用于BIPV系統的直流變換器的研究

摘要：在建筑光伏一體化(BIPV)系統中，集中式能量變換結構以大面積光伏陣列為單位，當受到周圍建筑物等形成的局部陰影影響時，其輸出功率大大降低，且難以完成最大功率點跟蹤(MPPT)。從電路拓撲結構出發，設計了一款直流模塊式變換器，該變換器增益和能量轉換效率較高。最后構建實驗模型驗證了變換器可行性。
關鍵詞：變換器；建筑光伏一體化；直流模塊；高增益

1 引言
太陽能光伏發電以其清潔性、可再生的優點受到普遍關注，并得到了飛速發展。然而，光伏組件的發電效率低而成本高，這在一定程度上限制了光伏發電的普及應用。建筑物具有大量的迎光面積，將光伏發電系統與建筑物有機結合可降低太陽能發電系統的成本以及系統在遠距離電力傳輸過程中的電能損耗，縮短能量回收期等。

2 集中式系統電氣結構及光伏陣列特性
2．1 集中式能量變換結構分析
集中式系統是將一定數量的光伏組件串聯成一定電壓等級的組件串，然后再將一定數量的組件串并聯成一定容量等級的光伏陣列，后端再接直流控制器完成MPVF功能并進行一定的電壓提升，從直流變換器出來后再接逆變器，完成DC／AC轉換，供給電網或交流負載，如圖1所示。

2．2 光伏陣列特性分析
在BIPV中，建筑物陰影、城市垃圾、飛鳥等難免會遮擋光伏陣列某一部分，引起陣列中被遮擋部分所在光伏組件通流能力下降，消耗未被遮擋光伏組件發出的功率，產生熱斑效應，如果光伏組件輸出功率很大，熱斑的溫度超過一定極限將會使組件上的焊點熔化并損壞柵線，從而導致該組件損壞。為避免熱斑的產生，通常給每一塊光伏組件并聯一個旁路二極管，再將這樣的并聯組件串聯成組件串，然后再將組件串并聯，每一個并聯的組件串上串聯一個隔離二極管，如圖2所示。

在Matlab／Simulink中模擬仿真4塊峰值功率均為200 W的光伏組件兩串兩并構成的光伏陣列，圖3a為4塊組件溫度25℃，光照強度1 000 W／m2時的輸出功率曲線，圖3b為某一塊組件光照強度為100 W／m2(模擬受到陰影)時的輸出功率曲線。
可見，當光伏陣列某一塊組件受到陰影時，其輸出功率大大減小，并且輸出功率曲線呈現雙峰的特性，存在局部最大功率點。