專利名稱：太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)及其交流模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型有關(guān)于一種太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)，尤指一種與交流市電并聯(lián)運轉(zhuǎn)的太陽 光伏發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于太陽能具有無污染、無公害的特性，而且取之不盡用之不竭，因此，太陽能的 應(yīng)用具有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿?。由于近年來太陽能電池的積極研究發(fā)展，已達到相當(dāng)高的效 率，因此逐漸受到歐、美、日等各國的重視，并制訂政策鼓勵推展應(yīng)用。太陽能光電系統(tǒng)主要是通過太陽能板進行光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生直流電源，再經(jīng)由電力 調(diào)節(jié)器將直流電源轉(zhuǎn)換成交流電源以供負載使用或饋入市電的總線與市電同步并聯(lián)運轉(zhuǎn)。 因此，就功能而言，小型分布式發(fā)電系統(tǒng)可區(qū)分為以下三種類型(1)獨立型(Stand-alone system)、(2)市電并聯(lián)型(grid-connection system)以及(3)混合型(hybrid system)。獨 立型系統(tǒng)所指的是太陽能光電系統(tǒng)沒有與其它電源連接運轉(zhuǎn)，只能直接供給系統(tǒng)所接的負 載，所以此系統(tǒng)較適合用于偏遠地區(qū)或海上孤島等沒有市電供應(yīng)的地方。負載所有電力來 源均為風(fēng)力或太陽能，太陽能除了能提供負載用電外還可將多余能量對蓄電池(battery) 充電；當(dāng)太陽能電力瞬間不足以提供負載所需電力時，則由蓄電池提供。市電并聯(lián)型系統(tǒng)所 指的是太陽能光電系統(tǒng)與電力公司網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)，只要市電電力可正常送達的任何地點都適用 這類系統(tǒng)。如果太陽能光電系統(tǒng)發(fā)電量大于負載需求，則可將多余電力逆潮流饋入市電，反 之，當(dāng)太陽能光電系統(tǒng)發(fā)電量不足以提供負載使用時，市電將可供應(yīng)不足的部分。此外，為 了應(yīng)對電力質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，而發(fā)展出混合型系統(tǒng)。太陽能光電系統(tǒng)在市電停止供電時， 通過搭配蓄電池組使用，可立即與市電隔離，形成獨立運轉(zhuǎn)供電，以提供短暫電力。等到市 電恢復(fù)供電時，太陽能光電系統(tǒng)則恢復(fù)與市電并聯(lián)，同時也對蓄電池組進行充電。與獨立型 系統(tǒng)比較，市電并聯(lián)型系統(tǒng)由于不需使用蓄電池因而較為便宜且維護容易，因此最為普遍。市電并聯(lián)型太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)架構(gòu)可分為單級式架構(gòu)與兩級式架構(gòu)。請參見圖IA 與圖1B，分別為現(xiàn)有單級太陽能市電并聯(lián)系統(tǒng)的方框圖與兩級太陽能市電并聯(lián)系統(tǒng)的方框 圖。如圖IA所示，該太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)與交流市電50A并聯(lián)運轉(zhuǎn)。該太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)主 要包含太陽光伏模塊10A、輸入濾波電容20A以及直流/交流轉(zhuǎn)換器40A。通過該太陽光伏 模塊IOA將光能轉(zhuǎn)換為電能，以提供直流輸出電壓Vpv與直流輸出電流Ipv。該輸入濾波電 容20A電性連接該太陽光伏模塊10A，以提供后端電路進行能量轉(zhuǎn)換操作時所需的儲能、釋 能與濾波。該直流/交流轉(zhuǎn)換器40A電性連接該輸入濾波電容20A，并且可通過正弦脈沖寬 度調(diào)制(Sinusoidal Pulse-ffidth-Modulation, SPWM)方式，將該直流電源轉(zhuǎn)換為振幅與頻 率都可調(diào)制的正弦波交流電源，而能饋入市電的總線與該交流市電50A同步并聯(lián)運轉(zhuǎn)。該 單級太陽能市電并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點為電路簡單、控制容易與效率高，因此適合用于較大功率、 高太陽光伏輸出電壓的場合。而其缺點為該太陽光伏模塊10A直接并聯(lián)該直流/交流轉(zhuǎn)換 器40A的高壓直流鏈(DC bus)，對于小功率系統(tǒng)的應(yīng)用，陣列組合較無彈性，且利用電池串 接方式有高壓短路危險、可靠度也較低。