最新最快太阳能光伏资讯
太阳能光伏网

功率模块的技术突破让组串式逆变器产生质的飞跃

2013年前,在地面电站使用集中式逆变器,分布式小电站使用组串式逆变器,随着组串式逆变器功率越做越大,大型地面电站也开始使用组串式逆变器,有关两种方案的争论也一直没有停过,两种方案各有优缺点,集中式逆变器优势中功率器件少,可靠性高,缺点是MPPT数量少,电压范围窄;组串式逆变器优势是MPPT数量多,电压范围宽,缺点是功率器件多,可靠性低。

功率开关器件是逆变器最核心的器件之一,承担电流的转换工作,长时间工作在高温,高电压,大电流状态,是逆变器最容易出故障的器件,每一个功率器件就是一个故障点。光伏逆变器中的功率开关器件主要是指分立器件功率MOSFET和功率模块IGBT。早期的中功率组串式逆变器,一般采取分立器件,由于功率MOSFET电流都比较少,一般都采取多个器件并联的方式。50KW逆变器采用分立器件来设计,需要60多个,这么多开关器件堆在一起,会产生一系列的问题。如均流,电磁干扰等等。

大家都知道,功率开关管的失效模式是过压,过温,过流。分立元器件由于器件多,元器件之间距离比较远,所以电路杂散电感大,造成工作时尖峰电压高,元器件容易出现过压损坏;多个元器件并联,阻抗不一致,每一个元器件电流就不一样,阻抗低的元器件电流大,很容易过流;分立器件单端固定,接触面积小,散热很难保持一致,很容易过温。

早期的采用分立元器件的中功率组串式逆变器,在运行过程中出现过多故障,让人们对中功率组串式逆变器的前程提出了怀疑。不过直到Vincotech和infineon先后推出了包含多个元器件的功率模块改变了这一现状。

下面中Vincotech专为中功率组串式逆变器推出的IGBT功率模块,前级升压采用双Boost功率模块,由2个IGBT和4个二极管组成,包含boost模块的开关器件和二极管外,还包含跨接二极管。电压为1200V,电流为50A,一个模块相当于8个分立器件。模块具有很高的灵活性。由于把大功率的Boost电路一分为二,它在得到Boost电路的升压、高效优势的基础上,通过选择双Boost电路的并联方式(直接并联、交错正向并联、交错反向并联)和占空比的大小,可以取得理想的双Boost电路纹波和减少磁性元器件体积。

双BOOST功率模块

后级采用高效MNPC三电平IGBT模块,由4个50-80A的IGBT组成,一个模块相当于8个分立器件。采用中点钳位型的T型三电平结构,损耗低效率高,元器件承受的电压低,寿命长。

三电平功率模块

相对于MOSFET,IGBT饱和压降低,容易实现高压、大电流化,在中大功率逆变器占主导地位。而IGBT模块比分立的IGBT单管具有更高的可靠性和安全工作区。光伏逆变器前级采用双BOOST升压的IGBT功率模块,后级采用三电平IGBT功率模块,是目前中功率光伏逆变器最佳的方案。

(1)减少功率器件的个数,50KW采用功率器件来设计只要5个,数量比同规格的集中式逆变器还少,而采用分立器件来设计,前级升压需要15个,后级三电平逆变需要48个。整体面积缩小30%以上,可以提高整机功率密度。

(2)单个功率模块的安装面积比分立元器件散热面积大,在安装上也有很多优势,双端紧固,一体化专用夹具,相对于分立器件单端固定,接触面积更大,应力更小,可靠性更好。功率模块内部集成一个温度感应器,测量精度高,能更准确地检测器件结温,有利于过热保护。

(3)IGBT和母线电容连接导线会产生杂散电感,在IGBT关断的过程中,由于电流快速变化,在IGBT上产生电压尖峰,会造成严重的电磁干扰,增大器件电压应力。寄生电感会随着电流的增加、连接导线尺寸增大、距离增长而增大。功率模块结构紧凑,各功率开关器件之间连接线很短,可以减少电路中的杂散电感,提高逆变器的可靠性。

(4)1200V的IGBT和1200V的SIC二极管相结合,开关频率更高,可以提高效率,减少电感的容量。

(5)相对于分立器件,功率模块不足之处是单位面积热耗大,整体散热面积小,功率在30KW以上如果采用自然冷却的方式散热,在环境温度高于40度时,会出现过热保护。但采用强制风冷的方式散热,就可以完全避免这个问题。

总结:采用功率模块和母线薄膜电容的组串式逆变器,兼具了集中式逆变器功率器件数量少,薄膜电容寿命长,整体可靠性高的优点,和组串式逆变器MPPT电压范围宽路数多、逆变器体积小重量轻搬运安装方便等优点。因此说功率模块的出现,在新技术出现之前,可以让组串式逆变器和集中式逆变器之间的路线之争暂时告一段落。

古瑞瓦特2016年下半年推出的Growatt 30000TL3-S到Growatt 50000TL3-S中功率系列逆变器,全部采用功率模块和母线薄膜电容,配置组串检测,熔丝保护,交直流防雷模块,防PID模块和AFCI模块。经过近半年的应用,得到了客户的高度评价。

最新相关

刚刚,多晶硅价格下降2.73%!

光伏头条(微信号: PV-2005)获悉,4月30日,硅业分会公布本周硅料价格。本周多晶硅现货市场成交较少,价格逐渐松动。n型复投料成交价格区间为3.70-4.50万元/吨,成交均价为3.92万元/吨,环比下降2.7...

HJT电池

HJT电池是指异质结晶太阳电池(Heterojunction with Intrinsic Thin layer,简称HJT)电池。这种太阳能电池采用异质结晶技术,将多晶硅薄膜夹在两层非晶硅薄膜之间,形成多层结构。HJT电池具有高效...

N型双面电池

N型双面电池是一种太阳能电池的类型,它与传统的单面太阳能电池不同,可以从正反两个方向吸收太阳能并转换为电能。这种双面太阳能电池通常具有一种N型的结构。主要特点和优势包括: 1.双面光吸收...

光伏玻璃

光伏玻璃是一种特殊设计的玻璃,能够将太阳光转化为电能。它在结构上与普通玻璃有所不同,通常包含太阳能电池技术,使其能够在太阳照射下产生电力。以下是有关光伏玻璃的一些关键信息: 构造: 光...

电池片

电池片是太阳能电池板的组成部分之一,也称为太阳能电池电池片或太阳能电池芯片。这是太阳能电池板中的基本发电单元,负责将光能转化为电能。主要有以下几个方面的内容: 材料: 电池片的主要材料...

MWT电池

MWT电池是指金属线路太阳能电池(Metal Wrap Through Solar Cell)。这种太阳能电池采用了一种独特的设计,通过将电池的金属电极线路从电池的正面移到了背面,从而改善了电池的性能。主要特点和优...

N型双面电池和N型电池的区别

N型双面电池"和"N型电池"之间存在一些区别,主要涉及它们的设计和工作原理: N型双面电池: 双面电池是指太阳能电池能够从正面和背面吸收太阳能并将其转换为电能的类型。这种类型的电池可以提高...