現在、中国の太陽光発電システムは、太陽電池で発電した電気エネルギーを充電し、電池が負荷に直接電力を供給する直流方式が主流である。たとえば、中国北西部の太陽光発電家庭用照明システムや、送電網から遠く離れたマイクロ波ステーションの電力供給システムはすべて直流システムです。このタイプのシステムは構造が簡単で低コストです。ただし、負荷の DC 電圧 (12V、24V、48V など) が異なるため、ほとんどの AC 負荷が DC 電源で使用されるため、特に民生用電源の場合、システムの標準化と互換性を達成することが困難です。 。電力を供給する太陽光発電は商品として市場に参入することが難しい。さらに、太陽光発電は最終的に系統連系運転を実現するため、成熟した市場モデルを採用する必要があります。将来的には交流型太陽光発電システムが太陽光発電の主流となるでしょう。
インバータ電源用太陽光発電システムの要件
交流出力を利用した太陽光発電システムは、太陽電池アレイ、充放電コントローラ、バッテリ、インバータ（系統連系発電システムは一般にバッテリを節約できる）の4つの部分で構成されており、インバータがキーコンポーネントとなります。太陽光発電では、インバータに対してより高い要件が求められます。
1. 高効率が要求されます。現在、太陽電池の価格が高騰しているため、太陽電池を最大限に活用し、システム効率を向上させるためには、インバータの効率向上を図る必要があります。
2. 高い信頼性が要求される。現在、太陽光発電システムは主に遠隔地で利用されており、多くの発電所は無人で維持管理されています。そのためには、インバータには合理的な回路構成と厳格な部品選択が必要であり、入力 DC 極性接続保護、AC 出力短絡保護、過熱、過負荷保護などのさまざまな保護機能がインバータに備わっている必要があります。
3. DC 入力電圧は広範囲に適応する必要があります。バッテリーの端子電圧は負荷や太陽光の強さによって変化するため、バッテリーはバッテリー電圧に大きな影響を与えますが、バッテリーの残容量や内部抵抗の変化によりバッテリー電圧は変動します。特にバッテリーが劣化すると、端子電圧が大きく変動します。たとえば、12 V バッテリの端子電圧は 10 V から 16 V まで変化する可能性があります。これには、インバータがより大きな DC で動作する必要があります。入力電圧範囲内で通常の動作を確保し、AC 出力電圧の安定性を確保します。
4. 中・大容量の太陽光発電システムでは、インバータ電源の出力は歪みの少ない正弦波である必要があります。これは、中容量および大容量のシステムで方形波電力を使用すると、出力に高調波成分が多く含まれ、高調波によって追加の損失が発生するためです。多くの太陽光発電システムには通信機器や計装機器が搭載されています。この機器には、電力網の品質に関してより高い要件があります。中・大容量の太陽光発電システムを系統連系する場合、公共系統への電力公害を避けるため、インバータにも正弦波電流を出力することが求められます。
インバータは直流を交流に変換します。直流電圧が低い場合は、交流変圧器で昇圧して標準の交流電圧と周波数を取得します。大容量インバータの場合、DC バス電圧が高いため、AC 出力は通常、電圧を 220 V に昇圧するための変圧器を必要としません。中・小容量のインバータでは直流電圧が12Vと比較的低いため、24Vの場合は昇圧回路を設計する必要があります。中・小容量インバータには、プッシュプルインバータ回路、フルブリッジインバータ回路、高周波昇圧インバータ回路が一般的です。プッシュプル回路は、昇圧トランスの中性プラグをプラス電源に接続し、2本のパワー管が交互に動作し、AC電源を出力します。パワートランジスタが共通のグランドに接続されているため、駆動回路と制御回路がシンプルです。トランスには一定の漏れインダクタンスがあり、短絡電流を制限できるため、回路の信頼性が向上します。欠点は、変圧器の使用率が低く、誘導性負荷を駆動する能力が低いことです。
