光伏功率转换器制造技术

本发明专利技术公开一种光伏功率转换器，包括先后级联的输入端、输入滤波组件、串联的第一开关模组、并联的第二开关模组、输出滤波组件以及输出端。第一开关模组和第二开关模组均包括MOS晶体管，且第一开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻小于第二开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻。例如，第一开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻与第二开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻之比为1:8到1:1.2之间。由此，本发明专利技术提供了一种用于最优化光伏功率转换器效率的开关模组的组合方法和参数比例。通过应用本发明专利技术可以简化光伏功率转换器的设计过程，提高效率，产生巨大经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏发电，更具体地涉及光伏发电系统及其中的光伏功率转换器。
技术介绍
近年来，随着全世界范围和中国市场的光伏发电系统的大规模普及，光伏发电已经成为新能源领域内的佼佼者。图1是典型的光伏发电系统的示意图。如图1所示，典型的电站光伏发电系统主要分为两个部分：多条光伏组串和汇流逆变。汇流逆变的功能是把多条光伏组串中产生的电能进行汇集、逆变和并网输出。多条光伏组串形成的光伏组件阵列是接受阳光照射和发电的单元，其中光伏组件先串后并，连接到汇流箱内，进行电能的产生和发送。从上面可以看出，单个光伏组件在电站中，是和其他的光伏组件串在一起使用。一个典型的光伏组串由大约16-20个光伏组件手拉手串接而成。光伏组件串接在一起发电，会产生一个典型的组件失配问题。组件失配是指各组件在发电性能上因为种种原因产生了差异。差异的来源可能来自组件本身出厂时的特性不完全一致，不同批次，电池片材料生产工艺差别，流水线生产的指标变化等等，也可能来自组件的使用中产生的遮挡，灰尘，落叶，鸟粪，云朵经过等等。即使这两个因素完全一致，随着光伏组件使用时限的推移，组件会产生老化，不同的组件老化的速率不完全相同。当组件失配现象发生时，由于组件串联的使用方法，发电性能较弱的组件会使得同一串其他组件发电能力不能完全发挥，造成系统整体发电能力的下降。这样，在组件20-30年的使用寿命期内，因为各种原因造成的失配现象使得系统发电量下降，造成光伏电站潜在发电能力的很大浪费。在地面光伏电站和分布式光伏电站中组件不匹配现象都存在，其中分布式光伏电站由于施工质量，应用环境，维护不当等原因，不匹配现象尤为严重。图2是上述因素中因为遮挡引起的失配造成的发电功率下降的示意图。由以上可知，组件不匹配现象在光伏电站中属于时时存在的问题，随着时间的推移，这种现象会加剧。本质上来讲，组件不匹配现象主要是指不同组件的发电能力因为各种原因产生了差异。这种差异主要表现在输出电流的不一致。完全相同的两个组件，在同一电站中，由于上述原因的存在，输出电流特性也不会完全一致。基于以上的问题，需要一种能够解决光伏发电系统中组件不匹配的装置，更具体地，提供一种光伏功率转换器，以提高发电效率。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于，提供一种能够解决光伏发电系统中组件不匹配的装置，更具体地，提供一种光伏功率转换器，以提高发电效率。本专利技术的另一个目的在于，用于解决光伏功率转换器中开关模组的组合和参数比例问题，提供了一种用于最优化光伏功率转换器效率的开关模组的组合方法和参数比例。根据本专利技术的第一方面，提供一种光伏功率转换器，包括：输入端；输出端；开关模组；和输入和输出滤波组件。其中，所述输入滤波组件、所述开关模组和所述输出滤波组件先后级联在输入端和输出端之间。其中，所述开关模组包括串联的第一开关模组和并联的第二开关模组，所述第一开关模组和所述第二开关模组均包括金属氧化物半导体(MOS)晶体管，且第一开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻小于第二开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻。优选地，所述第一开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻与第二开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻之比为1:8到1:1.2之间。优选地，所述输入端具有正向和反向输入端子，用于接收输入电压和输入电流。所述输出端具有正向和反向输出端子，用于输出转换后的电压和电流。所述第一开关模组串联连接在从输入端的正向输入端子到输出端的正向输出端子的通路上、输入和输出滤波组件之间。所述第二开关模组并联连接在第一开关模组之后，一端连接在第一开关模组与输出滤波组件的连接点，另一端连接在从输入端的反向输入端子到输出端的反向输出端子的通路上、输入和输出滤波组件之间。优选地，所述第一开关模组包括一个或多个MOS晶体管，所述第二开关模组包括一个或多个MOS晶体管。优选地，所述第一开关模组和所述第二开关模组的制造工艺相同或相似。优选地，所述第一开关模组和所述第二开关模组交替地开通与关断。本专利技术所述的光伏功率转换器连接在光伏组串中的光伏组件、光伏子串或电池片之后。根据本专利技术的第二方面，提供一种光伏发电系统，包括：光伏组件阵列，由多条光伏组串构成，用于接受阳光照射和发电；和汇流逆变部分，用于把多条光伏组串中产生的电能进行汇集，然后逆变和并网输出。