【科普】光伏逆變器的分類

光伏逆變器是干什么用的?

愛(ài)迪生和特斯拉世紀(jì)大戰(zhàn)的結(jié)果，決定了這個(gè)世界是交流電的世界。除了極其少數(shù)的直流系統(tǒng)，光伏系統(tǒng)的電力傳輸部分和應(yīng)用端部分都是交流的。作為從光伏直流電轉(zhuǎn)化為交流電(DC-AC)的核心器件，光伏逆變器是光伏系統(tǒng)里必不可少的部分。

更何況，光伏逆變器還有另外一個(gè)重要性不亞于DC-AC轉(zhuǎn)換的功能——最高功率點(diǎn)跟蹤MPPT。

如果是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，逆變其還有一個(gè)重要的功能就是調(diào)整交流電的相位、頻率和電壓從而與電網(wǎng)協(xié)調(diào)。

光伏逆變器的分類

根據(jù)規(guī)模和應(yīng)用場(chǎng)景，光伏逆變器一般可分為微型逆變器、組串逆變器、集中逆變器三種。

1微型逆變器

每一個(gè)光伏組件對(duì)應(yīng)一個(gè)微型逆變器。MPPT功能和逆變功能在組件端實(shí)現(xiàn)，一般的功率適用范圍就是主流組件的功率范圍。應(yīng)用的場(chǎng)景主要是小型的戶用系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)單個(gè)組件的優(yōu)化、監(jiān)控、控制，特別是在每個(gè)組件發(fā)電狀況都不一樣的場(chǎng)景下(全年遮擋大于25%、朝向東西南北各不同)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)組件的單獨(dú)優(yōu)化，避免了組件串并聯(lián)導(dǎo)致的木桶原理(整個(gè)系統(tǒng)的性能被單個(gè)問(wèn)題組件拉低);組件級(jí)的監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)維，比如如果某一個(gè)組件出現(xiàn)問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)精確定位、排查、置換;如果某些地區(qū)(比如美國(guó))在緊急情況下對(duì)系統(tǒng)有斷電要求，微型逆變器可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制斷電;二微信逆變器還避免了高直流電壓輸出的危險(xiǎn)。

缺點(diǎn)：每個(gè)組件一個(gè)逆變器，對(duì)應(yīng)的就是元器件的大量增加。造成的結(jié)果就是高成本和高出錯(cuò)率。同時(shí)由于逆變器必須接近組件，所以對(duì)于高空運(yùn)維增加了相當(dāng)?shù)碾y度。一般認(rèn)為，小于3-5千瓦的系統(tǒng)，微型逆變器具有優(yōu)勢(shì)，大于這個(gè)規(guī)模，微型逆變器就讓位于組串逆變器了。

2組串逆變器

每一個(gè)光伏組件組串對(duì)應(yīng)一個(gè)組串逆變器。MPPT功能和逆變功能在組串端實(shí)現(xiàn)，一般的功率范圍在千瓦到數(shù)十千瓦之間。一般的應(yīng)用場(chǎng)景是中小型戶用和商用系統(tǒng)，大致上從數(shù)千瓦到幾個(gè)兆瓦之間都比較適用。

優(yōu)點(diǎn)：不管是儲(chǔ)能系統(tǒng)，還是并網(wǎng)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)只需要跟一個(gè)逆變器對(duì)話溝通，避免了多頭通訊的煩惱，這就是組串逆變器的優(yōu)勢(shì)。相位、頻率、電壓和電網(wǎng)的協(xié)調(diào)是組串逆變器的拿手好戲。元器件的數(shù)量較少、運(yùn)維在地面上操作，這些都是和微信逆變器相比的優(yōu)勢(shì)。

缺點(diǎn)：沒(méi)有辦法進(jìn)行精細(xì)的針對(duì)組件的優(yōu)化、監(jiān)控和控制，面對(duì)復(fù)雜的地形和遮光略顯無(wú)能。

針對(duì)組串逆變器和微信逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)，新近細(xì)分市場(chǎng)的熱點(diǎn)是組件優(yōu)化器+組串逆變器的組合，也即是說(shuō)，MPPT功能在組件端實(shí)現(xiàn)，逆變功能在組串端實(shí)現(xiàn)。這種方案成本和功能豐富的程度介于微型逆變器和組串逆變器之間。

3集中逆變器

逆變器中的巨無(wú)霸，一般的功率范圍在百千瓦到兆瓦級(jí)別。對(duì)應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景為事業(yè)級(jí)和大型商用級(jí)光伏電站，規(guī)模一般為兆瓦級(jí)以上。一般是光伏組串并聯(lián)以后再輸入到集中逆變器。

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于大系統(tǒng)，集中式逆變器數(shù)量最少，所以對(duì)應(yīng)的成本最低。直接和輸變電系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接，和大型電站的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)集成，對(duì)電網(wǎng)最為友好。

缺點(diǎn)：集中式一聽(tīng)名字就知道，這種設(shè)計(jì)缺乏在小范圍內(nèi)的控制。由于大量的光伏組串經(jīng)過(guò)并聯(lián)以后接入一個(gè)MPPT，基本上對(duì)于組件范圍，甚至組串范圍內(nèi)的輸出就沒(méi)有什么控制能力了。特別值得注意的是這種巨無(wú)霸的大型光伏電站，攤得開(kāi)，從氣象的角度夸張一點(diǎn)有可能是“東邊日出西邊雨”，所以電站局域部分的發(fā)電狀況可能相差極大。這種情況下，集中逆變器就會(huì)稍顯無(wú)力，可能需要從電站拓?fù)涞慕嵌葋?lái)尋求補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案，減少不穩(wěn)定的因素。

結(jié)束語(yǔ)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，光伏系統(tǒng)各個(gè)單元造成的各種故障報(bào)錯(cuò)造成的發(fā)電損失，幾乎能夠占到正常發(fā)電的1%。逆變器作為電力電子設(shè)備，注定了不能像光伏組件這么皮實(shí)。故障率基本上可以占到整個(gè)電站故障的40%以上，而故障造成的發(fā)電量損失可以占到整體損失的35%以上。

所以選擇高質(zhì)量的、正確種類的逆變器，是實(shí)現(xiàn)電站高收益的關(guān)鍵。沒(méi)有一種適用于各種狀況的逆變器。選擇什么樣的逆變器，一定要仔細(xì)分析實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景。