[0005]如圖IB所示，該兩級太陽能市電并聯(lián)系統(tǒng)的架構(gòu)與該單級太陽能市電并聯(lián)系統(tǒng) 相同，然而，兩者最大差異在于該兩級太陽能市電并聯(lián)系統(tǒng)還包含直流/直流轉(zhuǎn)換器30A。 該直流/直流轉(zhuǎn)換器30A電性連接該輸入濾波電容20A，以接收該輸入濾波電容20A所輸出 的濾波電壓，將濾波后該直流電源的電壓準(zhǔn)位(level)升高。至于后端的電路動作原理則 與該單級太陽能市電并聯(lián)系統(tǒng)相同，因此不再贅述。該兩級太陽能市電并聯(lián)系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu) 點為不需要串接許多該太陽光伏模塊10A，可減少體積與成本，模塊陣列組合彈性大而且連 接的可靠性較高。而其缺點為高頻切換再加上兩級式電路架構(gòu)，效率較差。上述現(xiàn)有的該單級式與兩級式太陽能市電并聯(lián)系統(tǒng)架構(gòu)都使用高頻切換的該直 流/交流轉(zhuǎn)換器40A，其與該交流市電50A并聯(lián)的基本條件為輸出振幅(amplitude)、頻率 (frequency)與相位(phase)必須與該交流市電50A相同。該太陽能市電并聯(lián)系統(tǒng)與該交 流市電50A并聯(lián)之前變流器必須借由鎖相回路(Dhase-locked-loop，PLL)與該交流市電 50A同步，且必須具備良好的電流控制性能，否則并聯(lián)瞬間或并聯(lián)過程中將引起環(huán)流而導(dǎo)致 轉(zhuǎn)換器損壞。此外，該直流/交流轉(zhuǎn)換器40A的主要缺點在于先天限流特性較差且電流控 制性能易受直流鏈與該交流市電50A的電壓影響，在并聯(lián)與負載變化瞬時期間易于過流。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的，在于提供一種太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)及其交流模塊，以改善現(xiàn)有 直流/交流轉(zhuǎn)換器的缺點、提升整體轉(zhuǎn)換效率以獲得太陽光電能的高度利用率。為了達到上述目的，本實用新型提供一種太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)，通過太陽光伏模塊 提供直流電源，并且轉(zhuǎn)換該直流電源為交流電源，再與交流市電并聯(lián)運轉(zhuǎn)。該太陽光伏發(fā)電 系統(tǒng)包含太陽光伏模塊、耦合電容單元以及交流模塊。該耦合電容單元電性連接該太陽光伏模塊，以對該太陽光伏模塊所提供的該直流 電源濾波。該交流模塊電性連接該耦合電容單元，以將該濾波后的直流電源轉(zhuǎn)換為半正弦波 電流。該交流模塊包含主動箝位電路、電力轉(zhuǎn)換器以及交流選擇開關(guān)電路。該主動箝位電路具有第一箝位開關(guān)、第二箝位開關(guān)、第一箝位電容以及第二箝位 電容，接收該濾波后的直流電源，以降低該濾波后的直流電源的電壓突波。該電力轉(zhuǎn)換器電 性連接該主動箝位電路，且該電力轉(zhuǎn)換器具有隔離變壓器，并且該隔離變壓器的一次側(cè)具 有第一主開關(guān)與第二主開關(guān)，該隔離變壓器的二次側(cè)具有由兩個二極管與兩個濾波電容所 組成的整流電路，以接收該直流電源、轉(zhuǎn)換該直流電源的直流電壓準(zhǔn)位并對該直流電源進 行整流。該交流選擇開關(guān)電路電性連接該電力轉(zhuǎn)換器與該交流市電，具有兩個以上功率開 關(guān)形成的全橋式架構(gòu)，以該交流市電同步方式交互切換；將該半正弦波電流轉(zhuǎn)換成全正弦 波電流，并經(jīng)濾除該全正弦波電流的高頻切換成分后，可使輸出電流為純正弦且與該交流 市電同相，以實現(xiàn)該太陽光伏模塊的最大功率點追蹤控制與單位功因饋入該交流市電。進一步地，所述太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)還包括線頻切換電路，電性連接該交流模塊，并接收該交流模塊的輸出電壓與輸出電流， 以產(chǎn)生驅(qū)動所述交流選擇開關(guān)電路的所述功率開關(guān)的驅(qū)動信號；電壓/電流檢測電路，電性連接所述太陽光伏模塊與所述耦合電容單元，以檢測 該太陽光伏模塊的輸出直流電壓與輸出直流電流，并產(chǎn)生驅(qū)動所述主動箝位電路的所述第一箝位開關(guān)與所述第二箝位開關(guān)以及所述電力轉(zhuǎn)換器的所述第一主開關(guān)與所述第二主開 關(guān)的驅(qū)動信號；最大功率追蹤控制器，電性連接該交流模塊與該電壓/電流檢測電路，通過反饋 該交流模塊所輸出的功率，以控制該電壓/電流檢測電路，并調(diào)整該太陽光伏模塊的電壓 或電流工作點，以提供最大功率追蹤控制；及驅(qū)動電路，電性連接該電壓/電流檢測電路、該線頻切換電路以及該交流模塊，分 別接收該電壓/電流檢測電路與該線頻切換電路的該些驅(qū)動信號，以驅(qū)動該主動箝位電路 與該交流選擇開關(guān)電路。