一种微型光伏并网逆变器的制作方法

本实用新型涉及一种太阳能光伏发电技术领域，具体涉及为一种微型光伏并网逆变器。

背景技术：

现有的两路输入微型光伏并网逆变器(下称，“微型逆变器”)的功率等级均为500W以内，即可应用于60CELL的部分太阳能光伏组件，例如，申请(专利)号：CN201310514048.X的发明专利，是基于单路输入为250W微型光伏并网逆变器的基础上“基于无直流电流传感器微型光伏并网逆变器的跟踪算法”的一种发明专利，由于太阳能光伏组件技术日益成熟，其功率等级也在不断提高，例如，英利集团光伏组件“YL340D-36b”其峰值功率已达340W。因而采用传统的两路输入为500W微型光伏并网逆变器已无法满足大部分太阳能光伏组件的应用要求，从而限制了500W微型光伏并网逆变器的应用场景。

技术实现要素：

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。基于上述问题，为了满足太阳能光伏电池组件技术的不断成熟，适应太阳能光伏电池组件功率等级的不断提高，本实用新型提供一种微型逆变器，满足太阳能光伏电池组件的功率要求。本实用新型采用如下技术方案：

一种微型光伏并网逆变器，具有：铸铝结构或高导热塑料材质的本体，所述本体内部具有功率板；所述功率板包含有，DC转DC模块，以将从光伏电池组件接受的低直流电压经DC转DC转换直流高电压；

DC转AC模块，以将从DC转DC模块输入的直流高电压转化为交流电；

输出滤波模块，所述输出滤波模块包含至少一个电感及一电容用以将从DC转 AC模块输入的交流电转化为稳定的正弦波交流电；

所述DC转DC模块，所述DC转AC模块涂布有导热硅胶用于将所述DC转 DC模块，所述DC转AC工作产生的热量转移出所述逆变器。

优选的，所述DC转DC模块包含变压器，第一控制模块；所述变压器具有原边侧绕组，原边侧绕组具有2组绕组，2个MOS开关，2组所述绕组的一端分别连接至光伏电池组件，另一端分别串连接至所述MOS开关的漏极端，所述MOS开关的源极端连接至光伏电池组件的另一端，所述MOS开关的源极端与漏极端间分别连接有电容，所述电容的容值选取2nf～5nf；所述第一控制模块控制2个所述MOS开关。

优选的，所述变压器具有副边侧绕组,所述副边侧绕组具有2组绕组，二只二极管；所述副边侧绕组的2组所述绕组的一端分别连接至逆变模块，所述副边侧绕组的2组所述绕组的另一端分别连接二极管的阳极，所述二极管的阴极连接至逆变模块。

