逆變技術對光伏發電的影響

李君業，周 寧

1.淄博市纖維紡織產品監督檢驗所，山東淄博 255033

2.淄博廣電天網視訊有限公司，山東淄博 255033

進入2010年以來，隨著國家對太陽能發電的政策扶持，尤其是許多地方對太陽能光伏發電的補貼，讓太陽能發電成為了新寵，許多新能源的公司也把企業定位在太陽能發電。在未來幾年中，預計太陽能工程的增長率將達到20%～30%。

太陽能作為一種新能源，為電池制造、電源轉換等相關企業提供了新的舞臺。由于光伏發電系統產生的電流為直流電，但民用電力以交流供電為主，而且太陽能發電最終將走向并網運行，這就要求太陽能發電必須通過逆變器將直流電轉換為交流電來驅動家用電器等負載。因此，逆變器在太陽能發電系統中具有舉足輕重的作用。

1 太陽能發電系統對逆變器的要求

光伏發電分為離網型光伏發電系統和聯網型光伏發電系統。離網型光伏發電系統是其太陽能電池板所產生電力供特定負載使用消耗的獨立系統；聯網型光伏發電系統是其太陽能電池所產生電力由公共電網進行傳送輸出的發電系統。不論是那種系統都對關鍵部件逆變器提出了很高的要求。

1）整機效率要高，因為太陽能電池板的效率在15%左右而且價格較高，因此要求逆變器的自身消耗要少，轉換效率要高；

2）要具有完備的保護功能，光伏發電系統與我們日常使用的公共電網一樣，要具有過欠壓、過電流、短路、缺相保護以及溫度超限報警等功能。而實現這些功能也是逆變器的基本性能之一；

3）要有較寬的輸入電壓范圍及足夠的輸出容量，這是由太陽能電池的發電特點所要求的。由于日光光照角度及太陽發光強度的變化而導致了太陽能電池的輸出端電壓在不斷變化，從而影響逆變器的輸出容量產生變化，因此要求逆變器能在較大的輸入電壓范圍內正常工作以保持輸出電壓的穩定；

4）具有滿負載啟動性能，逆變器要做到在滿負載多次連續啟動的條件下而不損壞的能力；

5）輸出電壓的波形失真度要小，如果輸出電壓中含有較高的高次諧波，將對電力負載產生干擾而導致負載不能正常工作或對公共電網產生電力污染。

2 逆變技術的發展現狀

盡管近年來太陽能電池制造企業一直致力于提高太陽能電池的光電轉換效率，但是就2010年2月太陽能電池的最高光電轉換效率來看，15cm×15cm厚200μm的太陽能電池也只能實現19.3%的轉換效率。由于太陽能面板的光電轉換效率相對低(平均約在15%左右)，所以從太陽能面板盡可能多獲得輸出功率的重任就落在了逆變器身上。 太陽能逆變器性能提高更依賴于功率開關器件，想獲得高效的交流輸出電壓和電流，就需要正確選擇功率器件。 在中小功率的太陽能逆變器中不少公司擁有自己的專利電路結構，新一代功率器件使得這些電路如虎添翼，效率、可靠性等各方面性能都有了很大提高。

傳統逆變器與多個太陽能電池模塊串聯的結構，存在因日照不均、電池性能不均等原因導致輸出效率下降的弊端，進而導致整體的輸出功率大幅降低的問題。為了解決這一問題，出現了各個太陽能電池模塊配備逆變器及轉換器功能的新架構，即“微型逆變器”及“微型轉換器”。此外，與通信功能組合的話，還可用于監視各個模塊的狀態，檢測出出現故障的模塊。簡而言之，微型逆變器是在各個模塊上全部配備上現有的逆變器功能。也就是說，從輸出功率的優化到DC-AC轉換均由模塊來進行。從模塊輸出的功率為交流，可直接并入電網。 電源優化器會以間接的方式互相通信，檢測自己的電流和電壓環境并自我調整，直到串聯的整排電池板能夠達到最佳值，同時在電池板級別達到局部優化。

3 逆變技術對光伏發電的影響

隨著實際應用的愈來愈普遍，太陽能逆變器也開始不斷面臨諸如并網性能、電磁兼容、保護功能等各類新的技術挑戰。具體來講，就是要提高并網效率、減少并網電流諧波、確保輸出功率因數和消除直流分量；電磁兼容方面，則是要控制電壓波動和閃爍、減少電磁輻射并提高抗擾度。市電和太陽能逆變器進行切換時，要實現電網與逆變器間的快速、平滑切換，需要解決以下幾個問題：一是逆變器的輸出始終與電網保持同步；二是切換開關裝置安全可靠；三是切換條件的快速和準確的檢測。因此，太陽能系統面對的最大挑戰是優化逆變器性能。

4 當前產業發展的影響因素

近年來，在世界光伏市場的強勢拉動下，我國光電產業呈現快速增長態勢，已經成為世界第一大太陽能電池生產國。同時，政府的各種政策扶持和資金支持，也使得光伏行業風生水起。去年7月，全國共示范建筑應用項目111個、申報裝機容量152mW、示范裝機容量91mW，補貼金額約12億元，項目覆蓋了23個省（自治區）、3個直轄市和5個計劃單列市。而今年將優先支持太陽能光電建筑應用一體化程度較高的建材型、構件型項目；優先支持已出臺并落實上網電價、財政補貼等扶持政策的地區項目；優先支持2009年示范項目進展較好的地區項目。但也要看到光伏發電的高成本及上網電價還未能敲定是當前制約其發展的主要因素，資料顯示，太陽能電池的原料多硅晶，目前核心技術掌握在歐美少數幾家公司手中，具有相當的壟斷性，而且我國的高純多晶硅材料多依賴進口，因此太陽能電池價格高昂，使太陽能發電成本很難有所下降。另外，太陽能電池中組件（如逆變器、控制器等）成本占整套系統的比例達到了70%，要降低發電成本，就要降低組件成本提升技術水平，就得不斷提高光電轉換率，而目前的光電轉換率多在15%左右，短時間內難有大的突破。從中我們可以看出，要想打破光伏發電成本瓶頸，必須要靠科研人員和企業的自主研發創新，或找到更廉價的太陽能電池新材料，或提高光電轉化效率，而所有這些，需要的不僅僅是時間。降低發電成本是利用太陽能發電面臨的第一道坎。另一道坎就是目前太陽能發電并網的上網電價遲遲不能敲定。上網電價未定也影響了一些太陽能發電站的建立。而投資者只有知道了上網電價才能確定自己投資是否是明智的。

由此可以看出，只有提升光伏發電電池及各組件的技術創新能力和質量水平并且明確產業政策，才能使我國的光伏發電產業健康發展。促進我國新能源產業的技術進步。