淺析薄膜電池特性與其電路拓?fù)?文件)
【正文】 變器更為普遍。電池板的對地電容主要取決于電池板特性及其安裝，而電池板的對地電壓變化量主要取決于逆變器拓?fù)浼捌涔ぷ髂Ｊ?。對于薄膜電池，為了不影響電池板本身的性能，需要電池板對地極性不為負(fù)，這也是逆變器拓?fù)溥x擇的一個(gè)關(guān)鍵。 帶高頻變壓器光伏逆變器帶高頻變壓器光伏逆變器是由帶高頻變壓器的DCDC變換器與一個(gè)全橋逆變器組成，由于在輸入與輸出之間存在變壓器隔離，可以避免輸入對地電容及對地電壓變化對輸出漏電流的影響。 有一點(diǎn)需要注意的是，盡管兩種拓?fù)涠加凶儔浩鞲綦x，然而由于變壓器的位置不同，對輸出端漏電流及DC分量的影響也不同，顯而易見，這方面帶工頻變壓器拓?fù)浔葞Ц哳l變壓器拓?fù)湟袃?yōu)勢。電池板的對地極性與逆變器的拓?fù)浼罢{(diào)制方式有關(guān)。全橋逆變器的調(diào)制方式對電池板兩端對地電壓有很大的影響，常見的有雙極性調(diào)制和單極性調(diào)制，下面對不同調(diào)制方式下的太陽能兩端對地電壓作具體分析： 對稱濾波電感全橋逆變器拓?fù)鋋. 雙極性調(diào)制方式雙極性調(diào)制方式的調(diào)制波形如圖23所示：圖23 雙極性調(diào)制波形當(dāng)S1和S4導(dǎo)通，S2和S3關(guān)斷時(shí)，有電壓方程： ， (5) ， (6)其中VPV為太陽能電池板兩端電壓，VPV+/N和VPV/N分別為太陽能電池板正負(fù)兩輸出端對地的電壓。當(dāng)電路工工作在負(fù)半周時(shí)類似。而S3,S4以工頻周期開關(guān)，S1,S2作高頻開關(guān)時(shí)，當(dāng)S3導(dǎo)通，S4關(guān)斷，不論S1，S2的開關(guān)狀態(tài)如果，都有 (21) (22)同樣地，當(dāng)S4導(dǎo)通，S3關(guān)斷時(shí)， (23) (24)可見此時(shí)太陽能電池板兩端電壓以工頻周期跳動，幅值也為電池電壓。而添加了續(xù)流電路之后，電路不再通過斜對角開關(guān)間相互切換來進(jìn)行續(xù)流，而是直接通過續(xù)流電路，這樣電感兩端的電壓變化相對較小，類似于單極性調(diào)制，電感上的電流紋波較小，因此輸出效率更高。為簡單起見，先分析不加boost電路的半橋電路中太陽能電池兩端對地電壓的變化情況，在此基礎(chǔ)上分析不同boost電路結(jié)構(gòu)和太陽能電池兩端對地電壓的關(guān)系。積分可得在低頻段也呈50HZ正弦波變化，且與電流IL1有90度的相位差。 a. C1和C2為6600uF， b. C1和C2為3300uF， c. C1和C2為6600uF，負(fù)載為5Ohm 負(fù)載為5Ohm 負(fù)載為10Oh圖31 仿真結(jié)果對比可以看到，仿真結(jié)果與上文分析吻合。而電池板的負(fù)端與C3的負(fù)極相連，因此電池兩端對地電壓的波動與BUS電容電壓的波動相等，此時(shí)負(fù)端對地電壓為－UC3，正端對地電壓為（VPV－UC3）。c. 三電平boost半橋結(jié)構(gòu)圖34 三電平boost半橋拓?fù)涓鶕?jù)如圖34所示的三電平boost半橋電路，可推出不同開頭狀態(tài)下電池板兩端對地電壓：1） Q1開通，Q2關(guān)斷 (33)2） Q1關(guān)斷，Q2開通 (34)3） Q1，Q2同時(shí)關(guān)斷 (35)4） Q1，Q2同時(shí)開通 (36)可見電池板兩端對地電壓會存在2倍開關(guān)頻率的波動，不適合用于薄膜電池場合。 該拓?fù)渑c兩電平結(jié)構(gòu)都具有電池板端對地電壓波動小的優(yōu)點(diǎn)。S1導(dǎo)通時(shí)，由電池板供電；S1斷開后，電路通過D1續(xù)流。