什么是光伏并网逆变器逆变器,为什么要逆变

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光伏逆变器行业流行误区
误区1,是不是组串逆变器可以适应所有应用场景?
&因地制宜、科学设计&是阳光电源提出的光伏电站设计及逆变器选型的理念,已经深入人心。站在客户角度,为了客户价值最大化,针对不同应用场景应该选择不同类型的逆变器。例如,对于大型地面电站推荐集中式逆变器;对于山丘电站推荐多路MPPT集中式逆变器,部分容量小、复杂地形的电站使用组串式;对于工商业屋顶推荐使用组串式逆变器;对于户用屋顶推荐使用单相组串逆变器。
道理也很简单,一种药治一种病,如果一种药治能治百病,工商局和药监局要会找这个厂家谈话。
误区2,是不是只有组串逆变器才能监控组串的资讯?
光伏组串检测或元件检测这个功能,可以集成在逆变器、智慧汇流箱或者其它单独的设备。在组串解决方案中,组串逆变器集成了组串检测功能,具有管理组串的能力。集中式逆变器解决方案则是通过智慧汇流箱实现组串检测功能,同样具有管理组串管理的能力。组串式方案没有直流汇流箱,但是必须配置交流汇流箱(这点经常会被某些逆变器厂家选择性遗忘)。相对组串式方案,集中式方案成本约低0.2元/W,两种方案发电量持平。这个结论已经在多个对比电站中被反复验证。
误区3,是不是客户只关注初始投资?
LCOE(光伏系统生命周期内平均化度电成本)是光伏电站系统设计、设备选型的最核心的优化目标,也是驱动行业向前健康发展的力量。理性的业主,不仅仅只考虑初始投资,而是关注整个生命周期的度电成本。当前市场已经不是&金太阳&,&特许权&招标时代的市场,客户已经积累了大量的经验,电站设计日趋理性和精细化,客户会更加重视自己的每一分投入。
举个例子,在光伏系统优化设计时,过去的光伏系统元件容量与逆变器容量的配比通常是(1:1),(1:1)配比是否是最优的呢?在以LCOE为目标优化设计时,发现(1:1)并不是最优的配比,而最优的配比可能是(1.2:1),或者是(1.3:1)等等。在当下的实际应用中,已经发现越来越多的电站在使用(1.1:1)的配比。我接触到很多客户,包括业主、投资人、设计院都已经非常重视投资收益率的问题,追求更低的LCOE,客户也是在不断进步中,不能用老眼观看待我们亲爱的客户。
可以参考一个基本的大逻辑,相对于组串式方案,集中式方案投资成本低,收益持平,那么集中式方案LCOE相对更低。
误区4,是不是逆变器效率做到更高已经没有意义?
前面提到,驱动行业向前发展的动力之一是追求更低的LCOE。为了达到更低的LCOE,一是要降低成本,二是要提高发电量收益。当前光伏行业各个产业链,包括元件厂家和逆变器厂家都在不遗余力地在这两个方面做努力。为了提高收益,从系统层面看,需要优化系统设计,从设备层面看需要提高各部件的效率。光伏组件效率提升0.1%的背后是无数汗水和无数的微创新,同样的道理也适用于逆变器。逆变器效率每提高0.1个百分点,背后都隐含着研发人员大量努力的工作,需在在研发、测试等各个环节进行各种技术攻关,代表着当前行业内最高水准的99%效率来之不易。其目的是可以把功率密度做得更大,温升做得更小,寿命更长;还是希望进一步提升投资者的发电量收益。说提高逆变器的效率不重要是对客户不负责任的一种误导,引发这个误区的人完全是酸葡萄心理。
误区5,是不是提升逆变器的性能时都不考虑可靠性?
