[发明专利]基于无电容均压器的光伏子模块

说明书

本发明公开了一种基于无电容均压器的新架构光伏子模块，其将第一光伏单元、第二光伏单元、第三光伏单元、第四光伏单元、第五光伏单元、第六光伏单元、第七光伏单元、第八光伏单元、第九光伏单元、第十光伏单元、第十一光伏单元、第十二光伏单元、第十三光伏单元、第十四光伏单元、第十五光伏单元和第十六光伏单元、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管这些结构通过特定方式相互连接，这样便提供了差分能量传输的直接通道，避免了差分能量的逐级传输，提高了光伏单元之间功率失配时光伏系统能量获取率，大大提升了光伏系统的发电效率。

技术领域

本发明涉及电力电子变换器及控制技术领域，尤其涉及一种基于无电容均压器的光伏子模块。

背景技术

光伏模块是一种将太阳能转化为电能的装置，多用在利用太阳能发电的场合，例如太阳能发电厂、太阳能路灯等。目前，光伏的主流使用形式是集中式发电，即将光伏模块(PV module)进行串联和并联得到光伏阵列(PV array)，保证足够高的输出电压和电流后，由大功率集中式并网逆变器进行最大功率点跟踪(MPPT)和并网控制，该方式优点明显，即拓扑结构与控制简单、成本相对较低。但也存在明显缺点，即变化范围极宽的输入电压要求采用高耐压、高导通阻抗的器件，且后级的逆变器直流电压利用率低，造成逆变器效率偏低；此外，由于局部阴影、光伏电池模块安装角偏差、灰尘、电气参数差异等因素的影响，光伏阵列中，每块电池模块输出最大功率点(MPP)处电压与电流不可能一致，导致光伏阵列输出功率受限于功率最小的光伏模块，这种现象称为功率失配，严重时损失功率达30％以上，长期运行会导致光伏模块上产生热斑，并烧毁模块。

解决集中式发电问题的常用方法包括光伏直流模块(亦称光伏优化器)、光伏交流模块(亦称光伏微逆变器)以及差分功率处理(DPP)方案，三种方案在一定程度上可以保证光伏模块(常见功率约200W)实现MPP运行，但容易因光伏单元之间功率失配引起的能量获取率低的问题。

发明内容

为克服传统光伏子模块中光伏单元功率失配时能量获取率低的现状，本发明提出一种基于无电容均压器的光伏子模块，改变了传统光伏子模块的连接方式，提高了光伏单元之间功率失配时光伏系统能量获取率，建立了功率失配的光伏单元之间的差分能量直接传输通道，大大提升了光伏系统的发电效率；而且利用了光伏单元寄生扩散电容替代了传统拓扑中的电容，降低了采用器件数量，降低了光伏子模块的集成难度。

一种基于无电容均压器的光伏子模块，包括第一光伏单元、第二光伏单元、第三光伏单元、第四光伏单元、第五光伏单元、第六光伏单元、第七光伏单元、第八光伏单元、第九光伏单元、第十光伏单元、第十一光伏单元、第十二光伏单元、第十三光伏单元、第十四光伏单元、第十五光伏单元和第十六光伏单元、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；

第一光伏单元的负极与第二光伏单元的正极连接，第三光伏单元的负极与第四光伏单元的正极连接，第五光伏单元的负极与第六光伏单元的正极连接，第七光伏单元的负极与第八光伏单元的正极连接，第九光伏单元的负极与第十光伏单元的正极连接，第十光伏单元的负极与第十一光伏单元的正极连接，第十六光伏单元的负极与第十五光伏单元的正极连接，第十五光伏单元的负极与第十四光伏单元的正极连接；第十一光伏单元的负极、第十二光伏单元的负极、第十三光伏单元的正极、第十六光伏单元的正极连接在一起；第一开关管的源极、第二开关管的漏极、第九光伏单元的正极连接在一起；第三开关管的源极、第四开关管的漏极、第十二光伏单元的正极连接在一起；第五开关管的源极、第六开关管的漏极、第十三光伏单元的负极连接在一起；第七开关管的源极、第八开关管的漏极、第十四光伏单元的负极连接在一起；第二光伏单元的负极、第三光伏单元的正极、第二开关管的源极、第三开关管的漏极连接在一起；第四光伏单元的负极、第五光伏单元的正极、第四开关管的源极、第五开关管的漏极连接在一起；第六光伏单元的负极、第七光伏单元的正极、第六开关管的源极、第七开关管的漏极连接在一起。