壓器光伏逆變器的技術關鍵
目前,只要光伏發電站設計合理,完全可以經濟運行。直接并入電網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,該技術仍然被認為是“有問題的”。這一點將在下面進行檢驗和說明。
變壓器將電能轉化成磁能,再將磁能轉化成電能。在輸入與輸出端之間安裝的電氣隔離裝置導致的能量損失可達到1%,甚至高達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。這種技術還有很多其它的優點,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勢。雖然光伏發電站的運行和安全性都不需要采用電氣隔離措施,在設計直接并網的逆變器時還是應該考慮到以下幾個方面。
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圖5:外觀相同,內部電路不同:變壓器型和無變壓器型兩種Sunny Boy效率特性。
正常運行狀態下的漏電電流
將來自光伏組件的電壓采用高頻率(20kHz)轉換過程中,高頻電壓應等同于電網電壓峰值;這些電壓在逆變器內部被認為是干擾,濾波器可以阻斷這些干擾,防止其進入電網。但在理論上,阻止來自發電電源側的直流分量進入交流電網是不可能絕對實現的。
這樣,根據所采用逆變器結構的不同,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生與時間相關的電勢,它們的光伏組件對地電壓也不相同。Sunny Boy 2100TL采用H型橋結構,加在光伏組件上的電壓為電網電壓有效值的一半。
多組串逆變器SB5000TL HC則采用電容半橋結構。橋的中線直接連接在電網的中線上。這樣的結果就是產生的對地電壓只是50Hz的低電壓值,其分量只是電網電壓很小的一部分,只相當于變壓器拓撲結構中的電壓紋波量。
除了電網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。因此,關于漏電電流情況,應該在設計系統時就仔細考慮逆變器的結構和光伏組件尺寸。面積越大、電池與光伏組件邊框之間的距離越小,產生的漏電電流就越大。無邊框結構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生很大的漏電電流。
外部條件也會對漏電電流產生影響,因此不可避免會產生一定的波動。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。
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