光伏逆變器

　　光伏逆變器是可以將光伏太陽能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電的逆變器，可以反饋回商用輸電系統(tǒng)，或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。

　　其是光伏陣列系統(tǒng)中重要的系統(tǒng)平衡之一，可以配合一般交流供電的設(shè)備使用。它有配合光伏陣列的特殊功能，例如最大功率點(diǎn)追蹤及孤島效應(yīng)保護(hù)的機(jī)能。

簡介

　　通常，把將交流電能變換成直流電能的過程稱為整流，把完成整流功能的電路稱為整流電路，把實(shí)現(xiàn)整流過程的裝置稱為整流設(shè)備或整流器。與之相對應(yīng)，把將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變，把完成逆變功能的電路稱為逆變電路，把實(shí)現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變設(shè)備或逆變器。

　　如上所述，逆變器有多種類型，因此在選擇機(jī)種和容量時(shí)需特別注意。尤其在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器效率的高低是決定太陽電池容量和蓄電池容量大小的重要因素。

工作原理

　　光伏逆變器由升壓回路和逆變橋式回路構(gòu)成，升壓回路主要用于將直流電壓升壓至逆變器輸出所需直流電壓，逆變橋式回路主要用于將升壓后的直流電壓轉(zhuǎn)換為固定頻率的交流電壓。因此，經(jīng)升壓回路和逆變橋式回路完成將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的功能。

發(fā)展

　　2005至2010年，全球光伏逆變器市場規(guī)模由10.7億美元增至71.8億美元，年復(fù)合增長率為46.3%。歐洲、亞太地區(qū)及北美地區(qū)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是光伏逆變器市場增長的主要推動(dòng)力。

　　國內(nèi)光伏逆變器與歐美企業(yè)相比，在價(jià)格、成本方面均有一定的成本優(yōu)勢，比如2012年SMA所銷售逆變器產(chǎn)品的平均價(jià)格和平均成本分別為0.19歐元/W、0.15歐元/W，陽光電源則分別為0.69元/W、0.46元/W。另外隨著太陽能逆變器產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，可觀察到太陽能逆變器出現(xiàn)與模塊品牌或系統(tǒng)品牌結(jié)合的現(xiàn)象。且大廠不斷加強(qiáng)在各地市場布局，不管是透過代理商進(jìn)入市場或在當(dāng)?shù)卦O(shè)工廠。而隨著越來越多競爭者加入太陽能逆變器產(chǎn)業(yè)，預(yù)期制造商與經(jīng)銷商的毛利將逐漸降低?！?014年全球光伏逆變器市場價(jià)格指數(shù)淺析）

　　目前，光伏逆變器產(chǎn)品價(jià)格將進(jìn)入平緩的下降期，預(yù)計(jì)到2014年底將下降至0.4元/W，2015年底將跌破0.4元/瓦，在價(jià)格繼續(xù)下滑的背后，預(yù)計(jì)2014年光伏逆變器收入增長7%至102億美元。

　　據(jù)《2013-2017年全球光伏逆變器行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2007年我國光伏新增裝機(jī)量僅20MW，到2010年國內(nèi)光伏新增裝機(jī)量約520MW，是2009年228MW裝機(jī)量的2倍多。2011年我國新增裝機(jī)量達(dá)到2.9GW，在全球排名第四。

　　前瞻網(wǎng)預(yù)計(jì)，2015年我國光伏逆變器需求量將達(dá)到5.0GW，2020年將達(dá)到10GW。

　　在我國“十一五”期間，諸如逆變器等光伏發(fā)電配套設(shè)備多處在研發(fā)和創(chuàng)新階段，較少受到政策關(guān)注?！笆濉睍r(shí)期，光伏發(fā)電市場的趨勢是向全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，晶硅、組件以外的配套設(shè)備將受到市場與政策的進(jìn)一步關(guān)注，發(fā)改委將逆變器列入指導(dǎo)目錄鼓勵(lì)類，就是這一趨勢的體現(xiàn)。

　　2010年，我國光伏并網(wǎng)容量達(dá)500兆瓦，逆變器市場在5億元左右。目前，“十二五”國內(nèi)的光伏裝機(jī)容量目標(biāo)大幅上調(diào)到10GW，較之前公布的目標(biāo)翻了一番。假設(shè)這些裝機(jī)全部并網(wǎng)，按照1元/瓦造價(jià)計(jì)算，預(yù)計(jì)到2015年，國內(nèi)逆變器市場將達(dá)到100億元。