進一步地，所述交流模塊還包含保護電路，電性連接于所述電力轉(zhuǎn)換器與所述交 流選擇開關(guān)電路之間，以檢測當(dāng)該電力轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為低電壓或零電壓交越狀況時， 維持該交流選擇開關(guān)電路的所述功率開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)。進一步地，所述主動箝位電路的所述第一箝位開關(guān)與所述電力轉(zhuǎn)換器的所述第一 主開關(guān)為互補切換，并且，該主動箝位電路的所述第二箝位開關(guān)與該電力轉(zhuǎn)換器的所述第 二主開關(guān)為互補切換；其中該主動箝位電路的該些箝位開關(guān)與該電力轉(zhuǎn)換器的該些主開關(guān) 切換時，都提供盲時以便進行柔性切換。進一步地，所述電力轉(zhuǎn)換器為電流饋入型推挽式轉(zhuǎn)換器；并且，該電力轉(zhuǎn)換器的所 述第一主開關(guān)與該電力轉(zhuǎn)換器的所述第二主開關(guān)切換時序錯相180度。進一步地，所述交流選擇開關(guān)電路的所述功率開關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。進一步地，所述交流選擇開關(guān)電路的所述功率開關(guān)為硅控整流器。進一步地，所述電力轉(zhuǎn)換器的所述隔離變壓器為一次側(cè)中心抽頭、二次側(cè)提供倍 壓整流，以提升所述太陽光伏模塊輸出電壓的準(zhǔn)位至所述交流市電準(zhǔn)位，進而能以電流源 形式饋入該交流市電。為了達到上述目的，本實用新型提供一種太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流模塊，該交流 模塊接收直流電源，并且轉(zhuǎn)換該直流電源為交流電源，再與交流市電并聯(lián)運轉(zhuǎn)。該交流模塊 包含主動箝位電路、電力轉(zhuǎn)換器以及交流選擇開關(guān)電路。該主動箝位電路具有第一箝位開關(guān)、第二箝位開關(guān)、第一箝位電容以及第二箝位 電容，接收該直流電源，以降低該直流電源的電壓突波。該電力轉(zhuǎn)換器電性連接該主動箝位 電路，該電力轉(zhuǎn)換器具有隔離變壓器，并且該隔離變壓器的一次側(cè)具有第一主開關(guān)與第二 主開關(guān)，該隔離變壓器的二次側(cè)具有由兩個二極管與兩個濾波電容所組成的整流電路，以 接收該直流電源、轉(zhuǎn)換該直流電源的直流電壓準(zhǔn)位并對該直流電源進行整流。該交流選擇 開關(guān)電路，電性連接該電力轉(zhuǎn)換器與該交流市電，具有兩個以上功率開關(guān)形成的全橋式架 構(gòu)，以交流市電同步方式交互切換；將該半正弦波電流轉(zhuǎn)換成全正弦波電流，并經(jīng)濾除該全 正弦波電流的高頻切換成分后，可使輸出電流為純正弦且與該交流市電同相，以實現(xiàn)該太 陽光伏模塊的最大功率點追蹤控制與單位功因饋入該交流市電。進一步地，所述交流模塊還包含保護電路，電性連接于所述電力轉(zhuǎn)換器與所述交 流選擇開關(guān)電路之間，以檢測當(dāng)該電力轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為低電壓或零電壓交越狀況時， 維持該交流選擇開關(guān)電路的所述功率開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)。進一步地，所述主動箝位電路的所述第一箝位開關(guān)與所述電力轉(zhuǎn)換器的所述第一主開關(guān)為互補切換，并且，該主動箝位電路的所述第二箝位開關(guān)與該電力轉(zhuǎn)換器的所述第 二主開關(guān)為互補切換；其中該主動箝位電路的該些箝位開關(guān)與該電力轉(zhuǎn)換器的該些主開關(guān) 切換時，都提供盲時以便進行柔性切換。進一步地，所述電力轉(zhuǎn)換器為電流饋入型推挽式轉(zhuǎn)換器；并且，該電力轉(zhuǎn)換器的所 述第一主開關(guān)與該電力轉(zhuǎn)換器的所述第二主開關(guān)切換時序錯相180度。進一步地，所述交流選擇開關(guān)電路的所述功率開關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。進一步地，所述交流選擇開關(guān)電路的所述功率開關(guān)為硅控整流器。進一步地，所述電力轉(zhuǎn)換器的所述隔離變壓器為一次側(cè)中心抽頭、二次側(cè)提供倍 壓整流，以提升所述太陽光伏模塊輸出電壓的準(zhǔn)位至所述交流市電準(zhǔn)位，進而能以電流源 形式饋入該交流市電。相比與現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)將該半正弦波電流轉(zhuǎn)換成全正 弦波電流，并經(jīng)濾除該全正弦波電流的高頻切換成分后，可使輸出電流為純正弦且與該交 流市電同相，以實現(xiàn)該太陽光伏模塊的最大功率點追蹤控制與單位功因饋入該交流市電， 從而改善現(xiàn)有直流/交流轉(zhuǎn)換器的缺點、提升整體轉(zhuǎn)換效率以獲得太陽光電能的高度利用率。

