太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方法

摘要：太阳能光伏发电是

世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危

机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网控制逆变器的工作过

程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方

式。

引言：随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已

经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的

热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们

的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其的

环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。

风能的利用近些年来也是热点问题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并

网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下

的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰

富，每秒钟太阳要向地球输送相当于

210

亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。

我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分地域都是太阳能资

源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到

1/1000

。因此在我国大力开发太阳能潜力巨大。

“

” “

”

太阳能的利用分为光热和光伏两种，其中光热式热水器在我国应用广泛。光伏是将光

能转化为电能的发电形式，起源于

100

“

”

多年前的光生伏打现象。太阳能的利用目前更多

的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光

伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无

电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到

2013

年安装成本可降至

1.5 美元/Wp

，电价成本为

6 美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并

网型光伏系统逐步成为主流。

本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。

2 并网型光伏系

统结构图

所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分：其一，太

阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及

并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同

太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。
    图 1
    并网型光伏发电系统

太阳能控制逆变器及并网成套设备，主要包括控制器、逆变器以及监控保护单元组成。控

制器主要实现太阳能电池板的最大功率跟踪，逆变器主要负责将控制器输出的直流电能变

换成稳压稳频的交流电能馈送电网，监控保护单元主要负责发电系统安全相关问题如孤岛

效应的保护，并及时与上位机通讯传递能量传输信息。

3 3.1

太阳能控制器及其原理太阳

能电池组件模型图

2 所示硅型光伏电池板的理想电路模型。其中，Iph 是光生电流，Iph 值

与光伏电池的面积、入射光的辐射度以及环境温度相关。

为暗电流。没有太阳光照射的情

况下，硅型太阳能电池板的基本外特性类似于普通的二极管。暗电流是指光伏电池在没有光
照条件下，在外电压的作用下

PN 结流过的单向电流。v

为开路电压，

RS 为串联电阻一般小

于

1 欧姆，RSH

为旁路电阻为几十千欧。光伏电池的理想模型可由下式表示：