　　隨著光伏逆變器行業(yè)競爭的不斷加劇，大型光伏逆變器企業(yè)間并購整合與資本運(yùn)作日趨頻繁，國內(nèi)優(yōu)秀的光伏逆變器生產(chǎn)企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特別是對企業(yè)發(fā)展環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正因?yàn)槿绱?，一大批國?nèi)優(yōu)秀的光伏逆變器品牌迅速崛起，逐漸成為光伏逆變器行業(yè)中的翹楚！

　　光伏逆變器是電力電子技術(shù)在太陽能發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用，行業(yè)技術(shù)水平和電力電子器件、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、專用處理器芯片技術(shù)、磁性材料技術(shù)和控制理論技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)。

　　另外，功率等級在200瓦～500瓦的微型逆變器，可方便地在幕墻、窗臺、小型屋面上使用，在最近幾年也成為一個(gè)細(xì)分市場熱點(diǎn)。組串型光伏逆變器單相產(chǎn)品以升壓電路+單相無變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為主；組串型光伏逆變器三相產(chǎn)品以升壓電路+三相三電平無變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為主；電站型光伏逆變器以三相橋式電路拓?fù)錇橹?，同時(shí)包括無變壓器和有變壓器兩類。光伏逆變器重點(diǎn)關(guān)注以下技術(shù)指標(biāo)：高效率：光伏逆變器的轉(zhuǎn)換效率的高低直接影響到太陽能發(fā)電系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)發(fā)電量的多少。

　　根據(jù)產(chǎn)品型號的不同，國際一流品牌的產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)98%以上。長壽命：光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用壽命一般為20年左右，所以要求光伏逆變器的設(shè)計(jì)壽命需要達(dá)到較高水平。高可靠性：光伏逆變器發(fā)生故障將會(huì)導(dǎo)致光伏系統(tǒng)停機(jī)，直接帶來發(fā)電量的損失，所以高可靠性是光伏逆變器的重要技術(shù)指標(biāo)。寬直流電壓工作范圍：因?yàn)閱螇K太陽電池組件的輸出直流電壓比較低，所以在實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)行多塊串聯(lián)，得到一個(gè)較高的直流電壓，再進(jìn)行多組并聯(lián)后輸入到光伏逆變器。由于不同功率、不同電壓的光伏電池、不同的串并聯(lián)方案組合，要求對同一規(guī)格的光伏逆變器能夠適應(yīng)不同的直流電壓輸入。所以，光伏逆變器具有越寬的直流電壓工作范圍，就越能適應(yīng)客戶的實(shí)際應(yīng)用需求。

　　符合電網(wǎng)并網(wǎng)要求：各國電網(wǎng)對于接入電網(wǎng)的設(shè)備都有著嚴(yán)格的技術(shù)要求，包括并網(wǎng)電流諧波、注入電網(wǎng)直流分量、電網(wǎng)過欠壓時(shí)保護(hù)、電網(wǎng)過欠頻時(shí)保護(hù)、孤島保護(hù)等。隨著大量可再生能源發(fā)電設(shè)備的接入，對電網(wǎng)的運(yùn)行、調(diào)度提出了新的挑戰(zhàn)，電網(wǎng)提出了如低電壓穿越、無功補(bǔ)償、儲(chǔ)能等新要求。

行業(yè)情況

　　目前光伏逆變器行業(yè)國際領(lǐng)軍者是德國艾斯瑪（SMA）公司，技術(shù)處在行業(yè)的頂點(diǎn)。國內(nèi)比較有實(shí)力的并網(wǎng)逆變器企業(yè)有：合肥陽光電源、三晶新能源、國家電網(wǎng)許繼集團(tuán)有限公司、中達(dá)電通、山億新能源、北京科諾偉業(yè)、艾索新能源、西安愛科等；而離網(wǎng)逆變器的技術(shù)發(fā)展相對較成熟，國內(nèi)已擁有一批技術(shù)較領(lǐng)先的企業(yè)。

十大光伏逆變器廠商

　　以下為全球十大知名的光伏逆變器廠商。

　　1、SMASolarTechnologyAG

　　SMASolarTechnologyAG是全球領(lǐng)先的專業(yè)逆變器生產(chǎn)供應(yīng)商，成立于1981年，總部位于德國卡塞爾市的Niestetal。

　　2、Power-One

　　Power-One是全球最大的電能轉(zhuǎn)換和電能管理解決方案提供商，同時(shí)也是為數(shù)不多的公司之一，其產(chǎn)品范圍足以支持將民用交流電轉(zhuǎn)化成不同電壓的直流電的各個(gè)環(huán)節(jié)，用以驅(qū)動(dòng)高電能需求的工作場所、系統(tǒng)和不同半導(dǎo)體層面上的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。

