分布式光伏發(fā)電建設(shè)中的逆變器及其選型

曾玉

摘 要：分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器起著將直流電逆變?yōu)樨?fù)載所需的交流電的重要作用。從不同使用場(chǎng)合介紹了三種逆變器，并將三種逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，以及在電站建設(shè)中應(yīng)從逆變器的安裝環(huán)境、逆變器的可靠性、逆變器的效率、逆變器的附加服務(wù)與保險(xiǎn)等方面來(lái)考慮。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電系統(tǒng) 逆變器 選型。

中圖分類(lèi)號(hào)：O472+.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0098-01

分布式發(fā)電[1]，是指在用戶(hù)所在場(chǎng)地或附近建設(shè)安裝、運(yùn)行方式以用戶(hù)端自發(fā)自用為主、多余電量上網(wǎng)，且在配電網(wǎng)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的發(fā)電設(shè)施或有電力輸出的能量綜合梯級(jí)利用多聯(lián)供設(shè)施。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)電池組件、逆變器等組成。逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用中處于核心地位，它的首要任務(wù)是將由太陽(yáng)能電池板接收太陽(yáng)光后轉(zhuǎn)化出來(lái)的直流電轉(zhuǎn)化為家庭和工業(yè)能夠使用的交流電[2]。只要需要將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鞯牡胤蕉夹枰孀兤鳌?/p>

1 光伏逆變器的分類(lèi)

有關(guān)逆變器分類(lèi)的方法很多[3]，例如：根據(jù)逆變器輸出交流電壓的相數(shù)，可分為單相逆變器和三相逆變器；根據(jù)逆變器使用的半導(dǎo)體器件類(lèi)型不同，又可分為晶體管逆變器、晶閘管逆變器及可關(guān)斷晶閘管逆變器等。根據(jù)逆變器線(xiàn)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(diào)制型逆變器等。為了便于光電用戶(hù)選用逆變器，以逆變器適用的場(chǎng)合不同，將逆變器一般分為三種類(lèi)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(shù)是若干個(gè)并行的光伏組串被連到同一臺(tái)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(diǎn)是系統(tǒng)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(chǎn)品成熟度較高，投資成本低廉。

最大功率跟蹤點(diǎn)（MPPT）功能為方陣的最大功率點(diǎn)，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(shù)蔭、污漬等原因被部分遮擋時(shí)，采用集中逆變的方式會(huì)使整個(gè)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)不良的影響而導(dǎo)致逆變過(guò)程的效率降低和電戶(hù)能的下降。且大量使用直流電纜，需要專(zhuān)業(yè)安裝和維護(hù)，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(chǔ)上的，每個(gè)光伏組串（1～5 kW）通過(guò)一個(gè)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)，已成為現(xiàn)在國(guó)際市場(chǎng)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(diǎn)，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(shì)不僅降低了系統(tǒng)成本，也增加了系統(tǒng)的可靠性。少量使用直流電纜，投資成本適中，適用于各類(lèi)型地面光伏電站或BAPV

/BIPV，產(chǎn)品成熟度較高，安裝簡(jiǎn)便，更換方便。同時(shí)，在組串間引人“主-從”的概念，使得系統(tǒng)在單串電能不能使單個(gè)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(gè)或幾個(gè)工作，從而產(chǎn)出更多的電能。

1.3 微型逆變器

在微型逆變器的PV系統(tǒng)中，每一塊電池板分別接入一臺(tái)微型逆變器，當(dāng)電池板中有一塊不能良好工作，則只有這一塊都會(huì)受到影響。其他光伏板都將在最佳工作狀態(tài)運(yùn)行，使得系統(tǒng)總體效率更高，發(fā)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(diǎn)，遮擋影響低，基本不使用直流電纜，安裝簡(jiǎn)便，更換方便，適用于1 kW以下的光伏系統(tǒng)。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(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。目前微型逆變器在建筑光伏系統(tǒng)市場(chǎng)的占有率中，住宅為52%商業(yè)樓宇為18.4%。但產(chǎn)品處在示范及應(yīng)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(yīng)結(jié)合逆變器的安裝環(huán)境、逆變器的可靠性、逆變器的效率、逆變器的附加服務(wù)與保險(xiǎn)等方面來(lái)考慮。

2.1 逆變器的安裝環(huán)境

分布式光伏電站重點(diǎn)針對(duì)家庭、工業(yè)園區(qū)、公共設(shè)施、新農(nóng)村建設(shè)等，光伏電站的規(guī)模相對(duì)來(lái)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(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品控制、產(chǎn)品測(cè)試等環(huán)節(jié)相關(guān)。在選擇逆變器時(shí)，要選擇有可靠性監(jiān)控、基本測(cè)試、異常測(cè)試、可靠性試驗(yàn)等生產(chǎn)和質(zhì)量保障體系的產(chǎn)品。

2.3 逆變器的效率

逆變器的效率與發(fā)電量有直接聯(lián)系，逆變效率越高，損耗的直流電能才越少。越來(lái)越多的光伏逆變器的生產(chǎn)廠家將逆變器的效率作為主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行研發(fā)。

2.4 逆變器的附加服務(wù)（售后服務(wù)和設(shè)計(jì)服務(wù)）

不同的用戶(hù)由于裝機(jī)容量的不同，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中逆變器的容量也會(huì)不同，此時(shí)就需要進(jìn)行針對(duì)用戶(hù)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的逆變器，且用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)后期運(yùn)行也很關(guān)注，因此在購(gòu)買(mǎi)逆變器時(shí)，最好是選擇有售后服務(wù)以及設(shè)計(jì)服務(wù)的廠家。

2.5 逆變器的保險(xiǎn)

光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝的使用壽命在25年以上，對(duì)于業(yè)主來(lái)說(shuō)，分布式光伏系統(tǒng)需要20年的收益保障，所以保險(xiǎn)問(wèn)題必須考慮。最好選擇返修率低的、有保險(xiǎn)的生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的逆變器。

3 結(jié)語(yǔ)

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(jià)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(jié)合的模式，既保證節(jié)省一次性投資，同時(shí)增大后期的發(fā)電收益。幾十千瓦到十個(gè)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(fā)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(fā)電電量5%～10%。隨著價(jià)格的不斷降低，組串型三相小功率是未來(lái)分布式和大型地面光伏電站的主流產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙爭(zhēng)鳴，劉建政，孫曉英，等.太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，2005.

[2] 曹仁賢.光伏系統(tǒng)的可靠性分析[J].太陽(yáng)能，2001（1）.

[3] 張超，何湘寧.一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的新型高頻逆變器[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005（19）.

[4] 余濤，余婕.光伏并網(wǎng)發(fā)電的研究進(jìn)展[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（2）.endprint