臺灣博碩士論文加值系統

本論文之目的在於研製市電併聯型單相太陽能換流器，採用直線近似之最大功率追蹤(Straight-Approach Maximum Power Point Tracker，SA-MPPT)技術，使得太陽能換流器在任何光照下均能工作在最大功率點。本研究中，升壓轉換器吸汲太陽能量並轉換供給換流器，而換流器之電流控制能依SA-MPPT適時地調節輸出電流。本文針對電流控制系統作完整的分析與討論，最後並實際製作一部1kW的太陽能換流器，以驗證性能估測；實驗結果和理論推測相當接近。

　　The purpose of this thesis is to design and realize a gird-tied single-phase PV inverter. A straight-approach maximum power point tracking (SA-MPPT) is adopted to make the PV inverter work at MPP under different insolation. In this thesis, the boost converter can pump energy from the PV module to the PV inverter, in which the PV inverter can adaptively provide proper current with current control to the power utility according to the guidance of the SA-MPPT. The modeling and analysis of the current control in the inverter are conducted in detail. Finally, a prototype of 1kW PV inverter is designed and implemented to assess the predictions. The experimental result is in feasibility close to the estimation.

目 錄
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 6
1.3 論文架構 6
第二章 太陽能電池簡介及最大功率追蹤法 8
2.1 太陽能電池之光電原理及種類 9
2.2 太陽能板之特性分析 13
2.3 太陽能光電板之最大功率追蹤法 18
2.4 最大功率追蹤之直線近似法 23
第三章 併聯型太陽能發電系統 26
3.1 電壓源型電流控制換流器 26
3.2 前端升壓電路 27
3.3 功率級換流器 32
3.4 SPWM控制方式應用於全橋式換流器 33
3.5 輸出濾波器 40
第四章 系統分析 44
4.1 全橋式換流器之小訊號模型分析 44
4.2 控制分析及補償方式 49
第五章 設計考量 52
5.1 最大功率追蹤技術 52
5.2 升壓轉換器 54
5.3 功率級換流器 54
5.4 輸出濾波器 55
5.5 SPWM控制器 55
5.6 驅動電路 56
5.7 功率元件估測與選用 57
第六章 實務設計與量測 59
6.1 設計實例 59
6.2 量測、分析與討論 62
第七章 結論與未來展望 68
參考文獻 69


圖目錄
圖1-1 獨立型太陽能發電系統示意圖 2
圖1-2 併聯型太陽能發電系統示意圖 3
圖1-3 常見之併聯型太陽能發電系統示意圖 3
圖1-4 電壓源型換流器與電流源型換流器 5
圖1-5 電壓控制型換流器與電流控制型換流器 5
圖2-1 太陽能電池基本結構圖 8
圖2-2 太陽能電池發電原理 9
圖2-3 太陽能板之等效電路 13
圖2-4 不同照度下對太陽能板輸出電壓跟輸出電流影響 15
圖2-5 不同溫度下對太陽能板輸出電壓跟輸出電流影響 16
圖2-6 最大功率點之功率輸出與輸出電流的關係 24
圖2-7 搭配直線近似法之太陽能併聯系統示意圖 25
圖3-1 併聯系統之方塊圖 26
圖3-2 電壓源型電流控制換流器之示意圖 27
圖3-3 直流/直流之升壓型轉換器 27
圖3-4 升壓型轉換器在CCM中，開關導通的等效電路 28
圖3-5 升壓型轉換器在CCM中，開關截止的等效電路 28
圖3-6 升壓型轉換器在CCM與DCM的邊界下，電感電壓與電流波型
29
圖3-7 升壓型轉換器在DCM中，開關導通的等效電路 30
圖3-8 升壓型轉換器在DCM中，開關截止的等效電路 30
圖3-9 升壓型轉換器在DCM中，電感儲能釋放完的等效電路 30
圖3-10 升壓型轉換器工作在DCM下，電感電壓與電流波型 31
圖3-11 單相半橋式換流器 32
圖3-12 單相全橋式換流器 33
圖3-13 正弦波控制訊號與三角波信號比較產生之控制訊號 34
圖3-14 輸出輸入電壓比與m_a之關係 35
圖3-15 SPWM雙極性切換各開關控制訊號 36
圖3-16 SPWM單極性切換 37
圖3-17 單極性切換各開關控制訊號（皆高頻） 38
圖3-18 單極性切換各開關控制訊號（含低頻） 39
圖3-19 單極性切換V_AB之電壓頻譜 40
圖3-20 單相全橋式換流器 40
圖4-1 市電併聯等效模型 45
圖4-2 Q1、Q4導通時的等效電路 45
圖4-3 Q1、Q4截止時的等效電路 46
圖4-4 市電併聯之小訊號等效模型 48
圖4-5 併聯運轉模式下，電流控制模式方塊圖 49
圖4-6 修正過的併聯系統方塊圖 50
圖4-7 控制訊號與輸出電流波型(1) 51
圖4-8 控制訊號與輸出電流波型(2) 51
圖5-1 太陽能市電併聯系統 52
圖5-2 多工器AD632之內部電路功能圖 53
圖5-3 直線近似法之設計考量示意圖 53
圖5-4 升壓電路之設計考量示意圖 54
圖5-5 全橋式換流器架構 55
圖5-6 全橋式換流器各開關設計考量 56
圖5-7 TLP350驅動電路方式 57
圖6-1 太陽能轉換器之併聯系統電路架構 60
圖6-2 換流器之四橋開關訊號波型 63
圖6-3 換流器之V_AB電壓與輸出電流I_o波型 63
圖6-4 在照度1 kW⁄m^2 時之最大功率追蹤點之功率 64
圖6-5 在照度1 kW⁄m^2 時之換流器輸出波型 64
圖6-6 在照度600 W⁄m^2 時之最大功率追蹤點之功率 65
圖6-7 在照度600 W⁄m^2 時之換流器輸出波型 65
圖6-8 照度在300 W⁄m^2 時之最大功率追蹤點之功率 66
圖6-9 在照度300 W⁄m^2 時之換流器輸出波型 66
圖6-10 實體電路圖 67

表目錄
表2-1 太陽能電池材料與效率比較 10
表2-2 太陽能板KC65T之規格表（1 kW⁄m^2 ，25℃） 17
表2-2 太陽能板KC40T之規格表（1 kW⁄m^2 ，25℃） 17
表2-3 最大功率追蹤法之優缺點比較與應用 22
表6-1 設計規格 59
表6-2 元件參數與規格 60
表6-3 太陽能板之規格表（1 kW⁄m^2 ，25℃） 61

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