优选的，所述光伏电池组件的输出端连接有电容，所述电容选取电解电容或薄膜电容,其容值介于1000uF～2500uF，用于降低输入信号的纹波。

进一步的，所述电容选取电解电容，其容值选取2200uF；

优选的，所述的微型光伏并网逆变器，还包括输出滤波模块，所述输出滤波模块接受DC转AC模块输出的信号滤波后连接至电网。

优选的，所述的微型光伏并网逆变器，还包括继电器电路，所述输出滤波模块输出的信号经过继电器电路连接至电网。

优选的，所述的微型光伏并网逆变器，所述逆变器还包括于共差模电感、膜电容及压敏电阻，跨接在电网的火线零线间；以降低输出电流中的谐波。这样为电网提供清洁优质的电能。

优选的，所述的微型光伏并网逆变器，所述逆变器包含第二控制模块；所述第二控制模块用以控制DC转AC模块中逆变MOS开关，通信模块。

优选的，所述的微型光伏并网逆变器，所述第一控制模块包含TIUCD7100 芯片。

优选的，所述DC转DC模块包含变压器，所述变压器的顶部或侧部设有热敏电阻，用以采样所述变压器的温度信息，当采集的温度超过120度时，降低所述逆变器的输出功率。

相对于现有技术中的方案，本实用新型的优点：

针对现有的两路输入微型并网逆变器功率等级为500W，本申请提供了一种新型微型逆变器方案，针对现有的500W逆变器进行改良，在不改变逆变器整体体积的前提下，

①：通过模块的优化，优化主要发热元件的发热量，实时监控微型逆变器各元器件的温度，提高新型微型逆变器的信赖性；

②：通过对模块的优化的调整，提升微型逆变器的输出功率，从而提高其功率密度；

③：通过对微型逆变器采用整体灌硅胶的方法来进一步的降低各元器件的温升；

④：通过对微型逆变器的本体内部设置热敏电阻来实时的采样主变压器的温度信息，当温度超过120度，通过降低功率的方法来平衡逆变器内部的温度，保证其正常工作及正常的使用寿命。

这样在满足对大多数组件的要求同时，通过对其内部元器件的布局优化，提高逆变器的信赖性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型实施例的微型逆变器的并网发电的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的微型逆变器的并网发电的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的微型逆变器的内部功率板的构示意图；

图4,5本实用新型实施例的微型逆变器的立体示意图；

图6为图2中逆变模块与输出滤波模块连接的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。电站需设置必要的遮雨设施无需避雨场合，逆变器的防水等级为IP68。

实施例：

如图1所示为，微型逆变器的并网发电的结构示意图。其将太阳能光伏电池组件输出的低直流电压经DC-DC变换器升压后再经DC-AC变换器转化为交流电，并入电网。其拓扑结构通常为两级结构：前级DC-DC变换电路模块和后级DC-AC变换电路模块。

接下来结合图2及3描述本申请实施例的动作；

如图2所示，为本实用新型实施例的反激式微型逆变器的并网发电的结构示意图；反激式微型逆变器其从太阳能光伏电池组件输出的低直流电压经变压器变化后，变压器的原边绕组电感T1，T2的支路分别串连接有开关S1，S2(在实际应用时，MOS开关S1，S2的源极端与漏极端间会有体二极管)，在有的实施例中在该MOS开关S1，S2的源极端与漏极端间并连接有电容，该电容用为谐振电容，用于和原边主电感以及原边漏感谐振)；变压器的副边侧两绕组支路分别串连接有二极管D1，D2；变压器的副边侧的两输出端电性连逆变单元(4个开关S3， S4，S5，S6组成的逆变单元)逆变后连接滤波单元20,连接电网vg。

上述方案中，原边侧绕组T1，T2的匝数，N_p1,N_p2；副边侧绕组的匝数， N_s1,N_s2。

上述方案中的谐振电容，选取2nf～5nf；较佳的选取2nf。选取贴片式电容。

在光伏电池组件输出的端连接有电容，其选取电解电容或薄膜电容。较佳的选取薄膜电容。

在其它的实施中，滤波单元中，还包含有共/差模电感已降低EMI。

在其它的实施中，在DC/DC模块的输出端间连接有稳压模块(稳压电容)。

在其它的实施中滤波单元中，还包含膜电容、额定电流保险丝或继电器。上述方案中开关S1，S2，S3，S4，S5，S6接选用MOSFET开关，IGBT开关，晶闸管，其耐压参数选取1000V。

在开关S1，S2的连接中，其栅极分别电性连接至第一控制模(图未示)，其漏极端分别电性至电感T1，T2的一端；其源极端分别电性至光伏电池组件的一端。

在其他的实施例中，逆变模块30与输出滤波模块的连接示意图如图6所示。

逆变模块30(也称DC/AC模块)，具有4个MOS开关S3，S4，S5，S6(在有的实施例中也采用IGBT器件)；开关S3，S4的漏极端电性连接；开关S3， S4的源极端电性连接开关S6，S5的漏极端；开关S6，S5的源极端电性相连接。开关S3的源极端与开关S6的漏极端电性连接后，连接至输出滤波模块40；开关S4的源极端与开关S5的漏极端电性连接后，连接至输出滤波模块40。将逆变的电信号输出给输出滤波模块40。

