一种包括全桥逆变器的太阳能系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能发电系统领域，具体地，涉及一种带全桥逆变器的能够实现功率输出最大化的太阳能电池系统。

背景技术：

太阳能发电系统主要包括集中式太阳能并网发电系统和分布式太阳能并网发电系统，其中的分布式太阳能并网发电系统由于其能优化太阳能电池板的工作状态，在多数情况下可以提高系统的年发电量，目前日益得到重视并成为一个研究热点。目前流行的分布式太阳能并网发电系统包括基于太阳能微逆变器的发电系统和采用了太阳能电池板最大功率优化装置的系统。这两种结构都可以优化每块太阳能电池板的工作状态，从而提高功率产出。

但是在太阳能并网发电系统实际应用时，整块电池板被遮挡的情况很少，往往是一块电池板的一部分被遮挡或一块电池板上的部分电池出现故障，这种情况下整个电池板的输出曲线变得复杂，往往会有多个峰值出现，一个太阳能电池板最大功率优化装置只能跟踪一个峰值，如果只跟踪最早的峰值则无法保证跟踪出的峰值是实际的最大峰值，而如果要跟踪完所有的峰值最终确定最大的峰值附近为最大功率输出点，在跟踪的过程中会损失大量功率，同样无法实现整个电池板的最大功率输出。

同时太阳能微逆变器的核心是高效升压电路、逆变电路及其控制技术。升压电路主要包括反激变换器及其衍生电路。众所周知，功率元件如功率二极管与功率场效应管(MOS)等，都是电压越高价格越贵；允许通过的电流越大，所用器件的成本越高。那么，由功率元件构成的变换器，工作于高压、大电流情况下，会产生更多的损耗，这将大大降低变换器的效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，针对现有技术中的太阳能系统无法实现最大功率输出以及升压电路损耗较大的问题，提出了一种包括全桥逆变器的太阳能系统。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型实施例提供一种包括全桥逆变器的太阳能系统，包括太阳能发电装置，全桥逆变器和电器设备：

所述太阳能发电装置，包括N块太阳能电池板和N个功率优化装置，每一所述功率优化装置的输入端均与一块太阳能电池板的电输出端相连，每一所述功率优化装置的输出端串联连接作为太阳能发电装置的输出端，其中N为大于1的整数；

高升压电路，其输入端与所述太阳能发电装置的输出端连接，包括：输入端滤波电容C001、储能电感L001、整流二极管D001、输出端滤波电容C002、开关管T001、第一电阻R001、第二电阻R002、PWM调制器；其中：

所述输入端滤波电容C001的两端作为所述高升压电路的输入端，所述输入端滤波电容C001的正极与所述储能电感L001的第一端连接，所述储能电感L001的第二端与所述整流二极管D001的正极连接，所述整流二极管D001的负极作为所述高升压电路的正极输出端，且所述整流二极管D001的正极与所述输出端滤波电容C002的正极和所述第一电阻R001的第一端连接,所述第一电阻R001的第二端与所述第二电阻R002的第一端连接、所述，所述PWM调制器的调控输入端连接，所述第二电阻R002的第二端作为所述高升压电路的负极输出端，所述输入端滤波电容C001和所述输出端滤波电容C002的负极与所述高升压电路的负极输出端连接；

所述PWM调制器的正极与所述输入端滤波电容C001的正极连接，所述PWM调制器的负极与输入端滤波电容C001的负极连接，所述PWM调制器的输出端与所述开关管T001的栅极连接，所述开关管T001的源极与所述整流二极管D001的正极连接，所述开关管T001的漏极与所述高升压电路的负极输出端连接；

所述全桥逆变器，其输入端与所述高升压电路的输出端连接；

所述电器设备，与所述全桥逆变器的输出端连接；所述功率优化装置优化后输出的电压与电流，经所述全桥逆变器处理后，供给所述电器设备。

每一所述功率优化装置包括：

最大功率点跟踪控制器，其输入端与所述太阳能电池板的电输出端相连，采集所述太阳能电池板的输出电压和/或电流信号，得到所述太阳能电池板的最大输出功率作为控制参考信号输出；

