[发明专利]一种太阳能逆变器专用宽温低损耗锰锌铁氧体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于低功耗锰锌软磁铁氧体技术领域，具体涉及一种低烧结温度、宽温度范围、低功率损耗太阳能微逆变器专用的锰锌铁氧体及其制备方法。

背景技术

太阳能资源清洁、无污染、可再生，绿色环保，在新能源领域越来越受重视，各国政府纷纷出台政策支持其发展。随着太阳能发电技术的发展和进步，并网逆变器也随之发展和进步。

一般太阳能电池的转换效率仅为10-20%左右。高效率且具有成本效益的逆变器成为评定太阳能发电系统优劣的关键指标。以一台20kWp安装设备每天平均输出电能为190kWh为例，假定逆变器效率从95%提高到96%，如果强制上网电价按1.0元/度，并以10年寿命周期来计算，这1%的效率提升所带来的收益将接近逆变器自身成本的一半。逆变器效率的提升成为逆变器发展的硬性指标。最大功率点跟踪（maximum power point tracking, MPPT）技术在微逆变器中的运用，解决了在集中式、串式和多串式系统中，MPPT技术无法兼顾系统中每个光伏阵列，单个光伏阵列利用率低、系统抗局部阴影能力差的顽疾。

在DC/AC微逆变器中，损耗以磁性元件的损耗更为主。降低铁氧体磁性元件的损耗就显得非常重要。在采用高频变压器绝缘方式的逆变器中，磁性器件工作在高频状态（≥20kHz）。相对于低频变压器，体积和重量较小，成本更低，效率更高。适用的磁性材料为软磁铁氧体。作为高频变压器磁性用软磁铁氧体，技术要求低损耗、高饱和磁通密度。其工作状态下，电流可能达到20-30A。在夜间，光伏电站因为光照不足而退出运行，逆变器常处于待机状态。另外，光伏电站常建在沙漠、海岛等地方，昼夜温差大，对磁性元器件的可靠性要求非常高。综合考虑这些因素，设计合适的生产工艺，制造出高磁导率、高饱和磁通密度，叠加特性好，功率损耗低的铁氧体材料，对提高逆变器的效率有重要意义。

发明内容

针对太阳能微逆变器对磁性元器件的要求，本发明的目的是提供一种宽温低损耗锰锌铁氧体，该铁氧体具有以下优良综合性能：在低温条件下烧结，具有高初始磁导率、低的高频损耗、高饱和磁通密度、合理的损耗曲线设计，更有利于逆变器向高频率、小型化、轻量化、高功率密度、高效率、高可靠性、智能化的方向发展。

本发明解决技术问题的主要原理是：采用Fe₂O₃摩尔含量大于50%的富铁配方，在副成分中加入Co₂O₃改善材料的功耗特性与磁导率特性，以及直流叠加特性；在副成分中加入CaCO₃ 与Nb₂O₅组合掺杂优化晶粒多孔结构，降低高频段相对损耗因子；在副成分中加入V₂O₅降低烧结温度；通过生产工艺调整材料晶体结构和晶界分布，得到良好的材料特性。

本发明所采取的技术方案是：

一种太阳能逆变器专用宽温低损耗锰锌铁氧体，在25℃~100℃、300kHz~500kHz都有优良的功率损耗P_cv，用于微逆变器高频变压器，能使高频变压器工作过程中的损耗降低，提高微逆变器效率，满足应用于恶劣环境的需求，其包括主成分和副成分，主成分为：氧化铁、四氧化三锰、氧化锌；所述主成分以各自标准物计的含量如下：

Fe₂O₃：53.5mol%~54.5mol%，

ZnO：8.0mol%~10.0mol%，

其余为Mn₃O₄；

所述副成分包括碳酸钙、五氧化二铌、五氧化二钒和氧化钴，相对所述主成分总量，所述副成分以其各自标准物CaCO₃、Nb₂O₅、V₂O₅和Co₂O₃计的总含量为0.075wt%~0.18wt%，其中氧化钴以其标准物Co₂O₃计的含量为0.03 wt%~0.2 wt%。