用于BIPV系统的直流变换器的研究

摘要：在建筑光伏一体化(BIPV)系统中，集中式能量变换结构以大面积光伏阵列为单位，当受到周围建筑物等形成的局部阴影影响时，其输出功率大大降低，且难以完成最大功率点跟踪(MPPT)。从电路拓扑结构出发，设计了一款直流模块式变换器，该变换器增益和能量转换效率较高。最后构建实验模型验证了变换器可行性。
关键词：变换器；建筑光伏一体化；直流模块；高增益

1 引言
太阳能光伏发电以其清洁性、可再生的优点受到普遍关注，并得到了飞速发展。然而，光伏组件的发电效率低而成本高，这在一定程度上限制了光伏发电的普及应用。建筑物具有大量的迎光面积，将光伏发电系统与建筑物有机结合可降低太阳能发电系统的成本以及系统在远距离电力传输过程中的电能损耗，缩短能量回收期等。

2 集中式系统电气结构及光伏阵列特性
2．1 集中式能量变换结构分析
集中式系统是将一定数量的光伏组件串联成一定电压等级的组件串，然后再将一定数量的组件串并联成一定容量等级的光伏阵列，后端再接直流控制器完成MPVF功能并进行一定的电压提升，从直流变换器出来后再接逆变器，完成DC／AC转换，供给电网或交流负载，如图1所示。

2．2 光伏阵列特性分析
在BIPV中，建筑物阴影、城市垃圾、飞鸟等难免会遮挡光伏阵列某一部分，引起阵列中被遮挡部分所在光伏组件通流能力下降，消耗未被遮挡光伏组件发出的功率，产生热斑效应，如果光伏组件输出功率很大，热斑的温度超过一定极限将会使组件上的焊点熔化并损坏栅线，从而导致该组件损坏。为避免热斑的产生，通常给每一块光伏组件并联一个旁路二极管，再将这样的并联组件串联成组件串，然后再将组件串并联，每一个并联的组件串上串联一个隔离二极管，如图2所示。

在Matlab／Simulink中模拟仿真4块峰值功率均为200 W的光伏组件两串两并构成的光伏阵列，图3a为4块组件温度25℃，光照强度1 000 W／m2时的输出功率曲线，图3b为某一块组件光照强度为100 W／m2(模拟受到阴影)时的输出功率曲线。
可见，当光伏阵列某一块组件受到阴影时，其输出功率大大减小，并且输出功率曲线呈现双峰的特性，存在局部最大功率点。