太阳能逆变器效率和可靠性

I.　引言/摘要

　　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。本文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。