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光伏逆变器
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不可思议 逆变器居然在光伏系统中担当这么多重要角色
&&来源:深圳晶福源科技股份有限公司&&&& 15:30:40&&我要投稿&&
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:在光伏发电系统中，逆变器占的比例不大，只有5%到8%左右，一般认为，逆变器的主要作用就是把直流电转换为交流电，殊不知，逆变器在光伏系统中，不仅仅只是转变电源方向，还担当多个非常重要的角色，如诊断光伏组件和线路，在危险的时候及时断开电路，记录每天的运行状态，对外发送和接收信息。下面由小编一一为各位道来。1、厨师太阳能组件发出来的直流电逆变器出来的交流电由于天气变化无常，太阳能组件发出来的直流电不规则，一般不能直接使用，如同一个一流的厨师，把食材经过切炒蒸煮等加工，最后变成可口的食物。逆变器先是跟踪分析太阳能的光照情况，再经过直流升压、逆变、滤波等一系列程序，最后转换成能被电网接受的纯正弦波交流电。和厨师手艺有高有低，做出来的菜味道有差别一样，不同的逆变器厂家，品质也有大的差异，主要表现在太阳能利用效率，安全稳定性等方面。2、诊断医生，安全管家光伏电站一般安装在荒郊野外，或者屋顶，自然环境恶劣，不可避免会遇到天灾人祸，台风，雪灾，沙尘等自然灾害会损坏设备，老鼠等小动物咬坏设备，电缆也有可难被小偷剪断，太阳电光伏发电系统，关系到人身，电网和设备的安全，设计选型和施工不当，也会造成系统出现短路等情况，所以需要太阳能逆变器，时刻检测系统安全。逆变器有电压，电流，频率，绝缘检查功能，当诊断系统出现故障时，会立即报警。如果是安全性的事故，有可能危害人身和电网时，立即停止发电，切断组件和电网之间的联系。防止事故进一步扩大。根据逆变器显示的故障类型，可以很方便地找到故障点发生的地方，再采取相应的措施排除故障。所以说光伏系统出现不发电的情况，不一定是逆变器出现问题，也有可能是组件，线路，电网的问题。
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转眼，531新政出台已经两个月。如今，光伏行业渐渐归于平静，开始慢慢接受政策生变的事实。落后产能加速淘汰，系统价格不断跌破边界线，企业火速上马海外项目，停产停工现象短期内成为常态.....还有，一个较为严峻的现实是，数万光伏经销商被迫徘徊于屋顶一线，不得不思考离开还是留下的抉择难题。毫无
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&&&&&&& 摘要：逆变器是光伏发电的核心设备，它将光伏组件产生的直流电转换为标准的交流电。逆变器的品质好坏决定了发电效率的大小。逆变器性能的各项技术指标主要包括：输入直流电压的范围、输出功率、输出波形、最大功率点跟踪、额定容量，输出功率因数，额定输入电压，电流，电压调整率，总谐波畸变率等。本文针对集中式逆变器、组串式逆变器和集散式逆变器三种逆变器进行了对比分析。
&&&&&&& 关键词：集中式逆变器；组串式逆变器；集散式逆变器；对比
&&&&&&& 目前光伏电站投入应用的三种型式的逆变器分别为集中式逆变器、组串式逆变器和集散式逆变器。
&&&&&&& 1.1原理对比
&&&&&&& 上述三种逆变器的应用型式对比如下：
&&&&&&& (1)集中式逆变器
&&&&&&& 每个逆变器1个MPPT追踪单元。暨1MW单元2个MPPT单元。
&&&&&&& 电气系统接线流程：
&&&&&&& 集中式逆变器技术成熟，目前被大规模应用在大型地面电站中，产品故障率在合理范围，且从目前运行经验来看主要故障元件是交流输出侧的电容，该元件损坏主要原因来自电网的电能质量不稳定，谐波大导致元件过频繁启动甚至超负荷工作所致。
&&&&&&& (2)组串式逆变器
&&&&&&& 每个逆变器3个MPPT追踪单元，每个1MW单元约36台逆变器，总计108个MPPT单元。
&&&&&&& 电气系统接线流程：