DC/DC功率变换器，其输入端与所述最大功率点跟踪控制器的输出端连接，接收所述最大功率点跟踪控制器输出的所述控制参考信号，将所述太阳能电池板的输出功率变换到与所述最大输出功率值的差值小于设定阈值时，输出变换后的太阳能电池板的输出功率。

所述全桥逆变器，包括半波整流电容C_IN，第一有源箝位反激变换器和第二有源箝位反激变换器，其中：

所述第一有源箝位反激变换器和第二有源箝位反激变换器分别与所述半波整流电容C_IN并联，并联后的第一端与所述高升压电路的正极输出端连接，第二端作为所述全桥逆变器的输出端。

所述第一有源箝位反激变换器及所述第二有源箝位反激变换器的连接关系为：

所述半波整流电容C_IN正极经第一箝位电容C_CL1后，与第一箝位开关Q₂₁的漏极及二极管D_Q21的负极连接，其中所述二极管D_Q21与所述第一箝位开关Q₂₁并联；

所述半波整流电容C_IN正极依次经第一变压器漏感L_r1及第一变压器原边励磁电感L_m1后，与第一箝位开关Q₂₁的源极、二极管D_Q21的正极、第一功率半导体开关Q₁₁的漏极、以及二极管D_Q11的负极连接；

所述半波整流电容C_IN正极经第二箝位电容C_CL2后，与第二箝位开关Q₂₂的漏极、以及二极管D_Q22的负极连接，其中所述二极管D_Q22与所述第二箝位开关Q₂₂并联；

所述半波整流电容C_IN正极依次经第二变压器漏感L_r2及第二变压器原边励磁电感L_m2后，与第二箝位开关Q₂₂的源极、二极管D_Q22的正极、第二功率半导体开关Q₁₂的漏极、以及并联二极管D_Q12的负极连接；

所述半波整流电容C_IN的负极，与第一功率半导体开关Q₁₁的源极、二极管D_Q11的正极连接，其中二极管D_Q11与第一功率半导体开关Q₁₁并联；

所述半波整流电容C_IN的负极，与第二功率半导体开关Q₁₂的源极、以及二极管D_Q12的正极连接，其中二极管D_Q12与第二功率半导体开关Q₁₂并联；

所述第一功率半导体开关Q₁₁的栅极、以及第二功率半导体开关Q₁₂的栅极，用于接收占空比为D的脉冲信号；第一箝位开关Q₂₁的栅极、以及第二箝位开关Q₂₂的栅极，用于接收占空比为1-D的脉冲信号；

第一变压器T₁的原边线圈，与第一变压器原边励磁电感L_m1并联；第一变压器T₁的副边线圈的第一连接端，与第一输出二极管D₁₁的正极连接；第一输出二极管D₁₁的负极，经第一输出电容C₁₁后与第一变压器T₁的副边线圈的第二连接端、以及第二输出二极管D₁₂的负极连接；

第二变压器T₂的原边线圈，与第二变压器原边励磁电感L_m2并联；第二变压器T₂的副边线圈的第一连接端，与第二输出二极管D₁₂的正极连接；第二输出二极管D₁₂的负极，经第二输出电容C₁₂后与第二变压器T₂副边线圈的第二连接端连接；

所述第一输出二极管D₁₁与第一输出电容C₁₁的公共端为直流输出电压的第一端子，第二输出二极管D₁₂与第二输出电容C₁₂的公共端为直流输出电压的第二端子；

所述第一端子和所述第二端子分别用于连接所述电器设备的两端。

所述第一箝位开关Q₂₁、所述第二箝位开关Q₂₂、所述第一功率半导体开关Q₁₁与第二功率半导体开关Q₁₂为MOSFET或IGBT晶体管。

(1)本实用新型提出的包括全桥逆变器的太阳能系统，每一太阳能发电装置均包括多个太阳能电池板与多个能量优化装置，每个能量优化装置的输入端用于与一个太阳能电池板连接，当其中一块太阳能电池板部分遮挡或者电部分损坏时，与其相连的能量优化装置输出的电压或者电流曲线相对简单，可方便实现该太阳能电池板输出能量的最大化，进而实现整个太阳能系统输出能量的最大化。

