光伏发电系统中高频隔离光伏逆变器的妙用

光伏发电系统中高频隔离光伏逆变器的妙用
在光伏发电系统中，我们常常会遇到这些问题：一到下雨天，并网漏电流开关就跳闸，天气转晴时又自动正常，怎么查都找不到问题点。

其实这个事情和组件逆变器等设备没有关系，主要原因是非隔离型光伏系统引起的。

太阳能发电系统中，光伏组件与地之间存在一个对地寄生电容，在潮湿环境或者雨天时，该寄生电容会变大。

寄生电容与光伏发电输出电网系统形成共模回路，对地寄生电容能够与并网逆变器中的滤波元件和电网阻抗形成谐振通路，当共模电流的频率到达谐振回路的谐振频率点时，电路中会出现大的漏电流，该共模电流在增加了系统损耗的同时，还会影响逆变器的正常工作，并向电网注入大量谐波，带来安全问题；当系统检测漏电流过大时，逆变器就会停止工作。

非隔离型光伏并网逆变器对地漏电流原理图
在硅基薄膜组件光伏发电系统中，为了防止组件导电层TCO腐蚀，组件负极必须接地，为防止对地共模电压超过系统电压且抑制光伏方阵电池板的对地分布电容对逆变器控制电路的共模干扰，所以必须采用变压器隔离进行逆变并网。

出于以上考虑，越来越多的应用场合要求光伏并网逆变器实现电气隔离。

隔离型光伏并网逆变器有效地提高了光伏侧的电气安全性，消除了光伏并网系统中的共模电流问题。

根据变压器的工作频率，隔离型光伏并网逆变器可以分为工频隔离型和高频隔离型。

工频隔离型光伏并网逆变器是目前光伏发电系统中最为常用的结构。

其拓扑
结构是在非隔离型并网逆变器的基础上，在电网侧加入工频变压器，其重量约占整个光伏并网逆变器总重量的50％左右，这成为了逆变器减小系统体积、提高功率密度的一大障碍，另外，工频变压器也给逆变器产生了较大的损耗，增加了发电系统的成本和运输、安装的难度。

在电压和电流一定的情况下，变压器的原副边绕组匝数和工作频率是反比关系，铁芯截面积和工作频率也是反比关系。

变压器的工作频率越高，变压器原边和副边的绕组匝数就会相应地减少，其所需的面积也会减小，从而可以选择较小体积的铁芯。

因此，提高变压器的工作频率成为了减小体积和重量的有效方法。

高频隔离变压器具有质量轻，体积小等优点，高频隔离光伏并网逆变器，其电路结构如图所示。

光伏阵列发出的直流电被输入侧的全桥逆变器翻转成为高频脉宽的交流脉冲电压，通过高频变压器进行隔离传输。

高频脉冲电压到达变压器副边后，经二极管整流桥将负半周脉冲电压反向，整流成为直流电，再经中间直流侧的大电解电容进行滤波，形成稳定的中间侧直流电压。

最后经过输出侧的后级全桥逆变器逆变成为交流电，并入电网。

高频隔离光伏逆变器拓扑结构图
尽管高频隔离型逆变器有很多优点，但由于增加了DC/AC逆变，高频变压器，AC/DC整流三级拓扑结构，使得电气结构复杂，元器件多，技术难度非常大，如果设计得不好，会造成系统可靠性差，还有效率低下，成本高，体积大，重量重等缺点，因而很多厂家望而止步。

深圳古瑞瓦特经过多年潜心研究，开发出3款高频隔离并网逆变器，型号为Growatt 2000HF，Growatt 3000HF，Growatt 5000HF，通过加入软开关电路，使用低功耗开关管，提高开关频率，采用优质磁性材料等一系列改进措施，逆变器在性能和效率方面都有很大提升，和非隔离的逆变器对比，古瑞瓦特这3款逆变器体积和重量都相差
不大，最高效率可达96.5%，同工频隔离的逆变器对比，体积减小30%以上，重量减少40%，效率提高5%。

古瑞瓦特的高频隔离逆变器，光伏输入端负极直接和大地相连接，对于预防薄膜组件的导电层TCO腐蚀和晶硅组件PID，效果非常明显，目前广泛安装在有负极接地要求的光伏系统上，如汉能的硅基薄膜组件系统，以及安装在潮湿环境有抗PID要求的晶硅组件系统，目前全球安装量达3万套，位居首位，远远超过第二名。

从运行的情况上看，逆变器性能非常稳定，发电量高，对薄膜组件的TCO腐蚀及晶硅组件的PID抑制效果很显著，组件的衰减很少。