逆变器属于工业品,具有生产力特性,能说明客户获得收益。所有逆变器创新活动,都一个隐性前提条件,那就是产品必须可靠、安全,这样的企业才具有可持续发展的前提,请一定要注意这个前提。提升逆变器的性能,尤其是效率,需要多方面的创新和努力,其中使用高效功率器件也是手段之一。逆变器的发展与功率器件的发展是相互促进的。SiC器件比IGBT或MOSFET具有优越性。SiC器件是已经大批量量产的成熟产品,并且已经批量化使用。如果SiC器件不是成熟产品,全球所有做SiC器件的厂家可能都要倒闭,SiC供应商应该不会这么傻,只干一票就跑路了,做一个可持续发展的企业是所有有正常思维的企业家的梦想。SiC的应用已经是潮流,行业发展和技术发展是不会开倒车的。过于担忧SiC器件的可靠性犹如杞人忧天。
误区6,是不是无熔丝的组串逆变器就是安全的?
逆变器直流侧熔丝对于保护逆变器、保护元件、保护整个电站系统的安全是非常有必要的。如果把熔丝这种器件的功能全部否定,如果熔丝没有用,这个器件就可以从世界上消失了,做熔丝的厂家可能就要倒闭了。这是一种因噎废食的误导。
市场上有这样一种组串逆变器,具有3路MPPT,每路MPPT有2个组串。其有两种工作模式,第一种是升压电路工作,六路组串在直流母线不会并联模式,第二种是升压电路旁路后,六路组串会在直流母线处并联模式。如果没有直流侧熔丝,在这两种模式下,都会存在安全隐患。第一种模式,当其中一路组串短路时,虽然不会来自其它四路元件的大电流反灌,但是会来自直流母线电容上的大电流,依然可能会瞬间烧毁端子、线缆,或者因为长时间过流、发热、起火。第二种模式,当组串电压较高并且电压接近相等时,六路组串会在直流母线处并联起来,这时当有一个组串短路时,会来自其它五路组串和直流母线大电流的双重冲击,烧毁设备。
光伏系统中拉弧现象,主因是接线端子没有拧紧,或者是电缆破损等原因,而不是来自熔丝。解决拉弧问题的主要手段是在逆变器或汇流箱中,增加防拉弧监测装置,这也是UL-1699B标准所要求的。
直流侧的安全十分重要,除了熔断器外,防雷保护设计也十分关键,部分厂家为了降低成本,采用压敏电阻式的板级防雷设计,保护能力差,且一旦防雷动作后,需要整机更换,无形中增加了用户的使用成本。
如果每路MPPT都只有两路组串,大大降低了组串配置的灵活性。例如不能使得元件功率和逆变器功率做到最优配置,导致元件功率少配或过配。
误区7,是不是逆变器功率越做越大是逆潮流?
能满足需求的、可以给客户带来更多价值、更多收益的发展趋势就是潮流。考察下2.5MW逆变器和1MW逆变器在电站中使用,哪个更有优势。我们做了测算,结果是使用2.5MW逆变器相比使用1MW,100MW电站可节约投资约1000万, 相当于节省0.1元/W投资 ,同时发电量提升了约1%。为什么呢,(1)因为功率大了后,单位成本降低;(2)逆变器功率的加大,不是简单的功率的提升,在提高功率的同时做了很多技术创新,给客户提供更多的价值,例如功率密度也增加,占地面积相对更小,相对单位重量轻,维护成本也降低,这也是当今欧美光伏发达地区,2MW以上解决方案是大型电站主流解决方案的原因。
误区8,组串逆变器是不是无风扇更好?