(2)本实用新型提出的包括全桥逆变器的太阳能系统，其中的逆变器是将两个有源箝位反激电路的输入端并联，输出端串联，由于输入的是低压大电流信号，因此采用并联的结构可减少每一个有源箝位反激电路的电流，降低损耗，分散热量。而输出是高压信号，串联的结构可降低每一个有源箝位反激电路的输出电压，而且变压器的匝比也可以降低，减少副边的匝数，直接效果是减小变压器绕组的电阻，降低绕组损耗，进一步提高效率。从而可以克服现有技术中成本高、额外损耗大、能量转换效率低与环保性差的缺陷，以实现成本低、额外损耗小、能量转换效率高与环保性好的优点。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中，

图1为本实用新型一个实施例所述设置有功率优化装置的太阳能发电装置的结构框图；

图2为本实用新型一个实施例所述高升压电路的结构框图；

图3为本实用新型一个实施例所述功率优化装置的结构框图；

图4为本实用新型一个实施例所述全桥逆变器的电气原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例提供一种包括全桥逆变器的太阳能系统，如图1所示，包括太阳能发电装置，高升压电路、全桥逆变器和电器设备，其中：

所述太阳能发电装置，包括N块太阳能电池板和N个功率优化装置，每一所述功率优化装置的输入端均与一块太阳能电池板的电输出端相连，每一所述功率优化装置的输出端串联连接作为太阳能发电装置的输出端，其中N为大于1的整数；图1中以N＝3为例进行示意的。

高升压电路，如图2所示，其输入端与所述太阳能发电装置的输出端连接，包括：输入端滤波电容C001、储能电感L001、整流二极管D001、输出端滤波电容C002、开关管T001、第一电阻R001、第二电阻R002、PWM调制器；其中：

所述输入端滤波电容C001的两端作为所述高升压电路的输入端，所述输入端滤波电容C001的正极与所述储能电感L001的第一端连接，所述储能电感L001的第二端与所述整流二极管D001的正极连接，所述整流二极管D001的负极作为所述高升压电路的正极输出端，且所述整流二极管D001的正极与所述输出端滤波电容C002的正极和所述第一电阻R001的第一端连接,所述第一电阻R001的第二端与所述第二电阻R002的第一端连接、所述，所述PWM调制器的调控输入端连接，所述第二电阻R002的第二端作为所述高升压电路的负极输出端，所述输入端滤波电容C001和所述输出端滤波电容C002的负极与所述高升压电路的负极输出端连接；

所述PWM调制器的正极与所述输入端滤波电容C001的正极连接，所述PWM调制器的负极与输入端滤波电容C001的负极连接，所述PWM调制器的输出端与所述开关管T001的栅极连接，所述开关管T001的源极与所述整流二极管D001的正极连接，所述开关管T001的漏极与所述高升压电路的负极输出端连接；

所述全桥逆变器，其输入端与所述高升压电路的输出端连接；

所述电器设备，与所述全桥逆变器的输出端连接；所述功率优化装置优化后输出的电压与电流，经所述全桥逆变器处理后，供给所述电器设备。

上述方案中，每一太阳能发电装置均包括多个太阳能电池板与多个能量优化装置，每个能量优化装置的输入端用于与一个太阳能电池板连接，当其中一块太阳能电池板部分遮挡或者电部分损坏时，与其相连的能量优化装置输出的电压或者电流曲线相对简单，可方便实现该太阳能电池板输出能量的最大化，进而实现整个太阳能系统输出能量的最大化。

