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新能源之“太陽能逆變”的應用

 


 

2020年9月22日,中國政府在第七十五屆聯合國大會上提出了“2030年前達到碳峰值、2060年前實現碳中和”的目標。要實現這一目標,新能源的應用將會越來越廣泛。太陽能作為新能源的重要分支,至1839年,法國科學家貝克勒發現“光伏效應”之后,經過一百多年的發展,到了21世紀光伏發電已經進入了高速發展期。

 

國內2019年光伏發電量占總發電量3%,未來持續提升潛力大。根據聯合國馬德里氣候變化大會的《中國2050年光伏發展展望》,從2020年至2025年這一階段開始,中國光伏將啟動加速部署;2025年至2035年,中國光伏將進入規?;铀俨渴饡r期,到2050年,光伏將成為中國第一大電源,約占當年全國用電量的40%左右,未來光伏發展的空間和潛力仍然較大--預計全球范圍內2025年光伏度電成本將全面低于火電成本。


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預計未來兩年(2021~2022),全球光伏新增裝機規模增速均能夠保持在15%以上。長期看,全球光伏2020年起進入發電側平價上網過渡期,未來幾年平價上網數量占比將逐漸提升。

 

我國光伏發電新增裝機連續6年全球第一,累計裝機規模連續4年位居全球第一;在技術水平和產量質量方面,近年來,中國光伏組件產量一直保持在占全球70%左右的水平,且不斷突破高效電池轉換效率的世界紀錄。


那么,光伏發電的原理是什么?目前又有哪些類型呢? 

 

太陽能電源架構

 

 

 

太陽能逆變器的類型

 

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微型逆變器

 

微型逆變器轉換單個光伏(PV)板的功率,單個光伏板的額定功率通常為400瓦,多個光伏板的額定功率高達1.5千瓦。微型逆變器通常依賴于兩級功率轉換。

 

  • DC-DC級或升壓級將可變直流電壓轉換為固定直流電壓(通常為40V至60V)。同時,最大功率點跟蹤(MPPT)用于最大化從光伏板獲得的能量(通常FSW=100kHz)。 

     

  • DC-AC逆變器級將直流電轉換為與電網兼容的1Φ交流電源。

 

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單相串逆變器

 

通常,單相串逆變器在串聯光伏板上進行功率轉換,這些逆變器的額定功率約為幾千瓦至十五千瓦,大多數逆變器設計都是較少變壓器或非隔離的。

 

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三相串逆變器

 

額定功率在幾千瓦到200千瓦之間千瓦本階段首選2級或3級拓撲。特別是三級拓撲以其更高的效率而得到廣泛的應用。


主要用于1000V光伏陣列系統,首選3級NPC1/NPC2。3級NPC1可使用600 V設備,即使對于超大光伏板,也可允許超過20 kHz的開關頻率操作。3級NPC2同時使用600 V和1200 V設備,這是適用于小于20 kHz開關頻率操作的最佳拓撲結構。


對于1500v光伏系統,三級ANPC因其更高的宇宙射線和在全功率因數運行范圍內更高的效率而被廣泛應用。

 

三相串級逆變器-升壓器

 

DC-DC級將可變直流電壓轉換為固定直流電壓,同時確保最大功率從光伏板通過MPPT提取。

 

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三相串級逆變器-AC-DC

 

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中央逆變器

 

中央逆變器將電源轉換到多個連接的太陽能電池板串上。它們的額定功率在600千瓦到3000千瓦之間。


在這一階段,首選兩級或三級NPC1/NPC2/ANPC拓撲。三級拓撲結構因其具有更高的效率而得到廣泛應用。三電平NPC2拓撲通常是1000V光伏(PV)系統的首選。1500伏光伏系統正變得越來越流行,因為它們可以降低系統成本,提高端到端的效率。


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