分布式光伏發電建設中的逆變器及其選型

曾玉

摘 要：分布式光伏發電系統中逆變器起著將直流電逆變為負載所需的交流電的重要作用。從不同使用場合介紹了三種逆變器，并將三種逆變器的優缺點進行了比較，以及在電站建設中應從逆變器的安裝環境、逆變器的可靠性、逆變器的效率、逆變器的附加服務與保險等方面來考慮。

關鍵詞：分布式光伏發電系統 逆變器 選型。

中圖分類號：O472+.8 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0098-01

分布式發電[1]，是指在用戶所在場地或附近建設安裝、運行方式以用戶端自發自用為主、多余電量上網，且在配電網系統平衡調節為特征的發電設施或有電力輸出的能量綜合梯級利用多聯供設施。

分布式光伏發電系統由太陽電池組件、逆變器等組成。逆變器在光伏發電系統應用中處于核心地位，它的首要任務是將由太陽能電池板接收太陽光后轉化出來的直流電轉化為家庭和工業能夠使用的交流電[2]。只要需要將直流轉變為交流的地方都需要逆變器。

1 光伏逆變器的分類

有關逆變器分類的方法很多[3]，例如：根據逆變器輸出交流電壓的相數，可分為單相逆變器和三相逆變器；根據逆變器使用的半導體器件類型不同，又可分為晶體管逆變器、晶閘管逆變器及可關斷晶閘管逆變器等。根據逆變器線路原理的不同，還可分為自激振蕩型逆變器、階梯波疊加型逆變器和脈寬調制型逆變器等。為了便于光電用戶選用逆變器，以逆變器適用的場合不同，將逆變器一般分為三種類型：集中型逆變器、單相/三相組串型逆變器和微型逆變器[4]。

1.1 集中型逆變器

集中逆變技術是若干個并行的光伏組串被連到同一臺集中逆變器的直流輸入端，集中型逆變器容量在10 kW～1 MW之間，最大特點是系統的功率高，適用于日照均勻的地面大型光伏電站或大型BAPV，產品成熟度較高，投資成本低廉。

最大功率跟蹤點（MPPT）功能為方陣的最大功率點，且由于不同光伏組串的輸出電壓、電流往往不完全匹配，特別是光伏組串因多云、樹蔭、污漬等原因被部分遮擋時，采用集中逆變的方式會使整個光伏系統的發電可靠性受某一光伏單元組工作狀態不良的影響而導致逆變過程的效率降低和電戶能的下降。且大量使用直流電纜，需要專業安裝和維護，更換困難。緊急狀況下拉閘斷交流電，逆變器交流輸出端電壓為零，但是直流輸入端電壓仍為直流高壓。

1.2 單相/三相組串型逆變器

單相/三相組串逆變器是基于模塊化概念基礎上的，每個光伏組串（1～5 kW）通過一個逆變器，在直流端具有最大功率峰值跟蹤，在交流端并聯并網，已成為現在國際市場上最流行的逆變器。逆變器容量在600 W～10 kW，組件接入形式為組件串。

MPPT功能為組件串的最大功率點，許多大型光伏電廠使用組串逆變器。優點是不受組串間模塊差異和遮影的影響，同時減少了光伏組件最佳工作點與逆變器不匹配的情況，從而增加了發電量。技術上的這些優勢不僅降低了系統成本，也增加了系統的可靠性。少量使用直流電纜，投資成本適中，適用于各類型地面光伏電站或BAPV

/BIPV，產品成熟度較高，安裝簡便，更換方便。同時，在組串間引人“主-從”的概念，使得系統在單串電能不能使單個逆變器工作的情況下，將幾組光伏組串聯系在一起，讓其中一個或幾個工作，從而產出更多的電能。

1.3 微型逆變器

在微型逆變器的PV系統中，每一塊電池板分別接入一臺微型逆變器，當電池板中有一塊不能良好工作，則只有這一塊都會受到影響。其他光伏板都將在最佳工作狀態運行，使得系統總體效率更高，發電量更大。

微型逆變器容量在1 kW以下，組件接入形式為組件。MPPT功能為組件的最大功率點，遮擋影響低，基本不使用直流電纜，安裝簡便，更換方便，適用于1 kW以下的光伏系統。緊急狀況下拉閘斷交流電，微型逆變器交流輸出端電壓為零，直流輸入端電壓小于40 V。較安全，且可進行遠程監測。目前微型逆變器在建筑光伏系統市場的占有率中，住宅為52%商業樓宇為18.4%。但產品處在示范及應用階段，投資成本昂貴。

2 光伏電站如何選擇逆變器

分布式光伏電站中，逆變器的選擇應結合逆變器的安裝環境、逆變器的可靠性、逆變器的效率、逆變器的附加服務與保險等方面來考慮。

2.1 逆變器的安裝環境

分布式光伏電站重點針對家庭、工業園區、公共設施、新農村建設等，光伏電站的規模相對來講不大，一般可選擇組串型逆變器或者微型逆變器。

2.2 逆變器的可靠性

逆變器的可靠性主要與產品設計、產品控制、產品測試等環節相關。在選擇逆變器時，要選擇有可靠性監控、基本測試、異常測試、可靠性試驗等生產和質量保障體系的產品。

2.3 逆變器的效率

逆變器的效率與發電量有直接聯系，逆變效率越高，損耗的直流電能才越少。越來越多的光伏逆變器的生產廠家將逆變器的效率作為主要技術優勢進行研發。

2.4 逆變器的附加服務（售后服務和設計服務）

不同的用戶由于裝機容量的不同，對應系統中逆變器的容量也會不同，此時就需要進行針對用戶專門設計的逆變器，且用戶對系統后期運行也很關注，因此在購買逆變器時，最好是選擇有售后服務以及設計服務的廠家。

2.5 逆變器的保險

光伏發電系統安裝的使用壽命在25年以上，對于業主來說，分布式光伏系統需要20年的收益保障，所以保險問題必須考慮。最好選擇返修率低的、有保險的生產廠家所生產的逆變器。

3 結語

組串型逆變器是大型逆變器和微型逆變器的折中，具備最佳的性能價格比。分布式電站的逆變器，最好使用組串型逆變器和微型逆變器相結合的模式，既保證節省一次性投資，同時增大后期的發電收益。幾十千瓦到十個兆瓦的分布式電站使用組串型小功率三相逆變器可以提高發電10%～20%，大型地面電站使用組串型小功率三相逆變器可以提高發電電量5%～10%。隨著價格的不斷降低，組串型三相小功率是未來分布式和大型地面光伏電站的主流產品。

參考文獻

[1] 趙爭鳴，劉建政，孫曉英，等.太陽能光伏發電及其應用[M].科學出版社，2005.

[2] 曹仁賢.光伏系統的可靠性分析[J].太陽能，2001（1）.

[3] 張超，何湘寧.一種用于光伏發電系統的新型高頻逆變器[J].電力系統自動化，2005（19）.

[4] 余濤，余婕.光伏并網發電的研究進展[J].上海電力學院學報，2011（2）.endprint