光伏电站价值提升策略之逆变器选型

之所以想从应用和市场的角度写一下逆变器选型的文章，也是因为最近在编写完成和评审陕西咸阳一个350千瓦的屋顶分布式光伏电站技术方案时，分别出了一套集中式逆变器的方案和组串式逆变器的方案，僵持不下，触发自己系统的梳理下逆变器的选型。

光伏逆变器是专用于太阳能光伏发电领域的逆变器，是光伏系统中不可缺少的核心部件，其最大的作用在于将太阳能电池产生的直流电通过电力电子变换技术转换为能够直接并入电网、负载的交流能量。

并网逆变器作为光伏电池与电网的接口装置，将光伏电池的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，为了实现最佳方式的太阳能转换，这势必要求逆变器多样化，这是由于建筑的多样性导致太阳能电池板安装的多样性，同时为了使太阳能的转换效率最高同时又兼顾建筑的外形美观的缘故。

有关逆变器分类的方法很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器；根据逆变器使用的半导体器件类型不同，又可分为电晶体逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。

目前通用的太阳能逆变方式为：集中逆变器、组串逆变器，多组串逆变器和组件逆变（微型逆变器）。

集中逆变器集中逆变器设备功率在50KW到630KW之间，系统拓扑结构采用DC-AC一级电力电子器件变换全桥逆变，工频隔离变压器的方式，防护等级一般为IP20。

体积较大，室内立式安装。

一般用与大型光伏发电站（>10kW）的系统中，大量并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，让它非常接近于正弦波电流。

其最大特点是系统的功率高，成本低。

但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时)，采用集中逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。

同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。

最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高效率。

组串逆变器已成为目前国际市场上最流行的逆变器。

其是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串（1kW-5kW）通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网。

很多大型光伏电厂都使用的是组串逆变器。

其优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。

技术上的优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。

同时，在组串间引入“主-从”的概念，使得在系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。

多组串逆变是取了集中逆变和组串逆变的优点，避免了其缺点，可应用于几千瓦的光伏发电站。

其功率一般小于30KW，功率开关管采用小电流的MOSFET，拓扑结构采用DC-DC-BOOST升压和DC-AC全桥逆变两级电力电子器件变换，防护等级一般为IP65。

体积较小，可室外臂挂式安装。

在多组串逆变器中，包含了不同的单独的功率峰值跟踪和直流到直流的转换器，这些直流通过一个普通的直流到交流的逆变器转换成交流电，并网到电网上。

光伏组串的不同额定值（如：不同的额定功率、每组串不同的组件数、组件的不同的生产厂家等等）、不同的尺寸或不同技术的光伏组件、不同方向的组串（如：东、南和西）、不同的倾角或遮影，都可以被连在一个共同的逆变器上，同时每一组串都工作在它们各自的最大功率峰值上。

同时，直流电缆的长度减少、将组串间的遮影影响和由于组串间的差异而引起的损失减到最小。

组件逆变器（微型逆变器）在传统的PV系统中，每一路组串型逆变器的直流输入端，会由10块左右光伏电池板串联接入。

当10块串联的电池板中，若有一块不能良好工作，则这一串都会受到影响。

若逆变器多路输入使用同一个MPPT，那么各路输入也都会受到影响，大幅降低发电效率。

在实际应用中，云彩，树木，烟囱，动物，灰尘，冰雪等各种遮挡因素都会引起上述因素，情况非常普遍。

而在微型逆变器的PV系统中，每一块电池板分别接入一台微型逆变器，当电池板中有一块不能良好工作，则只有这一块都会受到影响。

其他光伏板都将在最佳工作状态运行，使得系统总体效率更高，发电量更大。

在实际应用中，若组串型逆变器出现故障，则会引起几千瓦的电池板不能发挥作用，而微型逆变器故障造成的影响相当之小。

微型逆变器是将每个光伏组件与一个逆变器相连，同时每个组件有一个单独的最大功率峰值跟踪，这样组件与逆变器的配合更好。

通常用于50W到400W的光伏发电站，总效率低于组串逆变器。

这是因为是在交流处并联，这就增加了交流侧的连线的复杂性，维护困难。

另一需要解决的问题是怎样能更有效的与电网并网，最直接简单的方法是直接通过普通的交流电插座进行并网，这样可减少成本和设备的安装，但往往各地的电网的安全标准可能不允许这样做，电力公司也极有可能反对发电装置直接和普通家庭用户的普通插座相连。

另一与安全有关的因素是是否需要使用隔离变压器（高频或低频），或者允许使用无变压器式的逆变器。

这一逆变器在玻璃幕太阳能并网逆变器光伏并网逆变器墙中使用最为广泛。

日前，国家能源正式出台了《分布式光伏发电项目管理暂行办法》，与此早之前国家能源局面就召集了能源局相关各司及江、浙、沪发改委和能源局领导均有出席的高规格座谈会，并在随后的意见稿中明确提出了“将在2014年新建总量达12GW的光伏发电项目，其中8GW属于分布式，4GW为地面电站。

这无疑都反映了政府主管部门力推分布式光伏发电，以压制地面电站的无序扩张的决心。

然后这种产业形态的实质性转变，反应到光伏逆变器领域，则是产品与市场的双重角力。

“虽然大型逆变器在成本上有一定的优势，但随着分布式光伏政策及细则的不断出台，传统大型逆变器的体积大、不便搬运、直流电缆多、需加入汇流箱和直流配电柜，虽然逆变器本身效率很高，相对整个电站效率偏低等缺点将暴露地更加明显”。