[0032]圖IA為現(xiàn)有單級太陽能市電并聯(lián)系統(tǒng)的方框圖；[0033]圖IB為現(xiàn)有兩級太陽能市電并聯(lián)系統(tǒng)的方框圖；[0034]圖2為本實用新型太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的方框圖；[0035]圖3為本實用新型交流模塊的主動箝位電路的第一實施例的電路圖；[0036]圖4為本實用新型交流模塊的主動箝位電路的第二實施例的電路圖；[0037]圖5為本實用新型交流模塊的主動箝位電路的第三實施例的電路圖；[0038]圖6為本實用新型交流模塊的主動箝位電路的第四實施例的電路圖；[0039]圖7為本實用新型的交流模塊另一實施例的電路圖。[0040]附圖標(biāo)記說明[0041]<現(xiàn)有技術(shù)>[0042]IOA 太陽光伏模塊20A輸入濾波電容[0043]30A 直流/直流轉(zhuǎn)換器40A直流/交流轉(zhuǎn)換器[0044]50A 交流市電V * pv直流輸出電壓[0045]Ipv 直流輸出電流[0046]〈本實用新型〉[0047]10 太陽光伏模塊20耦合電容單元[0048]30 交流模塊302主動箝位電路[0049]3022第一箝位開關(guān)3024第二箝位開關(guān)[0050]3026第一箝位電容3028第二箝位電容[0051]304 電力轉(zhuǎn)換器3042第一主開關(guān)[0052]3044第二主開關(guān)306交流選擇開關(guān)電路[0053]308保護電路50線頻切換電路70電壓/電流檢測電路Vpv直流輸出電壓Dl極管Crl濾波電容Lin輸入電感
D2 二極管 Cr2濾波電容 Cc 箝位電容
40 交流市電 60 最大功率追蹤控制器 80 驅(qū)動電路 Ipv直流輸出電流
具體實施方式
有關(guān)本實用新型的技術(shù)內(nèi)容及詳細說明，配合附圖說明如下請參見圖2，為本實用新型太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的方框圖。該太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)通過 太陽光伏模塊10提供直流電源(包含直流輸出電壓Vpv與直流輸出電流Ipv)，并且轉(zhuǎn)換該 直流電源為交流電源，再與交流市電40并聯(lián)運轉(zhuǎn)。該太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)包含該太陽光伏模 塊10、耦合電容單元20以及交流模塊30。該耦合電容單元20電性連接該太陽光伏模塊10，以對該太陽光伏模塊10所提供 的直流電源濾波。該交流模塊30電性連接該耦合電容單元20，并采用連續(xù)電流導(dǎo)通模式 (continuous conduction mode, CCM)，以將該濾波后的直流電源轉(zhuǎn)換為半正弦波電流。其 中，該交流模塊30包含主動箝位電路302、電力轉(zhuǎn)換器304以及交流選擇開關(guān)電路306。該太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)還包含線頻切換電路50、最大功率追蹤控制器60、電壓/電 流檢測電路70、以及驅(qū)動電路80。該線頻切換電路50電性連接該交流模塊30，并接收該交 流模塊30的輸出電壓與輸出電流，以產(chǎn)生驅(qū)動該交流選擇開關(guān)電路306的該些功率開關(guān)的 驅(qū)動信號。該電壓/電流檢測電路70電性連接該太陽光伏模塊10與該耦合電容單元20， 以檢測該太陽光伏模塊10的該直流輸出電壓Vpv與該直流輸出電流Ipv，并產(chǎn)生驅(qū)動該主動 箝位電路302的第一箝位開關(guān)3022與第二箝位開關(guān)30M(見圖幻以及該電力轉(zhuǎn)換器304 的第一主開關(guān)3042與第二主開關(guān)3044(見圖3)的驅(qū)動信號。該最大功率追蹤控制器60 電性連接該交流模塊30與該電壓/電流檢測電路70，通過反饋該交流模塊30所輸出的功 率，計算出最大功率追蹤命令信號，以控制該電壓/電流檢測電路70，并調(diào)整該太陽光伏模 塊10的電壓或電流工作點，以提供最大功率追蹤控制。該驅(qū)動電路80電性連接該電壓/ 電流檢測電路70、該線頻切換電路50以及該交流模塊30，分別接收該電壓/電流檢測電路 70與該線頻切換電路50的該些驅(qū)動信號，以驅(qū)動該交流模塊30的該主動箝位電路302與 該交流選擇開關(guān)電路306。請參見圖3，為本實用新型交流模塊的主動箝位電路的第一實施例的電路圖。如 前所述，該交流模塊30包含主動箝位電路302、電力轉(zhuǎn)換器304以及交流選擇開關(guān)電路 306。如圖3所示，該主動箝位電路302具有第一箝位開關(guān)3022、第二箝位開關(guān)30M、第一 箝位電容30 以及第二箝位電容3(^8。該主動箝位電路302接收該濾波后的直流電源， 以降低該濾波后的直流電源的電壓突波。其中，該第一箝位開關(guān)3022與該第二箝位開關(guān) 3024都含有反向并聯(lián)二極管或稱為本體二極管(body diode)(圖中未標(biāo)出)，以及寄生電 容(parasitic capacitance)(圖中未示出)。