此類硬件結(jié)構(gòu)需要開關(guān)管的數(shù)量與前述拓?fù)湎喈?dāng)，而且不管是否用于升壓，都需要boost電感，當(dāng)其工作在負(fù)半周時(shí)，完全依靠電感供能，因此該電感會比較大。對逆變器要求◆ 對地電位為非負(fù)極性，如果是負(fù)極性，負(fù)電壓幅值越小越好◆ 為了減小漏電流，電池板的對地電壓變化幅值越小、頻率越慢（前提對地電容一定）◆ 逆變器的轉(zhuǎn)換效率越高越好◆ 有一點(diǎn)需要注意，目前市面上標(biāo)稱“適用于薄膜的逆變器” 一些沒有滿足正極性的要求拓?fù)淇偨Y(jié)◆ 帶工頻變壓器的逆變器(圖20)電池板負(fù)端可直接接地，這樣電池兩端對地電壓恒定，且為正偏壓，有利于薄膜電池。◆ 串聯(lián)boost電路的半橋變換器電池兩端對地電壓波動較小()，其中圖33所示拓?fù)渲须姵仉妷翰▌幼钚。@類拓?fù)渲须姵刎?fù)端對地電壓仍為負(fù)?！?謝副總提出的前級buckboost電路，后級可以為一個(gè)橋臂（單相）或三個(gè)橋臂（三相），如圖42所示。附注從長遠(yuǎn)考慮，隨著薄膜電池制作材料的更新和制作工藝的改進(jìn)，電池兩端對地電壓可能不再需要恒為正，這時(shí)應(yīng)用薄膜電池時(shí)關(guān)注的重點(diǎn)應(yīng)在于減小電池板的漏電流和提高變換器的效率，這樣圖22所示的全橋逆變器和圖35所示的三電平半橋逆變器將更有優(yōu)勢。且有電池板電壓必須高于輸出電壓的限制。電池板接中線型逆變器中電池負(fù)端直接接地，有利于薄膜電池工作，但受專利限制，且效率也有待商榷，不推薦使用?！?帶高頻變壓器的逆變器(圖21)電池板負(fù)端也可直接接地，有利于薄膜電池的工作，且高頻變壓器體積較小，但變換器效率較低，比無變壓器的變換器低4%~5%?！?電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。S1導(dǎo)通時(shí)，電池板給電感充電，電感電壓上正下負(fù)；S1斷開，電感電壓反向，電路通過D1續(xù)流。 三電平半橋拓?fù)渲须姵貎啥藢Φ仉妷? 電池板接中線型逆變(Flying Inductor)[4] Flying Inductor拓?fù)湓擃愅負(fù)涞奶攸c(diǎn)是太陽能電池板負(fù)端直接與電網(wǎng)中線相連，因此理論上板端對地電壓波動為零。其仿真結(jié)果如下，其中最上面為輸出電壓波形，中間為電感電流，最下面為電池板正端對地的電壓。需要注意的是如果把圖中D2去掉，雖然對BUS電容上電壓不會有影響，但太陽能電池板兩端對地電壓將出現(xiàn)開關(guān)頻率的波動，此時(shí)當(dāng)T1閉合時(shí)，；而當(dāng)T1打開時(shí)。 帶boost電路，兩電平半橋常見的boost電路主要有兩電平boost電路和三電平boost電路，根據(jù)boost電感是否對稱，boost電路又可分為不對稱boost電路和對稱boost電路。而電感電流IL1越大，則越大，而電感電流又是與負(fù)載電流直接相關(guān)的，所以負(fù)載的情況會直接影響到。當(dāng)T1導(dǎo)通T2關(guān)斷時(shí)，有： (25)當(dāng)T1關(guān)斷T2導(dǎo)通時(shí)，有： (26) 因?yàn)殡姼须娏鱅L1低頻段呈50HZ正弦，且由于太陽能電池板可以看作是恒流源，IPV為常量。同時(shí)太陽能電池兩端對地電壓呈工頻正弦波，漏電流較小。當(dāng)采用單濾波電感時(shí)，宜采用單極性調(diào)制方式，使接地的一組橋臂作工頻開關(guān)，這樣電池兩端對地電壓呈方波形狀，方波頻率也為市電頻率，而雙極性調(diào)制方式會使電池兩端對地電壓存在開關(guān)頻率的跳變。圖24 單極性調(diào)制PWM波形 單極性調(diào)制
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