　　3.關(guān)于德國KACOKACO新能源公司

　　德國KACOKACO新能源公司是一家專業(yè)制造逆變器的公司，總部位于德國南部城市Neckasulm.公司第一大業(yè)務(wù)是各種光伏逆變器及相關(guān)配件的生產(chǎn)銷售，其次是為鐵路和工廠設(shè)計(jì)安裝能源供應(yīng)系統(tǒng)。

　　4、瑞福索公司

　　瑞福索公司曾經(jīng)被IHSSolar列為2012年度全球第四大逆變器供應(yīng)商，同時(shí)也是該領(lǐng)域成長最快的企業(yè)之一。

　　5、關(guān)于西班牙英赫特安(Ingeteam)

　　英赫特安(Ingeteam)是西班牙一家專注于電氣工程、電子設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和變頻器的世界領(lǐng)先公司。其產(chǎn)品主要集中在四個(gè)方面：能源、工業(yè)、海洋和鐵路牽引。

　　6、關(guān)于合肥陽光(Sungrow)

　　陽光電源股份有限公司是一家專注于太陽能、風(fēng)能等可再生能源電源產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)的國家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)。主要產(chǎn)品有光伏逆變器、風(fēng)能變流器、電力系統(tǒng)電源等。

　　7、關(guān)于ABB

　　ABB集團(tuán)位列全球500強(qiáng)企業(yè)，集團(tuán)總部位于瑞士蘇黎世。ABB由兩個(gè)歷史100多年的國際性企業(yè)瑞典的阿西亞公司(ASEA)和瑞士的布朗勃法瑞公司(BBCBrownBoveri)在1988年合并而成。兩公司分別成立于1883年和1891年。

　　8、關(guān)于美國EnphaseEnergy(微逆變器)

　　EnphaseEnergy成立于2006年，總部位于加州，從事設(shè)計(jì)、開發(fā)和銷售太陽能微逆變器，產(chǎn)品應(yīng)用于住宅和商業(yè)太陽能系統(tǒng)。EnphaseEnergy是全球最知名的微型逆變器廠商，也是全球第一的微型逆變器制造商，該公司于2012年一季度在納斯達(dá)克交易所上市，其在美國市場占有率高達(dá)35%。

　　9、關(guān)于聯(lián)信電源（lianxin）

　　聯(lián)信電源是國內(nèi)知名的電源行業(yè)的高科技企業(yè)，專注于光伏逆變電源、離網(wǎng)逆變電源、應(yīng)急電源等產(chǎn)品的研發(fā)與銷售。總部位于安徽合肥高新技術(shù)開發(fā)區(qū)。

　　10、關(guān)于山億新能源(SamilPower)

　　山億新能源是擁有領(lǐng)先光伏并網(wǎng)逆變技術(shù)的國際化高科技企業(yè)，專業(yè)從事太陽能光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和售后服務(wù)。公司是國際一流的光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品制造商及太陽能并網(wǎng)系統(tǒng)解決方案的供應(yīng)商之一。

結(jié)構(gòu)原理

　　逆變器是一種由半導(dǎo)體器件組成的電力調(diào)整裝置，主要用于把直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力。一般由升壓回路和逆變橋式回路構(gòu)成。升壓回路把太陽電池的直流電壓升壓到逆變器輸出控制所需的直流電壓；逆變橋式回路則把升壓后的直流電壓等價(jià)地轉(zhuǎn)換成常用頻率的交流電壓。逆變器主要由晶體管等開關(guān)元件構(gòu)成，通過有規(guī)則地讓開關(guān)元件重復(fù)開-關(guān)（ON-OFF），使直流輸入變成交流輸出。當(dāng)然，這樣單純地由開和關(guān)回路產(chǎn)生的逆變器輸出波形并不實(shí)用。一般需要采用高頻脈寬調(diào)制（SPWM），使靠近正弦波兩端的電壓寬度變狹，正弦波中央的電壓寬度變寬，并在半周期內(nèi)始終讓開關(guān)元件按一定頻率朝一方向動(dòng)作，這樣形成一個(gè)脈沖波列（擬正弦波）。然后讓脈沖波通過簡單的濾波器形成正弦波。