有小孩子的家庭应该都经历过,小孩发烧时,家长非常担心,为了更好的保持大脑散热通常会用热毛巾擦拭或者用降温贴贴在脑门和动脉上。如果不采用这种物理法进行辅助降温,小孩的大脑有可能因为高烧而造成永久伤害。
组串逆变器适合应用于工商业屋顶等分布式光伏电站。这种电站的主要特点是高温,而不是风沙,因此逆变器设计时散热是主要考量因素。在烈日炎炎的夏季,屋顶地面附近温度达到60℃以上,组串逆变器面临内部功率损耗带来的热量及外部烘烤。如果有外部风扇的组串逆变器,风扇加速了逆变器散热,以保证逆变器正常工作,同时可以保证内部元器件温度尽可能低,不至于由于内部器件长时间工作在高温下而缩短了使用寿命。而没有外部风扇的组串逆变器,在高温环境下,虽然短时间能工作,但是由于过高的内部温度,产品的可靠性和稳定性存在问题,寿命也是大打折扣的。
经过测试,某厂家无风扇的组串逆变器内部温度比有风扇的组串逆变器温度高10℃,根据寿命评估算法,温度升高10℃,寿命将会缩短一半。同时高温时还存在降功率运行的问题,严重影响用户收益。
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光伏逆变器的结构原理及其分类
来源:网络整理 作者:日 15:07
[导读] 逆变器又称电源调整器,根据逆变器在光伏发电系统中的用途可分为独立型电源用和并网用二种。根据波形调制方式又可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波逆变器和组合式三相逆变器。对于用于并网系统的逆变器,根据有无变压器又可分为变压器型逆变器和无变变压器型逆变器。
  逆变器又称电源调整器,根据逆变器在光伏发电系统中的用途可分为独立型电源用和并网用二种。根据波形调制方式又可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波逆变器和组合式三相逆变器。对于用于并网系统的逆变器,根据有无变压器又可分为变压器型逆变器和无变变压器型逆变器。
  通常,把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流,把完成整流功能的电路称为整流电路,把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应,把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变,把完成逆变功能的电路称为逆变电路,把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。如上所述,逆变器有多种类型,因此在选择机种和容量时需特别注意。尤其在太阳能发电系统中,逆变器效率的高低是决定太阳能电池容量和蓄电池容量大小的重要因素。。
  光伏逆变器工作原理
  逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置,主要用于把直流电力转换成交流电力。一般由升压回路和逆变桥式回路构成。升压回路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压;逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。逆变器主要由晶体管等开关元件构成,通过有规则地让开关元件重复开-关(ON-OFF),使直流输入变成交流输出。当然,这样单纯地由开和关回路产生的逆变器输出波形并不实用。一般需要采用高频脉宽调制(SPWM),使靠近正弦波两端的电压宽度变狭,正弦波中央的电压宽度变宽,并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作,这样形成一个脉冲波列(拟正弦波)。然后让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波。
  光伏逆变器的元件构成
  1、电流传感器
  光伏逆变器一般采用霍尔电流传感器来进行电流采样,从小功率到大功率所采用的电流传感器形式不一,列举一些例子如下:
  100KW:检测电流是300A左右,一般都会采用JCE308-TS7电流传感器
  250KW:检测电流是500A左右,一般都会采用JCE508-TS6电流传感器
  500KW:检测电流是1000A左右,一般会采用JCE1005-FS电流传感器
  1MW:检测电流是2000A左右,一般会采用JCE2005-FS电流传感器
  对于电流传感器要求精度高、响应时间快,而且耐低温、高温等环境要求
  2、电流互感器
  一般采用BRS系列电流互感器,从几百到几千A不等,输出信号一般采用0-5A为标准
  3、电抗器
  光伏逆变器的分类