フルブリッジ インバータ回路は、プッシュプル回路の欠点を克服します。パワートランジスタは出力パルス幅を調整し、それに応じて出力AC電圧の実効値が変化します。この回路はフリーホイールループを備えているため、誘導性負荷であっても出力電圧波形は歪みません。この回路の欠点は、上下アームのパワー トランジスタがグランドを共有していないため、専用の駆動回路または絶縁電源を使用する必要があることです。また、上下のブリッジアームの共通導通を防ぐために、一度オフしてからオンする回路設計、つまりデッドタイムを設定する必要があり、回路構成が複雑になる。
プッシュプル回路およびフルブリッジ回路の出力には昇圧トランスを追加する必要があります。昇圧トランスはサイズが大きく、効率が低く、高価であるため、パワーエレクトロニクス技術やマイクロエレクトロニクス技術の発展に伴い、高周波昇圧変換技術を使用して逆に高電力密度のインバータを実現できます。このインバータ回路の前段昇圧回路はプッシュプル構造を採用していますが、動作周波数は20KHz以上です。昇圧トランスには高周波磁性コア材を採用しており、小型・軽量です。高周波反転後、高周波トランスで高周波交流に変換し、高周波整流フィルタ回路で高電圧直流（通常300V以上）とし、整流器で反転します。電力周波数インバータ回路。
この回路構成により、インバータの出力が大幅に向上し、それに伴ってインバータの無負荷損失が低減され、効率が向上します。この回路の欠点は、回路が複雑であり、上記 2 つの回路に比べて信頼性が低いことです。
インバータ回路の制御回路
上記インバータの主回路は全て制御回路で実現する必要がある。一般に、制御方法には方形波と正弱波の 2 つがあります。方形波出力のインバータ電源回路はシンプルで低コストですが、効率が低く高調波成分が多くなります。 。正弦波出力はインバータの開発トレンドです。マイクロエレクトロニクス技術の発展に伴い、PWM機能を備えたマイクロプロセッサも登場しました。したがって、正弦波出力用のインバーター技術は成熟しています。
1. 方形波出力を備えたインバータは現在、主に SG 3 525、TL 494 などのパルス幅変調集積回路を使用しています。 SG3525 集積回路を使用し、スイッチング電源コンポーネントとしてパワー FET を使用すると、比較的高い性能と価格のインバータを実現できることが実際に証明されています。 SG3525 は、パワー FET を直接駆動する機能を備え、基準電源とオペアンプ、低電圧保護機能を内蔵しているため、周辺回路が非常にシンプルです。
正弦波出力を備えたインバータ制御集積回路、正弦波出力を備えたインバータの制御回路は、インテル社製の８０Ｃ１９６ＭＣやモトローラ社製の８０Ｃ１９６ＭＣなどのマイクロプロセッサによって制御することができる。 MI-CRO CHIP 社製 MP 16 や PI C 16 C 73 など。これらのシングルチップ コンピュータは複数の PWM ジェネレータを備えており、上下のブリッジ アームを設定できます。デッドタイム中に、INTEL 社の 80 C 196 MC を使用して正弦波出力回路を実現し、80 C 196 MC を使用して正弦波信号の生成を完了し、AC 出力電圧を検出して電圧の安定化を実現します。
インバータ主回路のパワーデバイスの選定
の主要な電源コンポーネントの選択インバータはとても重要です。現在、最も使用されているパワー コンポーネントには、ダーリントン パワー トランジスタ (BJT)、パワー電界効果トランジスタ (MOS-F ET)、絶縁ゲート トランジスタ (IGB) があります。 T) やターンオフ サイリスタ (GTO) など、小容量低電圧システムで最もよく使用されるデバイスは MOS FET です。MOS FET はオン電圧降下が低く、IG BT のスイッチング周波数が一般に高いためです。高電圧、大容量システムに使用されます。これは、電圧が高くなるとMOS FETのオン抵抗が増加するためで、中容量システムではIG BTの優位性が大きくなりますが、超大容量（100kVA以上）システムではGTOが一般的に使用されます。パワーコンポーネントとして。
投稿時間: 2021 年 10 月 21 日