其中，光伏组件先串联后并联，连接到所述汇流逆变部分的逆变箱中，进行电能的产生和发送。并且其中，在光伏组串中的光伏组件、光伏子串或电池片之后连接如本专利技术第一方面所述的光伏功率转换器。通过应用本专利技术可以简化光伏功率转换器的设计过程，提高效率，产生巨大经济效益。附图说明下面参考附图结合实施例说明本专利技术。在附图中：图1是典型的光伏发电系统的示意图。图2是因为遮挡引起的失配造成的发电功率下降的示意图。图3图示说明了典型的光伏功率转换器的原理。图4图示说明了典型的光伏功率转换器的结构。图5示出了根据本专利技术的光伏功率转换器的SW脉冲波形的示意图。图6图示说明了根据本专利技术的光伏功率转换器在真实应用场景中的状况。图7是一种典型的n型MOS晶体管的结构示意图。图8图示说明了MOS晶体管开通的典型过程。图9描述了根据本专利技术的光伏功率转换器中的MOS晶体管的持续导通功率损失、开通关断功率损失以及总的功率损耗之间的规律。图10是示例MOS晶体管组合一的开关A和B的功率损失曲线示意图。图11是示例MOS晶体管组合二的开关A和B的功率损失曲线示意图。图12是示例MOS晶体管组合三的开关A和B的功率损失曲线示意图。具体实施方式下面将结合附图来详细解释本专利技术的具体实施例。光伏功率转换器的基本原理是通过一定方式的转换，使得原来电流不完全匹配的组件，实现实时电流匹配，从而消除了组串中各组件的发电能力不匹配现象，提高了系统的整体发电量。这种发电量的提升时时刻刻都存在，在光伏电站20-30年的寿命中产生的经济效益和回报非常可观。图3图示说明了典型的光伏功率转换器的原理。图3的左半部分是没有安装光伏功率转换器的光伏组件(也适用于光伏组件内电池片子串，或者单个电池片)，它在光伏电站中的发电特性表现为出口电压Vout和出口电流Iout。因为各个组件的Iout由于种种原因不完全，从而产生不匹配现象。图3的右半部分是安装了光伏功率转换器的光伏组件。光伏功率转换器先连接在组件上，经过转换用新的出口特性(表现为出口电压Vout1和出口电流Iout1)代替光伏组件原本的出口特性。其中Iout1是和同一组串中的其他组件完全相同的电流值。这样，不匹配现象就会去除，电站系统整体的发电量就会提升。假定光伏功率转换器的效率为100％(通常情况下光伏功率转换器的效率接近100％)，则光伏功率转换器的工作原理中满足基本的能量守恒定律：Vout*Iout＝Vout1*Iout1(1)图4图示说明了典型的光伏功率转换器的结构。如图4所示的光伏功率转换器包括：输入端、输出端、开关模组和滤波组件。如图所示，滤波组件可以包括输入滤波组件和输出滤波组件。输入滤波组件、开关模组和输出滤波组件级联在输入端和输出端之间。本领域技术人员应当理解，图4中的两个滤波组件由元件或寄生参数产生，其存在与否并不影响以下对开关模组的分析。其中，所述开关模组包括串联的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏功率转换器，包括：输入端；输出端；开关模组；和输入滤波组件与输出滤波组件，其中，所述输入滤波组件、所述开关模组和所述滤波组件级联在输入端和输出端之间，其中，所述开关模组包括串联的第一开关模组和并联的第二开关模组，所述第一开关模组和所述第二开关模组均包括金属氧化物半导体(MOS)晶体管，且第一开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻小于第二开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻。

【技术特征摘要】
1.一种光伏功率转换器，包括：输入端；输出端；开关模组；和输入滤波组件与输出滤波组件，其中，所述输入滤波组件、所述开关模组和所述滤波组件级联在输入端和输出端之间，其中，所述开关模组包括串联的第一开关模组和并联的第二开关模组，所述第一开关模组和所述第二开关模组均包括金属氧化物半导体(MOS)晶体管，且第一开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻小于第二开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻。2.如权利要求1所述的光伏功率转换器，其中，所述第一开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻与第二开关模组的MOS晶体管的源极漏极接通电阻之比为1:8到1:1.2之间。3.如权利要求1或2所述的光伏功率转换器，其中：所述输入端具有正向和反向输入端子，用于接收输入电压和输入电流；所述输出端具有正向和反向输出端子，用于输出转换后的电压和电流；所述第一开关模组串联连接在从输入端的正向输入端子到输出端的正向输出端子的通路上、输入和输出滤波组件之间；以及所述第二开关模组并联连接在第一开关模组之后，一端连接在第一开关模组与输出滤波组件的连接点，另一端连接在从输入端的反向输入端子到输出端的反向输出端子的通路上、输入和输出滤波组件之间。4.如权利要求1或2所述的光伏功率转换器，其中，所述第一开关模组包括一个或多个MOS晶体管，所述第二开关模组包括一个或多个MOS晶体管。5.如权利要求1或2所述的光伏功率转换器，其中，所述第一开关模组和所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，王强文，
申请(专利权)人：东莞市清能光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44