  光伏逆变器有多种不同的分类方式,根据用途的不同可分为独立型电源用逆变器和独立型并网用逆变器(根据变压器的有无,独立型并网用逆变器还可分为变压器型逆变器和无变压器型逆变器)。根据波形调制方式的不同可分为方波型逆变器、阶梯型逆变器、正弦波型逆变器和组合型三相逆变器。
  1.方波逆变器
  此逆变器输出的电压波形为方波,逆变器线路简单,价格便宜,实现较为容易。缺点是方波电压中含有大量的高次谐波成分,在负载中会产生附加的损耗,并对通信等设备产生较大的干扰,需要外加额外的滤波器。此类逆变器多见于早期,设计功率不超过几百瓦的小容量逆变器。
  2.阶梯波逆变器
  阶梯波逆变器输出的电压波形为阶梯波形,阶梯波逆变器的优点是输出波形接近正弦波,比方波有明显的改善,高次谐波含量减少。当阶梯波的阶梯达到16个以上f付,输出的波形为准正弦波,整机效率较高。但此逆变器往往需要多组直流电源供电,需要的功率开关管也较多,给光伏阵列分组和蓄电池分组带来不便。
  3.正弦波PWM逆变器
  正弦波逆变器的优点是输出波形基本为正弦波,在负载中只有很少的谐波损耗,对通信设备干扰小,整机效率高。缺点是设备复杂、价格高。随着电力电子技术的进步,脉宽调制技术的普及,大容量PWM型正弦波逆变器逐渐成为逆变器的主流产品。以典型的单相全桥式逆变器为例,四个对角的开关功率管以每个对角线的二个开关管为一组,依次导通和关断,在负载二端就产生交替的正负电压,形成交流输出。当此交替导通的频率与负载所需的交流频率相同时,其输出的电压就为方波电压。当开关管以比逆变交流输出电压高许多的频率开关,且每次开关的脉宽按照正弦波的幅值调制时,就变成了正弦波脉宽调制输出的逆变器,加滤波器后其输出的电压波形就是正弦波输出逆变器。
  PWM型逆变器广泛使用功率场效应管(Power MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管
  (IGBT)、可关断型晶闸管(GTO)等作为开关管,而控制部分使用专用型PWM开关集成电路以及带有PWM输出的DSP和单片机芯片。构成一台实用型逆变器需要主功率电路、控制电路和辅助电路(如保护、测量和监控等)。其逆变过程为:光伏阵列或蓄电池输出的直流电进人逆变器直流母线,经开关电路(如桥式电路)将直流电变成正反方向输出的、脉宽为正弦调制的交流脉冲波,此脉宽调制的交流电压经滤波电路变成正弦交流电压输出,如需要升压则外接升压变压器,再经输电线路将交流电力送往负载。PWM调制输出信号频率称作逆变器的调制频率或开关频率,它一般是逆变器输出交流基波频率的十几倍、几十倍到上百倍。典型的逆变器交流输出频率为50Hz,逆变器开关频率可以儿百到儿十千赫。PWM调制的开关频率愈高,则逆变器输出波形谐波愈小,但开关过程带来的功率损耗则愈大,要权衡选取开关管PWM调制的开关频率。
  逆变器输出所接的滤波器通常为低通滤波器,由电感器和电容器构成T型低通滤波形式。滤波器的设计要考虑滤波能力也要考虑可能带来的电磁谐振。逆变器按输出类型,又分为电压型逆变器和电流型逆变器。
  4.变颇器
  变频器是由三相整流器、电压源的无源逆变器和控制器构成,由于光伏发电系统所发电力为直流的特殊性,光伏变频器不需要三相整流器,而直接将变频器的直流母线接到光伏发电系统的直流母线上。鉴于光伏电力受光照的自然环境影响较大,直流母线一般要加蓄电池来稳定变频器的运行;在变频器控制端子要加弱电控制信号,不停地调节变频器的设定频率,改变变频器输出功率,以达到与光伏阵列最大功率点跟踪的目的。变频器作为可调节性负载要与光伏阵列的MPPT联合控制,在光伏发电系统中,电动机类动力性负荷尽量配合使用变频器,以减少电动机启动电流的冲击,并可以灵活调节电动机负荷。
  逆变器作为光伏发电的重要组成部分,主要的作用是将光伏组件发出的直流电转变成交流电。目前,市面上常见的逆变器主要分为集中式逆变器与组串式逆变器,还有新潮的集散式逆变器。
  1、集中式逆变器
  集中式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电汇总转变为交流电后进行升压、并网。因此,逆变器的功率都相对较大。光伏电站中一般采用500kW以上的集中式逆变器。
  集中式逆变器的优点如下:
  (1)功率大,数量少,便于管理;元器件少,稳定性好,便于维护;
  (2)谐波含量少,电能质量高;保护功能齐全,安全性高;
  (3)有功率因素调节功能和低电压穿越功能,电网调节性好。
  集中式逆变器存在如下问题:
  (1)集中式逆变器MPPT电压范围较窄,不能监控到每一路组件的运行情况,因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点,组件配置不灵活;
  (2)集中式逆变器占地面积大,需要专用的机房,安装不灵活;
