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新能源之“太阳能逆变”的应用

 


 

2020年9月22日,中国政府在第七十五届联合国大会上提出了“2030年前达到碳峰值、2060年前实现碳中和”的目标。要实现这一目标,新能源的应用将会越来越广泛。太阳能作为新能源的重要分支,至1839年,法国科学家贝克勒发现“光伏效应”之后,经过一百多年的发展,到了21世纪光伏发电已经进入了高速发展期。

 

国内2019年光伏发电量占总发电量3%,未来持续提升潜力大。根据联合国马德里气候变化大会的《中国2050年光伏发展展望》,从2020年至2025年这一阶段开始,中国光伏将启动加速部署;2025年至2035年,中国光伏将进入规模化加速部署时期,到2050年,光伏将成为中国第一大电源,约占当年全国用电量的40%左右,未来光伏发展的空间和潜力仍然较大--预计全球范围内2025年光伏度电成本将全面低于火电成本。


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预计未来两年(2021~2022),全球光伏新增装机规模增速均能够保持在15%以上。长期看,全球光伏2020年起进入发电侧平价上网过渡期,未来几年平价上网数量占比将逐渐提升。

 

我国光伏发电新增装机连续6年全球第一,累计装机规模连续4年位居全球第一;在技术水平和产量质量方面,近年来,中国光伏组件产量一直保持在占全球70%左右的水平,且不断突破高效电池转换效率的世界纪录。


那么,光伏发电的原理是什么?目前又有哪些类型呢? 

 

太阳能电源架构

 

 

 

太阳能逆变器的类型

 

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微型逆变器

 

微型逆变器转换单个光伏(PV)板的功率,单个光伏板的额定功率通常为400瓦,多个光伏板的额定功率高达1.5千瓦。微型逆变器通常依赖于两级功率转换。

 

  • DC-DC级或升压级将可变直流电压转换为固定直流电压(通常为40V至60V)。同时,最大功率点跟踪(MPPT)用于最大化从光伏板获得的能量(通常FSW=100kHz)。 

     

  • DC-AC逆变器级将直流电转换为与电网兼容的1Φ交流电源。

 

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单相串逆变器

 

通常,单相串逆变器在串联光伏板上进行功率转换,这些逆变器的额定功率约为几千瓦至十五千瓦,大多数逆变器设计都是较少变压器或非隔离的。

 

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三相串逆变器

 

额定功率在几千瓦到200千瓦之间千瓦本阶段首选2级或3级拓扑。特别是三级拓扑以其更高的效率而得到广泛的应用。


主要用于1000V光伏阵列系统,首选3级NPC1/NPC2。3级NPC1可使用600 V设备,即使对于超大光伏板,也可允许超过20 kHz的开关频率操作。3级NPC2同时使用600 V和1200 V设备,这是适用于小于20 kHz开关频率操作的最佳拓扑结构。


对于1500v光伏系统,三级ANPC因其更高的宇宙射线和在全功率因数运行范围内更高的效率而被广泛应用。

 

三相串级逆变器-升压器

 

DC-DC级将可变直流电压转换为固定直流电压,同时确保最大功率从光伏板通过MPPT提取。

 

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三相串级逆变器-AC-DC

 

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中央逆变器

 

中央逆变器将电源转换到多个连接的太阳能电池板串上。它们的额定功率在600千瓦到3000千瓦之间。


在这一阶段,首选两级或三级NPC1/NPC2/ANPC拓扑。三级拓扑结构因其具有更高的效率而得到广泛应用。三电平NPC2拓扑通常是1000V光伏(PV)系统的首选。1500伏光伏系统正变得越来越流行,因为它们可以降低系统成本,提高端到端的效率。


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