[实用新型]太阳光伏发电系统及其交流模块

说明书

技术领域

本实用新型有关于一种太阳光伏发电系统，尤指一种与交流市电并联运转的太阳光伏发电系统。

背景技术

由于太阳能具有无污染、无公害的特性，而且取之不尽用之不竭，因此，太阳能的应用具有相当大的发展潜力。由于近年来太阳能电池的积极研究发展，已达到相当高的效率，因此逐渐受到欧、美、日等各国的重视，并制订政策鼓励推展应用。

太阳能光电系统主要是通过太阳能板进行光电转换而产生直流电源，再经由电力调节器将直流电源转换成交流电源以供负载使用或馈入市电的总线与市电同步并联运转。因此，就功能而言，小型分布式发电系统可区分为以下三种类型：(1)独立型(stand-alone system)、(2)市电并联型(grid-connection system)以及(3)混合型(hybrid system)。独立型系统所指的是太阳能光电系统没有与其它电源连接运转，只能直接供给系统所接的负载，所以此系统较适合用于偏远地区或海上孤岛等没有市电供应的地方。负载所有电力来源均为风力或太阳能，太阳能除了能提供负载用电外还可将多余能量对蓄电池(battery)充电；当太阳能电力瞬间不足以提供负载所需电力时，则由蓄电池提供。市电并联型系统所指的是太阳能光电系统与电力公司网络并联，只要市电电力可正常送达的任何地点都适用这类系统。如果太阳能光电系统发电量大于负载需求，则可将多余电力逆潮流馈入市电，反之，当太阳能光电系统发电量不足以提供负载使用时，市电将可供应不足的部分。此外，为了应对电力质量不稳定的问题，而发展出混合型系统。太阳能光电系统在市电停止供电时，通过搭配蓄电池组使用，可立即与市电隔离，形成独立运转供电，以提供短暂电力。等到市电恢复供电时，太阳能光电系统则恢复与市电并联，同时也对蓄电池组进行充电。与独立型系统比较，市电并联型系统由于不需使用蓄电池因而较为便宜且维护容易，因此最为普遍。

市电并联型太阳光伏发电系统架构可分为单级式架构与两级式架构。请参见图1A与图1B，分别为现有单级太阳能市电并联系统的方框图与两级太阳能市电并联系统的方框图。如图1A所示，该太阳光伏发电系统与交流市电50A并联运转。该太阳光伏发电系统主要包含太阳光伏模块10A、输入滤波电容20A以及直流/交流转换器40A。通过该太阳光伏模块10A将光能转换为电能，以提供直流输出电压V_pv与直流输出电流I_pv。该输入滤波电容20A电性连接该太阳光伏模块10A，以提供后端电路进行能量转换操作时所需的储能、释能与滤波。该直流/交流转换器40A电性连接该输入滤波电容20A，并且可通过正弦脉冲宽度调制(Sinusoidal Pulse-Width-Modulation，SPWM)方式，将该直流电源转换为振幅与频率都可调制的正弦波交流电源，而能馈入市电的总线与该交流市电50A同步并联运转。该单级太阳能市电并联系统的优点为电路简单、控制容易与效率高，因此适合用于较大功率、高太阳光伏输出电压的场合。而其缺点为该太阳光伏模块10A直接并联该直流/交流转换器40A的高压直流链(DC bus)，对于小功率系统的应用，阵列组合较无弹性，且利用电池串接方式有高压短路危险、可靠度也较低。

如图1B所示，该两级太阳能市电并联系统的架构与该单级太阳能市电并联系统相同，然而，两者最大差异在于该两级太阳能市电并联系统还包含直流/直流转换器30A。该直流/直流转换器30A电性连接该输入滤波电容20A，以接收该输入滤波电容20A所输出的滤波电压，将滤波后该直流电源的电压准位(level)升高。至于后端的电路动作原理则与该单级太阳能市电并联系统相同，因此不再赘述。该两级太阳能市电并联系统架构的优点为不需要串接许多该太阳光伏模块10A，可减少体积与成本，模块阵列组合弹性大而且连接的可靠性较高。而其缺点为高频切换再加上两级式电路架构，效率较差。

上述现有的该单级式与两级式太阳能市电并联系统架构都使用高频切换的该直流/交流转换器40A，其与该交流市电50A并联的基本条件为输出振幅(amplitude)、频率(frequency)与相位(phase)必须与该交流市电50A相同。该太阳能市电并联系统与该交流市电50A并联之前变流器必须借由锁相回路(Dhase-locked-loop，PLL)与该交流市电50A同步，且必须具备良好的电流控制性能，否则并联瞬间或并联过程中将引起环流而导致转换器损坏。此外，该直流/交流转换器40A的主要缺点在于先天限流特性较差且电流控制性能易受直流链与该交流市电50A的电压影响，在并联与负载变化瞬时期间易于过流。

实用新型内容