　　元器件的構(gòu)成：

　　1、電流傳感器

　　光伏逆變器一般采用霍爾電流傳感器來進(jìn)行電流采樣，從小功率到大功率所采用的電流傳感器形式不一，列舉一些例子如下：

　　100KW：檢測電流是300A左右，一般都會(huì)采用JCE308-TS7電流傳感器

　　250KW：檢測電流是500A左右，一般都會(huì)采用JCE508-TS6電流傳感器

　　500KW：檢測電流是1000A左右，一般會(huì)采用JCE1005-FS電流傳感器

　　1MW：檢測電流是2000A左右，一般會(huì)采用JCE2005-FS電流傳感器

　　對于電流傳感器要求精度高、響應(yīng)時(shí)間快，而且耐低溫、高溫等環(huán)境要求，目前國內(nèi)很多廠家都用開環(huán)電流傳感器來取代閉環(huán)電流傳感器，如：JCE1000-AXS、JCE1500-AXS、JCE2000-AXS等

　　2、電流互感器

　　一般采用BRS系列電流互感器，從幾百到幾千A不等，輸出信號一般采用0-5A為標(biāo)準(zhǔn)

　　3、電抗器

分類

　　根據(jù)用途的不同可分為獨(dú)立型電源用逆變器和獨(dú)立型并網(wǎng)用逆變器(根據(jù)變壓器的有無，獨(dú)立型并網(wǎng)用逆變器還可分為變壓器型逆變器和無變壓器型逆變器)。

　　根據(jù)波形調(diào)制方式的不同可分為方波型逆變器、階梯型逆變器、正弦波型逆變器和組合型三相逆變器。

功能

　　逆變器不僅具有直交流變換功能，還具有最大限度地發(fā)揮太陽電池性能的功能和系統(tǒng)故障保護(hù)功能。歸納起來有自動(dòng)運(yùn)行和停機(jī)功能、最大功率跟蹤控制功能、防單獨(dú)運(yùn)行功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、自動(dòng)電壓調(diào)整功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、直流檢測功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）、直流接地檢測功能（并網(wǎng)系統(tǒng)用）。這里簡單介紹自動(dòng)運(yùn)行和停機(jī)功能及最大功率跟蹤控制功能。

　　1、自動(dòng)運(yùn)行和停機(jī)功能

　　早晨日出后，太陽輻射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，太陽電池的輸出也隨之增大，當(dāng)達(dá)到逆變器工作所需的輸出功率后，逆變器即自動(dòng)開始運(yùn)行。進(jìn)入運(yùn)行后，逆變器便時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)視太陽電池組件的輸出，只要太陽電池組件的輸出功率大于逆變器工作所需的輸出功率，逆變器就持續(xù)運(yùn)行；直到日落停機(jī)，即使陰雨天逆變器也能運(yùn)行。當(dāng)太陽電池組件輸出變小，逆變器輸出接近0時(shí)，逆變器便形成待機(jī)狀態(tài)。

　　2、最大功率跟蹤控制功能

　　太陽電池組件的輸出是隨太陽輻射強(qiáng)度和太陽電池組件自身溫度（芯片溫度）而變化的。另外由于太陽電池組件具有電壓隨電流增大而下降的特性，因此存在能獲取最大功率的最佳工作點(diǎn)。太陽輻射強(qiáng)度是變化著的，顯然最佳工作點(diǎn)也是在變化的。相對于這些變化，始終讓太陽電池組件的工作點(diǎn)處于最大功率點(diǎn)，系統(tǒng)始終從太陽電池組件獲取最大功率輸出，這種控制就是最大功率跟蹤控制。太陽能發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器的最大特點(diǎn)就是包括了最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）這一功能。

工作環(huán)境

　　1.光伏逆變器要求具有較高的效率。由于2011年太陽電池的價(jià)格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變器的效率。

　　2.光伏逆變器要求具有較高的可靠性。2012年光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)，許多電站無人值守和維護(hù)，這就要求逆變器具有合理的電路結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格的元器件篩選，并要求逆變器具備各種保護(hù)功能，如輸入直流極性接反保護(hù)，交流輸出短路保護(hù)，過熱、過載保護(hù)等。

　　3.光伏逆變器要求直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍，由于太陽電池的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度而變化，蓄電池雖然對太陽電池的電壓具有重要作用，但由于蓄電池的電壓隨蓄電池剩余容量和內(nèi)阻的變化而波動(dòng)，特別是當(dāng)蓄電池老化時(shí)其端電壓的變化范圍很大，如12V蓄電池，其端電壓可在10V～16V之間變化，這就要求逆變器必須在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作，并保證交流輸出電壓的穩(wěn)定。

　　4.光伏逆變器在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變電源的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，若采用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，高次諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載為通信或儀表設(shè)備，這些設(shè)備對電網(wǎng)品質(zhì)有較高的要求，當(dāng)中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，為避免與公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆變器輸出正弦波電流。

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