分布式光伏发电建设中的逆变器及其选型

分布式光伏发电建设中的逆变器及其选型

摘要:分布式光伏发电系统中逆变器起着将直流电逆变为负载所需的交流电的重要作用。从不同使用场合介绍了三种逆变器,并将三种逆变器的优缺点进行了比较,以及在电站建设中应从逆变器的安装环境、逆变器的可靠性、逆变器的效率、逆变器的附加服务与保险等方面来考虑。

关键词:分布式光伏发电系统逆变器选型。

分布式发电[1],是指在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网,且在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。

分布式光伏发电系统由太阳电池组件、逆变器等组成。逆变器在光伏发电系统应用中处于核心地位,它的首要任务是将由太阳能电池板接收太阳光后转化出来的直流电转化为家庭和工业能够使用的交流电[2]。只要需要将直流转变为交流的地方都需要逆变器。

1 光伏逆变器的分类

有关逆变器分类的方法很多[3],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,又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。根据逆变器线路原理的不同,还可分为自激振荡型逆变器、

阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。为了便于光电用户选用逆变器,以逆变器适用的场合不同,将逆变器一般分为三种类型:集中型逆变器、单相/三相组串型逆变器和微型逆变器[4]。

1.1 集中型逆变器

集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端,集中型逆变器容量在10 kW～1 MW之间,最大特点是系统的功率高,适用于日照均匀的地面大型光伏电站或大型BAPV,产品成熟度较高,投资成本低廉。

最大功率跟踪点(MPPT)功能为方阵的最大功率点,且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使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而导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。且大量使用直流电缆,需要专业安装和维护,更换困难。紧急状况下拉闸断交流电,逆变器交流输出端电压为零,但是直流输入端电压仍为直流高压。

1.2 单相/三相组串型逆变器

单相/三相组串逆变器是基于模块化概念基础上的,每个光伏组串(1～5 kW)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,已成为现在国际市场上最流行的逆变器。逆变器容量在600 W～10 kW,组件接入形式为组件串。

MPPT功能为组件串的最大功率点,许多大型光伏电厂使用组串逆变器。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工作点与逆变器不匹配的情况,从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本,也增加了系统的可靠性。少量使用直流电缆,投资成本适中,适用于各类型地面光伏电站或BAPV /BIPV,产品成熟度较高,安装简便,更换方便。同时,在组串间引人“主-从”的概念,使得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。

1.3 微型逆变器

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。

微型逆变器容量在1 kW以下,组件接入形式为组件。MPPT功能为组件的最大功率点,遮挡影响低,基本不使用直流电缆,安装简便,更换方便,适用于1 kW以下的光伏系统。紧急状况下拉闸断交流电,微型逆变器交流输出端电压为零,直流输入端电压小于40 V。较安全,且可进行远程监测。目前微型逆变器在建筑光伏系统市场的占有率中,住宅为52%商业楼宇为18.4%。但产品处在示范及应用阶段,投资成

本昂贵。

2 光伏电站如何选择逆变器

分布式光伏电站中,逆变器的选择应结合逆变器的安装环境、逆变器的可靠性、逆变器的效率、逆变器的附加服务与保险等方面来考虑。

2.1 逆变器的安装环境

分布式光伏电站重点针对家庭、工业园区、公共设施、新农村建设等,光伏电站的规模相对来讲不大,一般可选择组串型逆变器或者微型逆变器。

2.2 逆变器的可靠性

逆变器的可靠性主要与产品设计、产品控制、产品测试等环节相关。在选择逆变器时,要选择有可靠性监控、基本测试、异常测试、可靠性试验等生产和质量保障体系的产品。

2.3 逆变器的效率

逆变器的效率与发电量有直接联系,逆变效率越高,损耗的直流电能才越少。越来越多的光伏逆变器的生产厂家将逆变器的效率作为主要技术优势进行研发。

2.4 逆变器的附加服务(售后服务和设计服务)

不同的用户由于装机容量的不同,对应系统中逆变器的容量也会不同,此时就需要进行针对用户专门设计的逆变器,且用户对系统后期运行也很关注,因此在购买逆变器时,最好是选择有售后服务以及设计服务的厂家。

2.5 逆变器的保险

光伏发电系统安装的使用寿命在25年以上,对于业主来说,分布式光伏系统需要20年的收益保障,所以保险问题必须考虑。最好选择返修率低的、有保险的生产厂家所生产的逆变器。

3 结语

组串型逆变器是大型逆变器和微型逆变器的折中,具备最佳的性能价格比。分布式电站的逆变器,最好使用组串型逆变器和微型逆变器相结合的模式,既保证节省一次性投资,同时增大后期的发电收益。几十千瓦到十个兆瓦的分布式电站使用组串型小功率三相逆变器可以提高发电10%～20%,大型地面电站使用组串型小功率三相逆变器可以提高发电电量5%～10%。随着价格的不断降低,组串型三相小功率是未来分布式和大型地面光伏电站的主流产品。

参考文献

[1] 赵争鸣,刘建政，孙晓英，等.太阳能光伏发电及其应用[M].科学出版社,2005.