太陽能逆變器

太陽能逆變器主要功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電。通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過調(diào)制、濾波、升壓等，得到與照明負(fù)載頻率、額定電壓等相匹配的正弦交流電供系統(tǒng)終端用戶使用。有了逆變器，就可使用直流蓄電池為電器提供交流電。

集中逆變

集中逆變一般用于大型光伏發(fā)電站（>10kW）的系統(tǒng)中，很多并行的光伏組串被連到同一臺集中逆變器的直流輸入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模塊，功率較小的使用場效應(yīng)晶體管，同時(shí)使用DSP轉(zhuǎn)換控制器來改善所產(chǎn)出電能的質(zhì)量，使它非常接近于正弦波電流。最大特點(diǎn)是系統(tǒng)的功率高，成本低。但受光伏組串的匹配和部分遮影的影響，導(dǎo)致整個光伏系統(tǒng)的效率和電產(chǎn)能。同時(shí)整個光伏系統(tǒng)的發(fā)電可靠性受某一光伏單元組工作狀態(tài)不良的影響。最新的研究方向是運(yùn)用空間矢量的調(diào)制控制，以及開發(fā)新的逆變器的拓?fù)溥B接，以獲得部分負(fù)載情況下的高的效率。在SolarMax(索瑞·麥克）集中逆變器上，可以附加一個光伏陣列的接口箱，對每一串的光伏帆板串進(jìn)行監(jiān)控，如其中有一組串工作不正常，系統(tǒng)將會把這一信息傳到遠(yuǎn)程控制器上，同時(shí)可以通過遠(yuǎn)程控制將這一串停止工作，從而不會因?yàn)橐淮夥墓收隙档秃陀绊懻麄€光伏系統(tǒng)的工作和能量產(chǎn)出。

組串逆變

組串逆變器已成為現(xiàn)在國際市場上最流行的逆變器。組串逆變器是基于模塊化概念基礎(chǔ)上的，每個光伏組串（1kW-5kW）通過一個逆變器，在直流端具有最大功率峰值跟蹤，在交流端并聯(lián)并網(wǎng)。許多大型光伏電廠使用組串逆變器。優(yōu)點(diǎn)是不受組串間模塊差異和遮影的影響，同時(shí)減少了光伏組件最佳工作點(diǎn)

與逆變器不匹配的情況，從而增加了發(fā)電量。技術(shù)上的這些優(yōu)勢不僅降低了系統(tǒng)成本，也增加了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，在組串間引入“主-從”的概念，使得在系統(tǒng)在單串電能不能使單個逆變器工作的情況下，將幾組光伏組串聯(lián)系在一起，讓其中一個或幾個工作，從而產(chǎn)出更多的電能。最新的概念為幾個逆變器相互組成一個“團(tuán)隊(duì)”來代替“主-從”的概念，使得系統(tǒng)的可靠性又進(jìn)了一步。

多組串逆變

多組串逆變是取了集中逆變和組串逆變的優(yōu)點(diǎn)，避免了其缺點(diǎn)，可應(yīng)用于幾千瓦的光伏發(fā)電站。在多組串逆變器中，包含了不同的單獨(dú)的功率峰值跟蹤和直流到直流的轉(zhuǎn)換器，這些直流通過一個普通的直流到交流的逆變器轉(zhuǎn)換成交流電，并網(wǎng)到電網(wǎng)上。光伏組串的不同額定值（如：不同的額定功率、每組串不同的組件數(shù)、組件的不同的生產(chǎn)廠家等等）、不同的尺寸或不同技術(shù)的光伏組件、不同方向的組串（如：東、南和西）、不同的傾角或遮影，都可以被連在一個共同的逆變器上，同時(shí)每一組串都工作在它們各自的最大功率峰值上。同時(shí)，直流電纜的長度減少、將組串間的遮影影響和由于組串間的差異而引起的損失減到最小。

組件逆變

組件逆變器是將每個光伏組件與一個逆變器相連，同時(shí)每個組件有一個單獨(dú)的最大功率峰值跟蹤，這樣組件與逆變器的配合更好。通常用于50W到400W的光伏發(fā)電站，總效率低于組串逆變器。由于是在交流處并聯(lián)，這就增加了交流側(cè)的連線的復(fù)雜性，維護(hù)困難。另一需要解決的是怎樣更有效的與電網(wǎng)并網(wǎng)，簡單的辦法是直接通過普通的交流電插座進(jìn)行并網(wǎng)，這樣就可以減少成本和設(shè)備的安裝，但往往各地的電網(wǎng)的安全標(biāo)準(zhǔn)也許不允許這樣做，電力公司有可能反對發(fā)電裝置直接和普通家庭用戶的普通插座相連。另一和安全有關(guān)的因素是是否需要使用隔離變壓器（高頻或低頻），或者允許使用無變壓器式的逆變器。這一逆變器在玻璃幕墻中使用最為廣泛。

太陽能逆變器的效率

太陽能逆變器的效率指由于對可再生能源的需求，太陽能逆變器 (光電逆變器) 的市場正在不斷增長。而這些逆變器需要極高的效率和可靠性。對這些逆變器中采用的功率電路進(jìn)行了考察，并推薦了針對開關(guān)和整流器件的最佳選擇。光電逆變器的一般結(jié)構(gòu)如圖1所示，有三種不同的逆變器可供選擇。太陽光照射在通過串聯(lián)方式連接的太陽能模塊上，每一個模塊都包含了一組串聯(lián)的太陽能電池(Solar Cell)單元。太陽能模塊產(chǎn)生的直流 (DC) 電壓在幾百伏的數(shù)量級，具體數(shù)值根據(jù)模塊陣列的光照條件、電池的溫度及串聯(lián)模塊的數(shù)量而定。