&&&&&&& 组串式逆变器因容量小、价格高，主要应用在小型光伏电站和屋顶分布式电站，近几年也被应用于大型山地或坡地的地面电站，技术较成熟。因运行时间不长，目前故障率不高，整体运行水平良好。主要故障隐患也是逆变器中的滤波电容，该电容采用PCB板整体封装工艺，封装于逆变器内，无法单独拆换，如果发生故障需替换整个逆变器。
&&&&&&& (3)集散式逆变器
&&&&&&& 每个逆变器接12个智能汇流箱，每个智能汇流箱4个MPPT单元，总计48个MPPT追踪单元。暨1MW单元48个MPPT单元。
&&&&&&& 电气系统接线流程：
&&&&&&& 集散式逆变器技术由国外引进， 2013年底开始通过在部分地面电站进行改造实验的方式进行应用，2014年总装机规模在100~200MW之间。在国外研发之初集散式逆变器因价格过高、MPPT前置后汇流箱散热等问题而导致应用失败。目前国内厂家把价格降了下来，但装有MPPT的汇流箱因设计有负责DC/DC转化的斩波电路，发热量较大，散热问题是否解决仍待实践检验。逆变器的主要故障因数和故障率因应用时间不长暂无数据。
&&&&&&& 从原理上说，集散式逆变器将原集中式逆变器所承担的MPPT最大功率追踪功能前置到了汇流箱环节，同时增加了MPPT的数量，在吸收组串逆变器多MPPT追踪能力的基础上，积聚了集中式逆变器的优点。
&&&&&&& MPPT算法的功能是通过最大功率追踪算法，寻找出控制范围内所有光伏组件的最佳功率值，使连接的光伏组件达到发电功率的极大值，追求发电量达到最优。
&&&&&&& 相同数量光伏组件情况下，MPPT数量越多，越能够将光伏组件因场地条件、施工水平、设计合理性等方面造成的差异体现出来，弥补相关缺陷。
图3集散式逆变器直流侧接线图
&&&&&&& 由上面三个图对比可知，三种方案设备的不同主要在从汇流箱/组串逆变器开始到升压变压器为止的部分。因此对三种方案的技术经济性比较以比较上述之间的部分为主。
&&&&&&& 1.2设计方案对比
&&&&&&& 1.电气设备对比
&&&&&&& (1)以某光伏发电项目为例，对使用下面三种逆变器的电气设备和线缆用量进行了统计如下:
&&&&&&& 项目装机按20MW设计，设备布置、逆变器位置、开关站位置保持统一
&&&&&&& 三种型式的设备材料使用如表1，他们之间价格比较如表2，他们之间详细的概算表参见附表1(附表中逆变器价格水平参考目前最新价格):
&&&&&&& 集散式逆变器方案比集中式逆变器方案总价便宜约0.95%，在逆变器和汇流箱价格上偏贵，主要价格差距在变压器上，根据概算价格双分裂型变压器比双绕组型变压器价格约高出38%。
&&&&&&& 组串式逆变器方案比集中式逆变器方案总价贵约14%，首先在逆变器价格上组串式逆变器高出集中式逆变器约50%，其次在变压器价格上组串式逆变器方案也选用双绕组变压器，较集中式逆变器方案选用的双分裂变压器便宜38%。因此最终组合总价仅高出14%。
&&&&&&& 如将电缆线路计入对比总价，将进一步扩大了集散式逆变器方案的价格优势。集散式逆变器方案能够获得价格优势的关键点在：
&&&&&&& a.集散式逆变器方案选择了常规的双绕组变压器；
&&&&&&& b.集散式逆变器汇流箱输出电压提高，相同线损条件下，选择的电缆线径变小，降低了总的成本；
&&&&&&& C.MPPT单元前置和增加的成本并未有明显增加。
&&&&&&& 2.发电效果对比
&&&&&&& (1)某逆变器厂家在西部大型地面电站做过针对组串式逆变器和集中式逆变器发电量的对比如图4。
图4某品牌组串逆变器一天发电量对比图(有阴影遮挡前提下)
&&&&&&& 此对比是在有阴影遮挡的情况下获得的数据，数据可以看出在早晚，部分光伏组件被遮光的情况下，组串逆变器可以获得较好的发电量，提升发电量约占总电量的5%(按图中发电曲线覆盖面积)。
&&&&&&& 但此实验是针对有阴影遮挡的情况，如果光伏电站设计合理，阴影遮挡较小或没有，那么组串对发电量的提升效果并没有这么明显。
&&&&&&& 从发电量图中可以看出在不遮阴的情况下（图中10:45~16:45时间段）组串式逆变器并不能提高发电量，其发电功率和集中式逆变器基本无差别。
&&&&&&& (2)某逆变器公司针对集散式逆变器和集中式逆变器的比对，表明必须分别把有遮挡的组件连成串、无遮挡的组件连成串才能有效提高早晚有阴影遮挡时的发电量，否则效果不明显。如图5
图5某品牌集散式逆变器对比效果图