输出滤波模块40，具有继电器41，电容42，共差摸电感43，电容44，共差摸电感45，电容46，其中继电器41的1端及2端连接第二控制模块(图未示)，由第二控制模块控制其1端及2端间是否通电，其电压有电源变压器33 (如图3)提供；继电器41的c端及d端分别电性连接开关S4的源极端与开关 S5的漏极端电性连接后的a端，以及开关S3的源极端与开关S6的漏极端电性连接后的b端；该a端及b端有电能输出时，通过第二控制模块控制1端及2 端间通电，继电器41的c端及d端分别电性连接电容42支路的两端，电容42 支路的两端有分别电性连接至共差摸电感43的a端及b端；共差摸电感43的c 端及d端分别电性连接电容44支路的2端，电容44支路的2端又电性连接至共差摸电感45的a端及b端；共差摸电感45的c端及d端分别电性连接电容 46支路的2端。

在电容46支路的2端并联有压敏电阻47，压敏电阻47的一端经由保险丝连接至电网，压敏电阻47的另一端端连接至电网。

在其他的实施例，电容42，共差摸电感43，电容44，共差摸电感45，电容46中至少选取一个电容，一个共差摸电感。这样利于功率板的布局优化。

开关S4的源极端与开关S5的漏极端电性连接后的a端，以及开关S3的源极端与开关S6的漏极端电性连接后的b端间有电能输出时，这样继电器线圈吸合电能流过电容42，容42，共差摸电感43，电容44，共差摸电感45，电容46 经压敏电阻47，保险丝48接入电网(图未示)。

如图3所示，为本实用新型实施例的微型逆变器的内部功率板的结构示意图；该功率板通过铆钉安装固定于逆变器的本体内部，安装后在该功率板涂布高导热硅胶，以尽快将元器件工作产生的热量传递出去。还可以阻挡水汽等与元器件的接触，提高逆变器的信赖性。具体的该功率板，具有；用于连接光伏电池组件输入的输入端子31，通过该端子31引线电性连接至光伏电池组件；

输入电容32，用于稳流及滤波；

电源变压器33，用于给第一控制模块35及第二控制模块36提供工作电压；

主变压器34(也称变压器)，用于将从光伏电池组件接受的低压直流电转化为高压交流电，其输出端配有二极管38(此二极管并非为变压器内部配有，而是输出整流二极管，将变压器输出的交流高压整流为直流高压)，其电路连接如图中的二极管D1，D2，在此不再详细描述)。

继电器41，输出滤波电感39，输出滤波电容40组成的滤波模块，其接受逆变模块37输出的逆变信号经滤波模块滤波成稳定的正玄波交流信号输出至电网侧。其中，第一控制模块35(控制原边侧开关，其控制对象为图2中的S1及S2)，第二控制模块36(控制电网侧的逆变模块及通信模块，其控制对象为图2中的 S3，S4，S5，S6)；

滤波电容的数值选取：(给数值范围即可(2nF至0.22uF))

滤波电感的数值选取：(给数值范围即可(1mH至3mH)

输入电容的数值选取：(给数值范围即可(1000uF至3000uF)

本方案中，在主变压器34区域，设置热敏电阻(图未示)来实时的采样主变压器的温度信息，当温度超过120度，通过降低功率的方法来平衡逆变器内部的温度，保证其正常工作及正常的使用寿命。热敏电阻配置在主变压器34的顶部，固定是通过涂布在其上的导热硅胶来固定。

在其他的实施例中，热敏电阻的温度范围还可选取至110°至130°之间的热敏电阻。若选取温度过高的话，元器件工作的温度比较高长期这样影响功率模块的信赖性。若选取温度过低，过早的降低逆变器的输出功率整体上影响逆变器的输出效率。热敏电阻的形状，较佳的选取长方体状，这样便于固定。较佳的，选取的贴片封装型热敏电阻。