這類逆變器的首要功能是把輸入的 DC電壓轉(zhuǎn)換為一穩(wěn)定的值。該功能通過升壓轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，并需要升壓開關(guān)和升壓二極管。在第一種結(jié)構(gòu)中，升壓級之后是一個隔離的全橋變換器。全橋變壓器的作用是提供隔離。輸出上的第二個全橋變換器是用來從第一級的全橋變換器的直流DC變換成交流 (AC) 電壓。其輸出再經(jīng)由額外的雙觸點(diǎn)繼電器開關(guān)連接到AC電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之前被濾波，目的是在故障事件中提供安全隔離及在夜間與供電電網(wǎng)隔離。第二種結(jié)構(gòu)是非隔離方案。其中，AC交流電壓由升壓級輸出的DC電壓直接產(chǎn)生。第三種結(jié)構(gòu)利用功率開關(guān)和功率二極管的創(chuàng)新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，把升壓和AC交流產(chǎn)生部分的功能整合在一個專用拓?fù)渲斜M管太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率非常低，讓逆變器的效率盡可能接近100% 卻非常重要。在德國，安裝在朝南屋頂上的3kW串聯(lián)模塊預(yù)計(jì)每年可發(fā)電2550 kWh。若逆變器效率從95% 增加到 96%，每年便可以多發(fā)電25kWh。而利用額外的太陽能模塊產(chǎn)生這25kWh的費(fèi)用與增加一個逆變器相當(dāng)。由于效率從95% 提高到 96% 不會使到逆變器的成本加倍，故對更高效的逆變器進(jìn)行投資是必然的選擇。對新興設(shè)計(jì)而言，以最具成本效益地提高逆變器效率是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。至于逆變器的可靠性和成本則是另外兩個設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。更高的效率可以降低負(fù)載周期上的溫度波動，從而提高可靠性，因此，這些準(zhǔn)則實(shí)際上是相關(guān)聯(lián)的。模塊的使用也會提高可靠性。

功能作用

逆變器不只具有直交流變換功用，還具有最大限制地發(fā)揚(yáng)太陽電池功能的功用和系統(tǒng)毛病維護(hù)功用。歸結(jié)起來有主動運(yùn)轉(zhuǎn)和停機(jī)功用、最大功率跟蹤節(jié)制功用、防獨(dú)自運(yùn)轉(zhuǎn)功用（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、主動電壓調(diào)整功用（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、直流檢測功用（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、直流接地檢測功用（并網(wǎng)系統(tǒng)用）。這里簡略引見主動運(yùn)轉(zhuǎn)和停機(jī)功用及最大功率跟蹤節(jié)制功用。

1、主動運(yùn)轉(zhuǎn)和停機(jī)功用

早晨日出后，太陽輻射強(qiáng)度逐步加強(qiáng)，太陽電池的輸出也隨之增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)逆變器任務(wù)所需的輸出功率后，逆變器即主動開端運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)后，逆變器便每時(shí)每刻看管太陽電池組件的輸出，只需太陽電池組件的輸出功率大于逆變器任務(wù)所需的輸出功率，逆變器就繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；直到日落停機(jī)，即便陰雨天逆變器也能運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)太陽電池組件輸出變小，逆變器輸出接近0時(shí)，逆變器便構(gòu)成待機(jī)形態(tài)。

2、最大功率跟蹤節(jié)制功用

太陽電池組件的輸出是隨太陽輻射強(qiáng)度和太陽電池組件本身溫度（芯片溫度）而轉(zhuǎn)變的。別的因?yàn)樘栯姵亟M件具有電壓隨電流增大而下降的特征，因而存在能獲取最大功率的最佳任務(wù)點(diǎn)。太陽輻射強(qiáng)度是轉(zhuǎn)變著的，明顯最佳任務(wù)點(diǎn)也是在轉(zhuǎn)變的。相關(guān)于這些轉(zhuǎn)變，一直讓太陽電池組件的任務(wù)點(diǎn)處于最大功率點(diǎn)，系統(tǒng)一直從太陽電池組件獲取最大功率輸出，這種節(jié)制就是最大功率跟蹤節(jié)制。太陽能發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器的最大特點(diǎn)就是包羅了最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）這一功用。

太陽能逆變器匹配型號表

Part Numbe	ID(A)	VDSS(V)	Max RDS(ON)@60%ID(Ω）	ciss/pF
KIA18N50H	18	500	0.25-0.32	2500	TO-220F、3P、247
KIA20N50H	20	500	0.21-0.26	2700	TO-220F、3P、247
KIA24N50H	24	500	0.16-0.2	3500	TO-3P、247
KIA28N50H	28	500	0.032-0.038	2020	TO-252
KNH8150A	30	500	0.15-0.2	4150	TO-3P
KIA2906A	130	60	0.006-0.007	3100	TO-247、220
KIA2808A	150	80	0.004-0.0045	6109	TO-3P、263
KIA2806A	160	60	0.004-0.0045	4376	TO-220、3P、247
KIA1906A	230	60	0.003-0.0035	7300	TO-247