优选地，如图2所示，所述功率优化装置进一步包括：最大功率点跟踪控制器(MPPT)，与所述太阳能电池板的输出端相连，采集所述太阳能电池板的输出电压或者/和电流信号，跟踪计算出所述太阳能电池板的最大输出功率形成控制参考信号并输出；DC/DC功率变换器，接收所述最大功率点跟踪控制器输出的所述控制参考信号，在所述控制参考信号的控制下将所述太阳能电池板的输出功率变换到所述最大功率点跟踪控制器跟踪出的最大功率值附近进行输出。结合图2，其中DC/DC功率变换器的输出直接与所述高升压电路的输入连接即可，所述最大功率点跟踪控制器可采用现有技术中已有产品实现即可。

进一步优选地，所述的全桥逆变器，包括半波整流电容C_IN，第一有源箝位反激变换器和第二有源箝位反激变换器，其中：所述第一有源箝位反激变换器和第二有源箝位反激变换器分别与所述半波整流电容C_IN并联，并联后的第一端与所述高升压电路的输出端连接，第二端作为所述全桥逆变器的输出端。具体地，如图3所示：

所述第一有源箝位反激变换器及所述第二有源箝位反激变换器的连接关系为：

所述半波整流电容C_IN正极经第一箝位电容C_CL1后，与第一箝位开关Q₂₁的漏极及二极管D_Q21的负极连接，其中所述二极管D_Q21与所述第一箝位开关Q₂₁并联；

所述半波整流电容C_IN正极依次经第一变压器漏感L_r1及第一变压器原边励磁电感L_m1后，与第一箝位开关Q₂₁的源极、二极管D_Q21的正极、第一功率半导体开关Q₁₁的漏极、以及二极管D_Q11的负极连接；

所述半波整流电容C_IN正极经第二箝位电容C_CL2后，与第二箝位开关Q₂₂的漏极、以及二极管D_Q22的负极连接，其中所述二极管D_Q22与所述第二箝位开关Q₂₂并联；

所述半波整流电容C_IN正极依次经第二变压器漏感L_r2及第二变压器原边励磁电感L_m2后，与第二箝位开关Q₂₂的源极、二极管D_Q22的正极、第二功率半导体开关Q₁₂的漏极、以及并联二极管D_Q12的负极连接；

所述半波整流电容C_IN的负极，与第一功率半导体开关Q₁₁的源极、二极管D_Q11的正极连接，其中二极管D_Q11与第一功率半导体开关Q₁₁并联；

所述半波整流电容C_IN的负极，与第二功率半导体开关Q₁₂的源极、以及二极管D_Q12的正极连接，其中二极管D_Q12与第二功率半导体开关Q₁₂并联；

所述第一功率半导体开关Q₁₁的栅极、以及第二功率半导体开关Q₁₂的栅极，用于接收占空比为D的脉冲信号；第一箝位开关Q₂₁的栅极、以及第二箝位开关Q₂₂的栅极，用于接收占空比为1-D的脉冲信号；

第一变压器T₁的原边线圈，与第一变压器原边励磁电感L_m1并联；第一变压器T₁的副边线圈的第一连接端，与第一输出二极管D₁₁的正极连接；第一输出二极管D₁₁的负极，经第一输出电容C₁₁后与第一变压器T₁的副边线圈的第二连接端、以及第二输出二极管D₁₂的负极连接；

第二变压器T₂的原边线圈，与第二变压器原边励磁电感L_m2并联；第二变压器T₂的副边线圈的第一连接端，与第二输出二极管D₁₂的正极连接；第二输出二极管D₁₂的负极，经第二输出电容C₁₂后与第二变压器T₂副边线圈的第二连接端连接；

所述第一输出二极管D₁₁与第一输出电容C₁₁的公共端为直流输出电压的第一端子，第二输出二极管D₁₂与第二输出电容C₁₂的公共端为直流输出电压的第二端子；

所述第一端子和所述第二端子分别用于连接所述电器设备的两端。

其中，所述第一箝位开关Q₂₁、所述第二箝位开关Q₂₂、所述第一功率半导体开关Q₁₁与第二功率半导体开关Q₁₂为MOSFET或IGBT晶体管。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。