該電力轉(zhuǎn)換器304電性連接該主動箝位電 路302，且該電力轉(zhuǎn)換器304具有隔離變壓器(圖中未標(biāo)出)，并且該隔離變壓器的一次側(cè)(圖中未標(biāo)出)具有第一主開關(guān)3042與第二主開關(guān)3044，該隔離變壓器的二次側(cè)(圖中未 標(biāo)出)具有由兩個二極管D1，D2與兩個濾波電容Cri，t;2所組成的整流電路，以接收該直流 電源、轉(zhuǎn)換該直流電源的直流電壓準(zhǔn)位并對該直流電源進行整流。該電力轉(zhuǎn)換器304為電流饋入型推挽式轉(zhuǎn)換器(current-fed push-pullconverter)。并且，該電力轉(zhuǎn)換器304的該隔離變壓器為一次側(cè)中心抽頭、二次 側(cè)提供倍壓整流，以提升該太陽光伏模塊10輸出電壓的準(zhǔn)位至該交流市電40準(zhǔn)位，進而能 以電流源形式饋入該交流市電40。此外，該主動箝位電路302的該第一箝位開關(guān)3022與該 電力轉(zhuǎn)換器304的該第一主開關(guān)3042為互補切換，并且，該主動箝位電路302的該第二箝 位開關(guān)30M與該電力轉(zhuǎn)換器304的該第二主開關(guān)3044為互補切換。此外，該電力轉(zhuǎn)換器 304的該第一主開關(guān)3042與該電力轉(zhuǎn)換器304的該第二主開關(guān)3044切換時序錯相180度。 并且，當(dāng)該主動箝位電路302的該第一箝位開關(guān)3022與該電力轉(zhuǎn)換器304的該第一主開關(guān) 3042切換時，以及該主動箝位電路302的該第二箝位開關(guān)30M與該電力轉(zhuǎn)換器304的該第 二主開關(guān)3044切換時，都提供盲時(dead time)以便進行柔性切換(soft switching)。該交流選擇開關(guān)電路306電性連接該電力轉(zhuǎn)換器304與該交流市電40，具有兩個 以上功率開關(guān)形成的全橋式架構(gòu)(圖中未標(biāo)出)，以該交流市電40同步方式交互切換，將 該半正弦波電流轉(zhuǎn)換成全正弦波電流，并經(jīng)濾除該全正弦波電流的高頻切換成分后，可使 輸出電流為純正弦且與該交流市電40同相，以實現(xiàn)該太陽光伏模塊10的最大功率點追蹤 控制與單位功因饋入該交流市電40。其中該交流選擇開關(guān)電路306的該些功率開關(guān)為金 屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor, M0SFET)。以下對該交流模塊30的動作原理做進一步敘述，以了解本實用新型的工作原理 及其特性。再參見圖3，揭露了具有柔性切換推挽式太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的該交流模塊30的 電路架構(gòu)。按照該隔離變壓器分為低壓側(cè)(一次側(cè))與高壓側(cè)(二次側(cè))。低壓側(cè)包含該 電力轉(zhuǎn)換器304的該第一主開關(guān)3042與該第二主開關(guān)3044、以及該主動箝位電路302的 該第一箝位開關(guān)3022、該第二箝位開關(guān)30M、該第一箝位電容30 以及該第二箝位電容 3(^8。該主動箝位電路302的該第一箝位開關(guān)3022與該電力轉(zhuǎn)換器304的該第一主開關(guān) 3042為互補切換，以及該主動箝位電路302的該第二箝位開關(guān)30M與該電力轉(zhuǎn)換器304的 該第二主開關(guān)3044為互補切換，且該電力轉(zhuǎn)換器304的該第一主開關(guān)3042與該電力轉(zhuǎn)換 器304的該第二主開關(guān)3044切換時序錯相180度。并且，利用該第一箝位開關(guān)3022與該 第二箝位開關(guān)30M的該些反向并聯(lián)二極管以及該隔離變壓器的一次側(cè)漏電感(圖中未示 出)與該寄生電容提供零電壓柔性切換所需的能量，以達到正常的零電壓切換操作。值得一提的是，由前述對系統(tǒng)的說明可以知道，由于該交流選擇開關(guān)電路306僅 作低頻切換，本身沒有電流控制能力，因此該電力轉(zhuǎn)換器304需要能夠產(chǎn)生該半正弦電流。 但是，為了產(chǎn)生該半正弦電流并且同時考慮與該交流市電40并聯(lián)需要高升壓比的特性，由 此，通過在該太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入端串聯(lián)輸入電感Lin以實現(xiàn)電流源轉(zhuǎn)換器，并通過該 隔離變壓器的低壓側(cè)的該第一箝位開關(guān)3022、該第二箝位開關(guān)30M、該第一主開關(guān)3042以 及該第二主開關(guān)3044的開關(guān)切換，以進行半正弦調(diào)制，使該交流選擇開關(guān)電路306操作于 連續(xù)導(dǎo)通模式，而該隔離變壓器則采用一次側(cè)中心抽頭、二次側(cè)提供倍壓整流，以提升該太 陽光伏模塊10輸出電壓的準(zhǔn)位至該交流市電40準(zhǔn)位，進而能以電流源形式饋入該交流市電40。