  (3)自身耗电以及机房通风散热耗电量大。
  2、组串式逆变器
  组串式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电直接转变为交流电汇总后升压、并网。因此,逆变器的功率都相对较小。光伏电站中一般采用50kW以下的组串式逆变器。
  组串式逆变器优点:
  (1)不受组串间模块差异,和阴影遮挡的影响,同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况,最大程度增加了发电量;
  (2)MPPT电压范围宽,组件配置更加灵活;在阴雨天,雾气多的部区,发电时间长;
  (3)体积较小,占地面积小,无需专用机房,安装灵活;
  (4)自耗电低、故障影响小。
  组串式逆变器存在问题:
  (1)功率器件电气间隙小,不适合高海拔地区;元器件较多,集成在一起,稳定性稍差;
  (2)户外型安装,风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化;
  (3)逆变器数量多,总故障率会升高,系统监控难度大;
  (4)不带隔离变压器设计,电气安全性稍差,不适合薄膜组件负极接地系统。
  3、集散式逆变器
  集散式逆变器是近两年来新提出的一种逆变器形式,其主要特点是&集中逆变&和&分散MPPT跟踪&。集散式逆变器是聚集了集中式逆变器和组串式逆变器两种逆变器优点的产物,达到了&集中式逆变器的低成本,组串式逆变器的高发电量&。
  集散式逆变器优点:
  (1)与集中式对比,&分散MPPT跟踪&减小了失配的几率,提升了发电量;
  (2)与集中式及组串式对比,集散式逆变器具有升压功能,降低了线损;
  (3)与组串式对比,&集中逆变&在建设成本方面更具优势。
  集散式逆变器问题;
  (1)工程经验少。较前两类而言,尚属新形式,在工程项目方面的应用相对较少;
  (2)安全性、稳定性以及高发电量等特性还需要经历工程项目的检验;
  (3)因为采用&集中逆变&,因此,占地面积大,需专用机房的缺点也存在于集散式逆变器中。
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光伏发电中为什么要用光伏逆变器才能行?
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  太阳能发电是节能环保新领域,是全球都在热推的项目,演变成了光伏发电,目前在国内分布式光伏发电成了很多家庭的养老投资项目,但是还是由很多人对光伏发电中的一些配件不是很了解,比如光伏逆变器,很多初涉这个行业的工程商都还不知道在太阳能光伏发电中为什么要用光伏&
  太阳能发电是节能环保新领域,是全球都在热推的项目,演变成了光伏发电,目前在国内分布式光伏发电成了很多家庭的养老投资项目,但是还是由很多人对光伏发电中的一些配件不是很了解,比如光伏逆变器,很多初涉这个行业的工程商都还不知道在太阳能光伏发电中为什么要用光伏逆变器,今天小编就带大家一起进行基础知识学习!
  太阳能光伏发电中为什么要用光伏逆变器?
  太阳能光伏发电原理是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。而整个过程我们称之为光伏发电系统,光伏发电系统是由太阳能电池方阵,蓄电池组,充放电控制器,光伏逆变器,交流配电柜,太阳跟踪控制系统等设备组成。
  光伏逆变器在其中起到的作用
  光伏逆变器是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源,
而负载是交流负载时,逆变器是必不可少的。光伏逆变器按运行方式,可分为独立运行的光伏逆变器和光伏并网逆变器。独立运行光伏逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统,为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。太阳电池在阳光照射下产生直流电,然而以直流电形式供电的系统有很大的局限性。例如:日光灯、电视机、电冰箱、电风扇等均不能直接用直流电源供电,绝大多数电动机械也是如此。此外,当供电系统需要升高电压或降低电压时,交流系统只需加一个变压器即可,而在直流系统中升降电压的技术就要复杂得多了。因此,除直接使用直流电源的通信、气象等特殊用户外,在供应生产生活用电的光伏发电系统中都需要配备光伏逆变器。
  光伏逆变器在整个光伏发电系统中是核心的存在,它不仅可以让光伏发电正常运行,也能实时监控这个光伏发电站的工作状态,为后期的维护工作带来了便利!
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