光伏逆变器主要流派与技术路线

时间:2022-03-16作者:佚名

光伏发电系统由太阳电池组件(PV)方阵、逆变器、交直流配电、计量电器等部分组成。太阳电池组件利用光伏效应原理,将太阳的光能转变为直流电能,该直流电是变化的,不能直接并网或被用电设备直接使用,称之为“粗电”(Raw Electricity);光伏逆变器将变化的直流电经过电力电子技术变换成频率、相位、幅值符合电力并网要求且自身具有保护功能的交流电,称之为“精电”(Fine Electricity),之后经过配电及保护装置便可并网或供交流负载使用。

光伏逆变器是光伏系统的核心部件之一,但由于逆变器采用电力电子技术、由大量的电子元器件组成,属于光伏系统中的薄弱环节,因此近几年来,在逆变器的技术方案选择、电子线路设计以及新的应用方面,全球出现不同的技术流派以及一些新的应用。主要有以下几种:

1.Central inverter集中式逆变器,这种是最传统也是目前做的厂家最多的,尤其是光伏逆变器鼻祖的欧洲厂家。欧洲以SMA为典型代表,美国以SatCon为典型代表。SMA为全球光伏逆变器市场占用率最高的厂家,其市场占有率达到35%~40%。对于大容量的逆变器,大多数厂家采用集中式逆变器。从其电路结构上说,对小功率逆变器一般采用两级结构,即:第一级Boost升压电路加上第二级DC/AC逆变电路;中大功率逆变器采用一级结构,即DC/AC逆变电路。无论何种电路结构,其功率部分都是放在一个逆变器箱体内。

这种逆变器的优点是:

(1) 适合MW级的应用;

(2)技术成熟;

(3)$/W成本较其他解决方案较低。

其缺点是:

(1)一旦出现故障则整机必须停机,所有功率均损失;

(2)不能对部分太阳能电池板的非有效发电状态如阴影、污物等产生的mis-match进行区别,从而影响MPPT(最大功率点跟踪)效率。

2. Modular inverter模块化逆变器,目前另一流行的技术,采用逆变器模块化并联,每个模块均有MPPT(最大功率点跟踪)功能,对应于一路直流输入;多个并联逆变器模块装在一个机柜里,一般具有热插拔功能。主流厂家包括Powerone,Fronius等。用于并联的模块小的如Fronius的3KW(并联成50KW),大的如Powerone的33KW(并联成330KW)。

其优点是:

(1)某个模块故障不会影响整机工作,整机还能输出较大功率,从而降低系统风险;

(2)可以一定程度上解决mis-match问题,由于采用多个MPPT,对不能正常发电的太阳能组串,其低效率不会影响其他组串发电效率,从而提高系统发电效率;

(3)在早晚太阳光不强的时候可以自动关掉部分模块,等光强足够再开启所有模块,从而提高整体效率;

(4)除了技术原因,模块化并联可以使一家公司迅速拓宽产品线功率覆盖范围,用一款模块解决从小功率到中大功率的应用,对于小公司而言,这无疑可以节约很多研发资源和时间。

其缺点是:

(1)成本较集中式逆变器较高,不适合大功率尤其是超大功率场合;

(2)控制上比集中式要复杂,需要一个单独的监控模块。

3.Micro inverter微逆变器,在北美近几年来流行的一种技术,主要应用在个人屋顶系统。其原理是,将集中式逆变器的技术运用到较小的功率模块上,将大功率逆变器分割成若干个小功率逆变器。在每块太阳能电池板后面装一个微逆变器,功率在200~350W左右,直接将该块电池板输出的直流电转换成交流电输出或并网。目前美国做的最成功的公司是Enphase,占据微逆变器半壁江山。

其优点为:

(1)使得每块电池板的输出效率最高,且彼此不影响,较好的解决由于阴影等造成的mis-match问题,提高整体效率;

(2)安全,由于没有高压部分,较适合住宅屋顶系统;

(3)安装简单,不需要独立的房间,跟随组件移动,变动起来也方便。

其缺点是:

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