赵磊对记者说：从技术角度，对于相同容量的光伏电站，采用大型逆变器时MPPT较少，MPPT集中监测，精确度较低；若采用组串式逆变器时，针对不同的安装方式或每一串电池板都有一个MPPT精确监测，组串间影响小，整体发电效率高；从商务角度：就以前的市场来看，因为采用金太阳一次性补贴的商务运作方式，所以很多人在设计电站的时候只是考虑一次性的投资成本，所以选用大型逆变器，因为仅仅从逆变器本身是最便宜的。

组串式逆变器的单瓦价格高于大型逆变器，因此业主往往会考虑使用大型逆变器；但是随着技术成熟和市场变化，目前随着新的补贴政策（度电补贴按照0.42元每千瓦时）的推出，综合考虑组串型机型的价格有相当的优势，因此组串式逆变器与大型逆变器的市场格局正悄然发生着变化，随着分布式电站的逐步兴起，以组串型逆变器为主，微型逆变器为辅（在屋顶局部阴影附近或者局部电池板角度不一致选用）结合，将是未来分布式从整体电站考虑的最佳选择了。

根据市场调研公司IHS最新的购买者调查，随着不断变化的倾向以及中国生产商产品的接受程度提高，光伏逆变器市场继续发展。

IHS的一个重要发现是，对于规模超过1MW的大型光伏发电站，认为组串式逆变器的接受程度越来越高。

根据IHS调查，40%的逆变器买家目前考虑组串式逆变器而非集中型逆变器，由于他们可以提供更好的灵活性，并减少电力损失。

HIS资深光伏市场分析师表示：“该调查证实，过去一年大型系统对组串式逆变器的接受不断增加，反映出IHS预期的这些产品将在几个关键光伏市场获得份额。

大型系统中太阳能买家越来越偏爱组串式逆变器而非中央逆变器最常见的原因是，更好的系统设计灵活性、故障情况下最小的损失以及较低的寿命系统成本。

”根据IHS调查，对于大型光伏项目，超过50%的买家考虑组串式逆变器，较此前调查的17%有所提高。

据说超过三百家太阳能安装商、经销商及设计、采购和施工(EPC)公司参与此次调查。

那么我们面对一个500kWp的屋顶光伏电站应该如何进行逆变器的选型？特对这三种逆变器的优缺点进行比较如下：集中式方案优缺点集中式逆变器一般用于日照均匀的大型厂房，荒漠电站，地面电站等大型发电系统中，系统总功率大，一般是兆瓦级以上。

应用集中式逆变器的光伏电站系统主要器件对比：光伏组件，直流电缆，汇流箱，直流电缆，直流汇流配电，直流电缆，逆变器，隔离变压器，交流配电，电网。

集中式逆变器优点：（1）逆变器数量少，便于管理；（2）逆变器元器件数量少，可靠性高；（3）谐波含量少，直流分量少电能质量高；（4）逆变器集成度高，功率密度大，成本低；（5）逆变器各种保护功能齐全，电站安全性高；（6）有功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好集中式逆变器缺点：1、安全问题。

集中式方案中采用直流汇流箱，由于内置直流支路熔丝，存在融不断起火的风险，因为只要有光照太阳能板就会处于工作状态。

对于分布式屋顶厂房来说，带来严重的安全隐患。

不仅电站本身经济收益受影响，更关键会影响到厂房的其他设备。

给业主带来非常大的损失。

2、不规则屋顶，采用单个500KW逆变器无法充分利用屋顶面积。

逆变器经常处于过载或轻载或者超配、欠配的情况。

3、多个朝向的屋顶，电池板有部分阴影遮挡导致组串的不一致性，单路MPPT导致发电量相对较低；同时，各路组串的失配损失也将导致发电量的损失。

4、逆变器需要专业工程师维护，单个逆变器故障对发电量影响较大，对维护人员的安全也带来巨大挑战，同时，备件种类较多，故障定位及修复3天以上，严重影响客户发电收益。

直流汇流箱故障率高，无法监控到每路组串，增加故障定位时间，由于熔丝挥发，故障率、维护成本高，需要定期更换维护；线路复杂，现场加工的接头多，故障率高；部份项目运行1~2年后，有效发电率低于90%；5、集中式方案需要逆变器房和相应土建工程，同时需配套相应的风机，风道，烟感，温感等设备，而如果在传统的厂房屋顶安装光伏电站，其配电室不一定能够安置下体积庞大的500KWp集中式逆变器。

同时不但增加了施工复杂度，还加大了初始投资和运维成本。

6、集中式逆变器需强制风冷，机房消耗电力大，平均至少300W以上，需要定期扫灰，风扇维护和防尘网更换。

7、集中式逆变器MPPT电压范围窄，一般为450-820V，组件配置不灵活。

在阴雨天，雾气多的部区，发电时间短。

8、集中式并网逆变系统中无冗余能力，如有发生故障停机，整个系统将停止发电。

组串式逆变器适用于中小型屋顶光伏发电系统，小型地面电站。

应用组串式逆变器的光伏电站系统包括组件，直流电缆，逆变器，交流配电，电网。

组串式逆变器优点：1、组串式逆变器组网结构简单，可分散室外就近安装，根据屋顶容量选择合适的逆变器灵活组合，充分利用屋顶面积，增加投资收益。