由此，該太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的該交流模塊30可產(chǎn)生連續(xù)性半正弦波電流，后端再通 過該交流選擇開關(guān)電路306與該交流市電40以同步方式交互切換，將該半正弦波電流轉(zhuǎn)換 成全正弦的電流，經(jīng)濾波電容衰減高頻切換成分后，可使輸出電流為純正弦且與該交流市 電40電壓同相，以達到該太陽光伏模塊10最大功率點追蹤控制、單位功因饋入市電的目 的。此外，該太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的該主動箝位電路302可隨著不同電路設(shè)置配接，可 發(fā)展出本實用新型電路架構(gòu)的其它實施例。請參見圖4、圖5與圖6，分別為本實用新型交流 模塊的主動箝位電路的第二實施例、第三實施例與第四實施例的電路圖。其中，該第二實施 例、第三實施例僅在于該第一箝位開關(guān)3022、該第二箝位開關(guān)30M、該第一箝位電容30 以及該第二箝位電容30 的設(shè)置配接與第一實施例不同，并且第四實施例結(jié)合原來使用 的該第一箝位開關(guān)3022與該第二箝位開關(guān)30M使用箝位電容C。，其動作原理都相同，故此 不再贅述。除了上述該交流模塊30的該主動箝位電路302有不同實施形式之外，本實用新型 還提供該交流模塊30的不同實施形式。請參見圖7，為本實用新型的交流模塊另一實施例 的電路圖，并以圖4的該交流模塊30為例說明。該交流模塊30除了包含前述的該主動箝 位電路302、該電力轉(zhuǎn)換器304以及該交流選擇開關(guān)電路3()6之外，還包含保護電路308。 該保護電路308電性連接于該電力轉(zhuǎn)換器304與該交流選擇開關(guān)電路306之間。值得一提 的是，如圖7所示的該保護電路308可應(yīng)用于前述所有不同該交流模塊30的實施形式中， 因此，不以此實施形式為限。該保護電路308主要包含串聯(lián)的電容與電阻(圖中未標(biāo)出)， 以及齊納二極管(zenerdiode)與輔助功率開關(guān)(圖中未標(biāo)出)。其中，該輔助功率開關(guān)具 有低導(dǎo)通電壓的特性。因此，該保護電路308用以檢測當(dāng)該電力轉(zhuǎn)換器304的輸出電壓為 低電壓或零電壓交越(zero-voltage crossing)狀況時，導(dǎo)通該輔助功率開關(guān)，以維持該 交流選擇開關(guān)電路306的該些功率開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)，以確保該交流選擇開關(guān)電路306操作 于連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)。其中該交流選擇開關(guān)電路306的該些功率開關(guān)為硅控整流器(silicon controlled rectifier，SCR)。綜上所述，本實用新型具有以下的優(yōu)點1、本實用新型電路具備電氣隔離(isolated)、電流源先天限流特性 (selfcurrent-limiting)等自我電路保護功能；2、通過輸入低壓側(cè)開關(guān)搭配主動箝位技術(shù)以達到零電壓柔性切換，而通過高壓側(cè) 整流二極管達到零電流柔性切換，并且交流側(cè)切換開關(guān)則為線頻操作使得本實用新型電路 具備有高轉(zhuǎn)換效率特性；3、本實用新型電路具有主動箝位技術(shù)，因此轉(zhuǎn)換器工作范圍不受限于現(xiàn)有電流源 推挽式轉(zhuǎn)換器的開關(guān)工作周期需大于百分之五十的要求。并且在高壓側(cè)則采用倍壓技術(shù)， 以進一步提升該太陽光伏模塊輸入低電壓至該交流市電電壓的準(zhǔn)位，便于饋入電流至該交 流市電端，因此本實用新型的該交流模塊非常適用于低壓寬廣輸入特性的中小功率太陽光 伏模塊；4、就系統(tǒng)可靠度而言，該電力轉(zhuǎn)換器的使用年限主要受限于電路中電解電容壽命 與其操作環(huán)境溫度，在本實用新型電路中并未使用電解電容，其高壓側(cè)倍壓電容采用小容 量的薄膜電容，其用途在于濾除切換高頻，強調(diào)其能量轉(zhuǎn)嫁、協(xié)助電壓提升的功能、而非負責(zé)維持儲能；5、本實用新型電路的高壓側(cè)電路采用倍壓整流，不需過大的高頻變壓器匝數(shù)比 (turns ratio)即可達到電壓提升。如此，不僅漏感減小、開關(guān)應(yīng)力也得以降低。再者，電路 的開關(guān)組件為柔性切換，因此電路使用年限長、系統(tǒng)可靠度高；6、本實用新型電路還提供該保護電路，通過該輔助功率開關(guān)的低導(dǎo)通電壓特性， 在該交流選擇開關(guān)電路在低電壓或零電壓交越(zero-voltage crossing)操作時，維持該 些功率開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)，以確保該交流選擇開關(guān)電路操作于連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)。