在其他的实施例中，为了提高热敏电阻的采样精度，热敏电阻设置于辅助支架，将该辅助支架固定在的变压器的顶部，侧面。

在其他的实施例中，选用温度传感器来代替上述的热敏电阻，其设定的检测阈值与热敏电阻相同。温度传感器设置在功率板上靠近主变压器的位置。利用温度没上升一度，温度传感器的芯片输出电压教25°时变化1mV,来进行换算。该温度传感器的芯片正常工作时(25°时)输出电压0.8V，通过采样该电压信号简介测算出主变压器的温度。较佳的，采用MCP9700AT的温度传感器。

上述方案中，微型逆变器的本体，采用铸铝结构，或高导热塑料(其导热系数K＝1.0W/mK以上)。这样有利于减轻微型逆变器的重量，同时具有极佳的散热效果。

上述方案中，微型逆变器的本体具有2个端口(如图4所示)，一个端口用于连接光伏组件(图未示)；另一端口用于连接母线或电网(图未示)；或外壳具有3个端口(如图5所示)，2个端口用于连接光伏组件(图未示)(也称2路输入)；另一端口用于连接母线或电网(图未示)。

上述方案中，通过合理布局输入电容32，主变压器34，输出滤波电感39 及输出滤波电容40组成的滤波模块，第一控制模块35及第二控制模块36等工作时发热量大的元器件在功率板上的位置；使其不集中在一起，分散逆变器工作时产生的热量，提高逆变器的可靠性；这样有利于热敏电阻提高采集信息的可靠性。

本方案中，第一控制模块35主要用于控制原边侧的开关；

第二控制模块主要用于逆变模块及通信模块(图未示)。

上述的方案中，该功率板通过至少一个固定装置(图未示)固定的微型逆变器本体的内部。

上述的方案中，通过对功率板上的元器件的合理布局，减小了功率板的体积，还通过对控制模块的控制优化，提高了逆变器的输出功率。

接下详细描述微型逆变器的工作过程；

设光伏组件输出电压为u_PV，由于并网电流与电网电压同频同相，因此逆变器输出瞬时功率：

p_o＝P_op·sin²ω_Gt (1)

其中，P_op为逆变器输出峰值功率，ω_G为电网电压角频率，则：

P_op＝U_gp·I_op (2)

其中，U_gp和I_op分别为电网电压峰值和并网电流峰值。

由于逆变器工作于BCM，故必须满足如下两个条件：

1)变压器励磁时间和去磁时间之和等于开关周期T_s；

2)每个开关周期内，变换器输出的平均功率P_av需满足(1)式要求的瞬时值：

设开关管占空比为d，由BCM的第一个条件及变压器的伏秒平衡关系有：

由式(4)得到，占空比：

每个开关周期内的能量关系：

其中L_p为变压器原边电感，i_Sp为每个开关周期内原边电流的峰值：

由式(6)和式(7)得：

由式(1)和式(8)得：

由式(5)及式(8)，根据当前时刻的输入输出电压瞬时值、并网逆变器的峰值功率及当前时刻电网电压的电角度即可确定该时刻的开关周期T_s及开关管占空比d。由式(9)可知，在ω_G、u_PV及L_p不变的条件下，提高P_op至300W，则必须提高开关周期T_s或者降低开关管的占空比d。

又由式(5)可知，占空比d是由U_PV、u_G、N表示主变压器的匝比)高P_op至300W 可通过提高Ts来实现。

上述方案中若由原来500W提高至560。则Ts由150K左右调整到120K左右。

上述方案中DC转AC模块也成为逆变模块。上述实施例中变压器的副边绕组连接的二极管，在实际使用时可通过2个二极管并联的方式，提高信赖性的同时，降低一只二极管时的高频高压的电流对二极管的影响。在连接时采用2 个二极管的同极性端相连。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。