&&&&&&& 通过实验分析表明，在有遮挡的情况下集散式逆变器对比集中式逆变器可以提高2%~3%的发电量；针对大型地面电站，相同的组串方阵排布情况，可以带来约1%的发电量提升
&&&&&&& (3)某光伏企业在北方某电站对集散式逆变器和集中式逆变器的发电量进行了对比，通过31天数据的累积获得如表6所示的结果，其中20#单元是集散式逆变器，所在地形地势和19#单元基本相同，略差于18#单元；但20#单元光伏组串比19#单元少4串和18#单元相同。因此比较采用了3个单元共同比较的形式。
&&&&&&& (4)通过上述案例的分析对比，
&&&&&&& 在优化设计和理论条件下，集中式逆变器已经能够满足优良电站的设计要求，但由于大型地面电站受制于地形高低、方向的不同，设计时阴影遮蔽计算的不足，施工时施工水平的限制等多种条件，导致同一逆变器所连接的光伏组串差异极大。
&&&&&&& 如果1MW单元仅2个MPPT追踪单元，无法达到发电功率的极大值，发挥出最大的发电效率；因此有必要增加MPPT单元，尽可能的使不同高低、不同朝向的光伏组件分别接入不同的MPPT单元，减少同一MPPT单元内光伏组件的差异，从而最大的发挥更大的发电效率。
&&&&&&& 针对有阴影遮蔽、有地形差异的光伏电站，集散式逆变器和组串式逆变器都能够提升阴影遮蔽时的发电量，同时多个MPPT确实能够提升有地形差异的电站的发电量。综上所述，集散式逆变器或组串逆变器能够使地形复杂的地面电站提升发电量约1~3个百分点。集散式逆变器和组串逆变器提升发电量的方法在原理上无本质区别。
&&&&&&& 发电量能有提升主要影响因数有：
&&&&&&& a.组件间有阴影遮挡
&&&&&&& b.组件布置间有朝向、倾角等差异。
&&&&&&& 1.4结论建议
&&&&&&& 综上所述，本文认为在朝向一直，地面平缓，且设计合理阴影遮挡影响小的地面电站采用集散式逆变器还是集中式逆变器主要取决于两个方案的价格水平。
&&&&&&& 对地形复杂的山地、坡地等类型地面电站和设计时未充分考虑阴影遮挡的地面电站采用集散式逆变器或组串式逆变器的效果基本一致，选用何种逆变器主要取决于相同朝向、地势特点的光伏组串区域大小和价格水平。若相同朝向和地势特点的区域较大可选用集散式，若较小可选用组串式。
[1]李相华.浅析组串式和集中式逆变器安全可靠性[J].太阳能.2015(06).
[2]孔令国,蔡国伟.大规模并网光伏电站的逆变器控制方法研究[J].电力系统保护与控制.2013(22).
[3]孙庆.组串式与集中式光伏电站安全对比分析[J].太阳能.2015(08).
&曾庆锋（1985.11-），男，江西赣州人，中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，工程师，单位：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司。
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别再问如何安装家庭光伏电站和并网？我把我知道的全部都写在这了，拿走不谢！
家用屋顶光伏电站已经逐渐走进我们的生活，对于很多光伏发烧友或动手能力很强的朋友来说很希望可以自己动手安装一套光伏发电系统，今天小编就整理了关于安装家庭光伏电站的常见问题、步骤，教你打造自己的屋顶分布式光伏发电系统。第一步 申请先去当地的供电局申请办理。带身份证、户口本、房产证等材料办理，如果屋顶是公共，需要另外提供其他业主、物业、居委会的同意证明。&提供申请后，供电企业会派人到现场勘察，出具一个接受方案，市民根据方案来设计，购买有资质单位的太阳能发电板、逆变器、支架、线缆等，进行安装，然后供电企业来审核。审核通过后，供电企业会派人安装计量装置、签并网合同，进行并网调试。&国家电网公司承诺整个流程在45个工作日内完成。从投运的部分家庭光伏电站来看，供电企业一般能在45天内完成服务流程。第二步 安装供电局同意安装申请之后，业主根据供电局要求来设计，购买材料。户用光伏系统如下图所示，一般包含①光伏组件、②线缆、③并网逆变器、④并网开关箱、⑤计量仪表。（一）太阳能发电系统容量设计&系统的容量一般根据屋顶的可用面积和用电量来设计。每千瓦每天约发四度电，需10个平方的安装面积。