綜上所述，本實用新型所提供具有柔性切換的太陽光伏模塊應(yīng)用于太陽光發(fā)電系 統(tǒng)，使得整體系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率提升，有效改善前述現(xiàn)有技術(shù)的缺失，因此具有工業(yè)價值，進而 達到發(fā)展本實用新型的目的。但是，以上所述，僅為本實用新型較佳具體實施例的詳細說明與附圖，但本實用新 型的特征并不局限于此，并非用以限制本實用新型，本實用新型的保護范圍應(yīng)以所附的權(quán) 利要求為準(zhǔn)，凡是符合本實用新型權(quán)利要求的精神與其類似變化的實施例，都應(yīng)包含于本 實用新型的保護范圍中，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型的領(lǐng)域內(nèi)，能夠輕易想到的 變化或修飾都可涵蓋在本實用新型的專利保護范圍中。
權(quán)利要求1.一種太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)通過太陽光伏模塊提供 直流電源，并且轉(zhuǎn)換該直流電源為交流電源，再與交流市電并聯(lián)運轉(zhuǎn)；該太陽光伏發(fā)電系統(tǒng) 包括耦合電容單元，電性連接該太陽光伏模塊，以對該太陽光伏模塊所提供的該直流電源 濾波；及交流模塊，電性連接該耦合電容單元，以將該濾波后的直流電源轉(zhuǎn)換為半正弦波電流； 該交流模塊包含主動箝位電路，具有第一箝位開關(guān)、第二箝位開關(guān)、第一箝位電容以及第二箝位電容， 接收該濾波后的直流電源，以降低該濾波后的直流電源的電壓突波；電力轉(zhuǎn)換器，電性連接該主動箝位電路，且該電力轉(zhuǎn)換器具有隔離變壓器，并且該隔離 變壓器的一次側(cè)具有第一主開關(guān)與第二主開關(guān)，該隔離變壓器的二次側(cè)具有由兩個二極管 與兩個濾波電容所組成的整流電路，以接收該直流電源、轉(zhuǎn)換該直流電源的直流電壓準(zhǔn)位 并對該直流電源進行整流；及交流選擇開關(guān)電路，電性連接該電力轉(zhuǎn)換器與該交流市電，具有兩個以上功率開關(guān)形 成的全橋式架構(gòu)，以該交流市電同步方式交互切換；將該半正弦波電流轉(zhuǎn)換成全正弦波電流，并經(jīng)濾除該全正弦波電流的高頻切換成分 后，可使輸出電流為純正弦且與該交流市電同相，以實現(xiàn)該太陽光伏模塊的最大功率點追 蹤控制與單位功因饋入該交流市電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括線頻切換電路，電性連接所述交流模塊，并接收該交流模塊的輸出電壓與輸出電流，以 產(chǎn)生驅(qū)動所述交流選擇開關(guān)電路的所述功率開關(guān)的驅(qū)動信號；電壓/電流檢測電路，電性連接所述太陽光伏模塊與所述耦合電容單元，以檢測該太 陽光伏模塊的輸出直流電壓與輸出直流電流，并產(chǎn)生驅(qū)動所述主動箝位電路的所述第一箝 位開關(guān)與所述第二箝位開關(guān)以及所述電力轉(zhuǎn)換器的所述第一主開關(guān)與所述第二主開關(guān)的 驅(qū)動信號；最大功率追蹤控制器，電性連接該交流模塊與該電壓/電流檢測電路，通過反饋該交 流模塊所輸出的功率，以控制該電壓/電流檢測電路，并調(diào)整該太陽光伏模塊的電壓或電 流工作點，以提供最大功率追蹤控制；及驅(qū)動電路，電性連接該電壓/電流檢測電路、該線頻切換電路以及該交流模塊，分別接 收該電壓/電流檢測電路與該線頻切換電路的該些驅(qū)動信號，以驅(qū)動該主動箝位電路與該 交流選擇開關(guān)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述交流模塊還包含保護 電路，電性連接于所述電力轉(zhuǎn)換器與所述交流選擇開關(guān)電路之間，以檢測當(dāng)該電力轉(zhuǎn)換器 的輸出電壓為低電壓或零電壓交越狀況時，維持該交流選擇開關(guān)電路的所述功率開關(guān)為導(dǎo) 通狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述主動箝位電路的所述 第一箝位開關(guān)與所述電力轉(zhuǎn)換器的所述第一主開關(guān)為互補切換，并且，該主動箝位電路的 所述第二箝位開關(guān)與該電力轉(zhuǎn)換器的所述第二主開關(guān)為互補切換；其中該主動箝位電路的 該些箝位開關(guān)與該電力轉(zhuǎn)換器的該些主開關(guān)切換時，都提供盲時以便進行柔性切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述電力轉(zhuǎn)換器為電流饋 入型推挽式轉(zhuǎn)換器；并且，該電力轉(zhuǎn)換器的所述第一主開關(guān)與該電力轉(zhuǎn)換器的所述第二主 開關(guān)切換時序錯相180度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述交流選擇開關(guān)電路的 所述功率開關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述交流選擇開關(guān)電路的 所述功率開關(guān)為硅控整流器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述電力轉(zhuǎn)換器的所述隔 離變壓器為一次側(cè)中心抽頭、二次側(cè)提供倍壓整流，以提升所述太陽光伏模塊輸出電壓的 準(zhǔn)位至所述交流市電準(zhǔn)位，進而能以電流源形式饋入該交流市電。
