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防反接电路在光伏系统中的应用

(发表时间:2014/7/1 10:38:43) 人气:

光伏系统相关设备的实际应用过程中,人为将光伏电池组件正负极错误接入设备的情况不可避免,这有可能造成比较严重的后果。如并网逆变器,离网逆变器和扬水逆变器等光伏控制器多会在直流输入侧并联电解电容以支撑直流电压。若电源输入正负极反接,则电解电容会因极性错误而损毁,造成控制器不可自行恢复的损坏。因此,光伏系统相关设备中一般都设计有防反接电路,确保在输入电源反接的情况下,?;す夥璞覆槐凰鸹?。

 

最简单的防反接电路就是在输入电路中串联一只二极管,如图1所示,在输入电压较低的应用场合,可采用肖特基二极管,减小因管压降带来的损耗,提高整机工作效率。

 

 

二极管防反接电路

 

为了进一步减小因二极管压降引起的损耗,可采用MOSFET作为防反接电路中的开关器件,如图2所示,选择导通压降较小的MOSFET,在输入电源正确接入的情况下,电源电压通过驱动回路给MOSFET栅极供电,MOSFET导通;在输入电源反接的情况下,MOSFET栅极电压对源极电压差为负值,MOSFET关断,供电通道被阻断。选择导通电阻较小的MOSFET器件,可显著降低防反接电路带来的损耗,但随着电压等级的增加,该方案与二极管方案相比,性价比降低。

 

 

2 MOSFET防反接电路

 

目前市场上有些光伏系统相关设备取消了防反接电路设计,这有一定的依据,接下来进行分析。

设备中电解电容后端为逆变电路,所用的IGBTMOS管有等效的反并联二极管,若光伏电源输入接反,电源将通过反并联二极管形成短路回路,根据光伏组件特性,光伏电源电压被拉低,电压值仅为两只二极管正向导通压降和,不会对电解电容造成损坏,而光伏组件的短路电流与额定电流相比差异不大,合理的匹配下,该短路电流短时间内不会对设备造成损坏。

 

为了验证以上分析,进行了相关测试。测试采用的光伏阵列最大输出功率2.2kW,开路电压400V,最大短路电流7A。采用天源公司生产的PB2200L型扬水逆变器进行反接测试,由于该逆变器具备防反接电路,故先将该电路中的防反二极管用铜线短接。记录光伏阵列电源反接接通瞬间,电解电容两端电压和输入电流的波形,如图3所示,由于测试时非光照最强的条件,故短路电流未达到最大短路电流值,但可以从波形中看出,电解电容两端电压被钳位至1.5V左右,输入电流也维持在光伏阵列最大短路电流值以内,与理论分析结果一致。

 

 

光伏阵列电源输入反接瞬间波形

 

由测试可知,取消了防反接电路的光伏设备,确实能在光伏阵列电源反接的情况下,确保自身安全。但真的可以将防反接电路取消吗?我们考虑以下几种情况:

1. 光伏电源功率远大于相关设备功率,即可能短路电流大于上述反并联二极管电流限值,导致二极管过流损坏;

2. 光伏电源反接后未及时进行改正,长时间的短路会对光伏阵列造成损害;

3. 多路光伏阵列并联输入的情况下,若其中有某路光伏阵列出现异常,如被遮挡或损坏,则可能在光伏阵列之间形成环路电流,造成系统效率降低,严重时可能损坏光伏组件。

 

对于前两种情况分析较为简单,此处不再赘述。对于第三种情况,我们进行了相关测试,测试采用四组相同规格的光伏阵列,每组开路电压120V,最大输出功率1kW,短路电流10A。测试时将阵列3、4用遮光布覆盖,测量并记录光伏阵列的工作情况。

 

 

 

由测试结果可看出,在无防反接电路的情况下,正常的光伏阵列和被遮挡的光伏阵列之间由于存在电位差,会形成阵列环路电流。如上表格记录,环路电流0.8A,即被遮挡的光伏阵列此时消耗约90W功率,若光照条件好的情况下,该数值将更高,这将造成电池板发热,影响使用寿命。

 

综合以上分析和测试,为了在各种异常条件下确保设备和光伏阵列的安全可靠,光伏系统中需加入防反接电路。

 

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