&（二）并网太阳能逆变器的选择&并网太阳能逆变器作为光伏电池组件与电网的接口装置，将光伏电池的直流电能转换成交流电能并传输到电网上，在光伏并网发电系统中起着至关重要的作用。&户用并网逆变器有2 种，一种是集中式并网光伏逆变器，最小功率为1kw，输入电压在150V-550V 不等。另外一种是微型并网光伏逆变器，一般用在AC220V 的电压等级中，功率从200W 到500W 之间，输入电压的范围为12V ～ 28VDC。集中式并网逆变器的体积一般较大适合壁挂安装，微型并网光伏逆变器小巧，一般和电池组件一起就近安装(可安装在电池组件下方的支架上), 户用户用分布式并网光伏发电系统两种都可以选择。&并网逆变器的主要参数是最大输入功率、最大输入电压、额定输入电压、启动电压、MPPT 电压范围、输出电网电压。最大输入功率是个极限值，光伏电池组件的峰值功率要在这个值的90% 左右;最大输入电压对应的是电池组件的开路电压，组件阵列串联起来的开路电压一定不能大于这个电压值，尽量靠近为宜;额定输入电压对应的是光伏电池组件的工作电压，可以有一定范围的偏差;启动电压指的是并网逆变器要开始工作的电压点，太阳光太弱的时候并网逆变器是不工作的;MPPT 电压范围是针对电池板的特性而设置的一个并网逆变器的功能，它会自动的调节逆变器的输入电压和电流使得电压和电流的乘积也就是功率达到最大值，这个电压范围很宽，具备这个功能的逆变器电池板的利用效率更高;输出电网电压指的是要并入的电网的电压(单相220V/ 三相380V)。&并网逆变器的选择主要是选择额定功率以及输入输出电压等级。那么用户只要根据自己选定好的电池组件的电压等级和串并联方式就可以很容易的确定并网逆变器的输入电压范围，根据自己家里的用电情况就可以选择单相或是三相输出。例如：电池板的峰值功率为250W，开路电压为39V，工作电压为30V，要组成2KW 的系统需要8 片电池组件串联，那么并网逆变器的最大输入电压就必须大于38V/ 片*8 片=304V，额定电压在240V 左右。那么选择的逆变器就应该是2000w，最大输入输出电压大于304伏，MPPT跟踪范围涵盖240左右。并网输出根据家庭的具体供电情况而定选择单相220V 或是三相380V 的。&（三）线缆的选择&线缆可以选择光伏专用线缆，但是价格高，量少也不好购买。短距离的还是采用BV 线缆，按照1 平方毫米的安全电流为6A 计算即可。例如功率为3kw的系统，对于光伏输入线缆，逆变器的额定输入电压电压为DC350V，那么电流为V=8 .57A，选择BV2.5 的线缆。对于逆变器输出线缆，逆变器的额定输出电压电压为AC220V，那么电流为V ≈ 13.63A, 理论上也可以选择BV2.5 的线缆，但是为了安全起见可以提高一个等级，选择BV4 的线缆。由于光伏发电期为25年，为保证系统长期稳定的工作，建议尽量选用专用光伏电缆。&（四）太阳能光伏发电系统安装形式主要有水平屋顶、倾斜屋顶和光伏采光顶。分别是如下：1)水平屋顶在水平屋顶上，光伏阵列可以按最佳角度安装，从而获得最大发电量;并且可采用常规晶硅光伏组件，减少组件投资成本，往往经济性相对较好。但是这种安装方式的美观性一般。水平屋顶2)倾斜屋顶在北半球，向正南、东南、西南、正东或正西倾斜的屋顶均可以用于安装光伏阵列。在正南向的倾斜屋顶上，可以按照最佳角度或接近最佳角度安 装，从而获得较大发电量;可以采用常规的晶体硅光伏组件，性能好、成本低，因此也有较好经济性。并且与建筑物功能不发生冲突，可与屋顶紧密结合，美观性较好。其它朝向(偏正南)屋顶的发电性能次之。倾斜屋顶3)光伏采光顶主要指凉亭、阳光房、玻璃建筑顶棚、玻璃幕墙上等等。一般采用双玻组件安装，利用双玻组件透光的优点，满足发电量的同时，也不会阻挡阳光。&光伏采光顶第三步 并网运行施工完成后，电力公司会派人上门安装电表、和用户签并网合同，并进行并网调试。从并网申请到并网调试、安装计量装置，所有这些电力公司提供的服务都是免费的。电力公司会免费为用户安装两块电表，一块是计量光伏发电电量的电表，另一个是双向计量电表，即用户自己用电和卖到电网的电量计量电表。这样用户可以实时看到自己每天的用电情况、发电情况和输到电网上的电量情况。并网完成后电站便可投入使用啦！
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