光伏发电是SiC器件除新能源汽车领域外的第二大应用领域。光伏逆变器作为光伏电站的转换设备,主要作用是将太阳电池组件产生的直流电转化为交流电。随着光伏产业迈入“大组件、大逆变器、大跨度支架、大组串”的时代,光伏电站电压等级将从1000V提升至1500V及以上,对功率器件的物理性能提出了更高的要求,此时碳化硅进入了大众视野。
在光伏发电应用中,虽然以硅基器件为主的传统逆变器成本约占系统10%左右,但它却是系统能量损耗的主要来源之一。相比于硅基IGBT,SiC MOS具有更低的导通损耗、更低的开关损耗、无电流拖尾现象、高开关速度等优点,并且可以在高温等恶劣的环境中工作,有利于提高光伏逆变器使用寿命。基于SiC优异的性能,SiC在光伏领域的应用逐渐成熟,伴随渗透率的进一步提升,其有望逐渐替代硅基IGBT在光伏逆变器上的应用。
光伏发电作为重要的绿色环保发电方式,发展前景广阔。未来,随着新能源替代传统燃料步伐加速,逆变器向高效率、高功率密度、高可靠性等方向发展,具备高功率、耐高压、 耐高温、高频和低能耗等优点的SiC功率器件也将迎来发展新机遇。
l1-10 kW用于生活应用
l100 W至 300 kW用于商业应用
l10-500 kW(未来将达到2 MW~20 MW) 用于公用工程系统
1、最大功率点跟踪(MPPT)功能
最大功率点跟踪(MPPT)是光伏逆变器的一项核心技术。由于光伏组件的输出功率随着太阳辐射强度和组件自身温度的变化而变化,存在一个最佳工作点,即最大功率点(MPP)。MPPT功能就是使光伏组件始终工作在最大功率点附近,从而最大化发电效率。
为了实现MPPT, 光伏逆变器会不断检测光伏组件的电流和电压变化,并根据这些变化调整逆变器的工作状态。通常,MPPT是通过DC/DC变换电路来实现的,通过调节DC/DC变换器的PWM驱动信号占空比,使得光伏组件的输出始终保持在最大功率点附近。
2、电网监控功能
电网监控功能使得光伏逆变器能够实时监测电网的状态,包括电压、频率、相位等参数,以确保光伏电站与电网的兼容性和稳定性。通过电网监控,逆变器可以实时调整自身的输出,以适应电网的变化,确保电能质量符合电网的要求。此外,电网监控功能还可以帮助管理人员了解电网的运行状态,及时发现并处理潜在问题,确保光伏电站的稳定运行。
3、故障保护功能
光伏逆变器具有完备的故障保护功能,以应对在实际使用过程中可能出现的各种异常情况,保护逆变器本身及系统其他部件免受损伤。这些故障保护功能包括:
输入欠压和过压保护:当输入端电压低于或高于额定电压的一定范围时,逆变器会启动保护机制,避免设备受损。
过电流保护:当工作电流超过额定电流的一定比例时,逆变器会自动切断电路,防止电流过大对设备造成损害。
输出短路保护:逆变器具有快速响应的短路保护功能,能够在短路发生后—输入反接保护:当输入端正、负极接反时,逆变器会启动保护机制,避免设备受到反向电压的损害。
防雷保护:逆变器内置防雷装置,可以在雷电天气下保护设备免受雷击的损害。
过温保护:逆变器还具有过温保护功能,当设备内部温度过高时,会自动降低功率或停机,以防止设备因过热而损坏。
这些故障保护功能共同确保了光伏逆变器的稳定运行和安全性。在实际应用中,光伏逆变器的故障保护功能对于提高光伏电站的可靠性和稳定性具有重要意义。