9.一種太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流模塊，其特征在于，該交流模塊接收直流電源，并且轉(zhuǎn) 換該直流電源為交流電源，再與交流市電并聯(lián)運轉(zhuǎn)；該交流模塊包括主動箝位電路，具有第一箝位開關(guān)、第二箝位開關(guān)、第一箝位電容以及第二箝位電容， 接收該直流電源，以降低該直流電源的電壓突波；電力轉(zhuǎn)換器，電性連接該主動箝位電路，該電力轉(zhuǎn)換器具有隔離變壓器，并且該隔離變 壓器的一次側(cè)具有第一主開關(guān)與第二主開關(guān)，該隔離變壓器的二次側(cè)具有由兩個二極管與 兩個濾波電容所組成的整流電路，以接收該直流電源、轉(zhuǎn)換該直流電源的直流電壓準(zhǔn)位并 對該直流電源進行整流；及交流選擇開關(guān)電路，電性連接該電力轉(zhuǎn)換器與該交流市電，具有兩個以上功率開關(guān)形 成的全橋式架構(gòu)，以交流市電同步方式交互切換；將該半正弦波電流轉(zhuǎn)換成全正弦波電流， 并經(jīng)濾除該全正弦波電流的高頻切換成分后，可使輸出電流為純正弦且與該交流市電同 相，以實現(xiàn)該太陽光伏模塊的最大功率點追蹤控制與單位功因饋入該交流市電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流模塊，其特征在于，所述交流模塊 還包含保護電路，電性連接于所述電力轉(zhuǎn)換器與所述交流選擇開關(guān)電路之間，以檢測當(dāng)該 電力轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為低電壓或零電壓交越狀況時，維持該交流選擇開關(guān)電路的所述功 率開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流模塊，其特征在于，所述主動箝位 電路的所述第一箝位開關(guān)與所述電力轉(zhuǎn)換器的所述第一主開關(guān)為互補切換，并且，該主動 箝位電路的所述第二箝位開關(guān)與該電力轉(zhuǎn)換器的所述第二主開關(guān)為互補切換；其中該主動 箝位電路的該些箝位開關(guān)與該電力轉(zhuǎn)換器的該些主開關(guān)切換時，都提供盲時以便進行柔性 切換。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流模塊，其特征在于，所述電力轉(zhuǎn)換 器為電流饋入型推挽式轉(zhuǎn)換器；并且，該電力轉(zhuǎn)換器的所述第一主開關(guān)與該電力轉(zhuǎn)換器的 所述第二主開關(guān)切換時序錯相180度。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流模塊，其特征在于，所述交流選擇 開關(guān)電路的所述功率開關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流模塊，其特征在于，所述交流選擇 開關(guān)電路的所述功率開關(guān)為硅控整流器。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流模塊，其特征在于，所述電力轉(zhuǎn)換器的所述隔離變壓器為一次側(cè)中心抽頭、二次側(cè)提供倍壓整流，以提升所述太陽光伏模塊 輸出電壓的準(zhǔn)位至所述交流市電準(zhǔn)位，進而能以電流源形式饋入該交流市電。
專利摘要本實用新型公開了一種與交流市電并聯(lián)運轉(zhuǎn)的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)，以及該太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流模塊。該太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)通過太陽光伏模塊提供直流電源，并且轉(zhuǎn)換該直流電源為交流電源，再與交流市電并聯(lián)運轉(zhuǎn)。通過該交流模塊可產(chǎn)生連續(xù)性半正弦波電流，并且利用后端電路與該交流市電同步方式交互切換，將該半正弦波電流轉(zhuǎn)換成全正弦電流，經(jīng)濾波電容衰減高頻切換成分后，可使輸出電流為純正弦且與該交流市電電壓同相，以達到該太陽光伏模塊最大功率點追蹤控制、單位功因饋入市電的目的。
文檔編號H02J3/38GK201869128SQ201020641030
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者方志行, 潘晴財, 詹文偉, 賴慶明, 鄭明杰 申請人:亞力電機股份有限公司