光伏逆變器

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

　　其是光伏陣列系統中重要的系統平衡之一，可以配合一般交流供電的設備使用。它有配合光伏陣列的特殊功能，例如最大功率點追蹤及孤島效應保護的機能。

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，把實現整流過程的裝置稱為整流設備或整流器。與之相對應，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，把實現逆變過程的裝置稱為逆變設備或逆變器。

　　如上所述，逆變器有多種類型，因此在選擇機種和容量時需特別注意。尤其在太陽能發電系統中，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換為固定頻率的交流電壓。因此，經升壓回路和逆變橋式回路完成將直流電轉換為交流電的功能。

發展

　　2005至2010年，全球光伏逆變器市場規模由10.7億美元增至71.8億美元，年復合增長率為46.3%。歐洲、亞太地區及北美地區太陽能光伏產業的發展是光伏逆變器市場增長的主要推動力。

　　國內光伏逆變器與歐美企業相比，在價格、成本方面均有一定的成本優勢，比如2012年SMA所銷售逆變器產品的平均價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業不斷發展，可觀察到太陽能逆變器出現與模塊品牌或系統品牌結合的現象。且大廠不斷加強在各地市場布局，不管是透過代理商進入市場或在當地設工廠。而隨著越來越多競爭者加入太陽能逆變器產業，預期制造商與經銷商的毛利將逐漸降低。——（2014年全球光伏逆變器市場價格指數淺析）

　　目前，光伏逆變器產品價格將進入平緩的下降期，預計到2014年底將下降至0.4元/W，2015年底將跌破0.4元/瓦，在價格繼續下滑的背后，預計2014年光伏逆變器收入增長7%至102億美元。

　　據《2013-2017年全球光伏逆變器行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》監測數據顯示，2007年我國光伏新增裝機量僅20MW，到2010年國內光伏新增裝機量約520MW，是2009年228MW裝機量的2倍多。2011年我國新增裝機量達到2.9GW，在全球排名第四。

　　前瞻網預計，2015年我國光伏逆變器需求量將達到5.0GW，2020年將達到10GW。

　　在我國“十一五”期間，諸如逆變器等光伏發電配套設備多處在研發和創新階段，較少受到政策關注。“十二五”時期，光伏發電市場的趨勢是向全產業鏈發展，晶硅、組件以外的配套設備將受到市場與政策的進一步關注，發改委將逆變器列入指導目錄鼓勵類，就是這一趨勢的體現。

　　2010年，我國光伏并網容量達500兆瓦，逆變器市場在5億元左右。目前，“十二五”國內的光伏裝機容量目標大幅上調到10GW，較之前公布的目標翻了一番。假設這些裝機全部并網，按照1元/瓦造價計算，預計到2015年，國內逆變器市場將達到100億元。

　　隨著光伏逆變器行業競爭的不斷加劇，大型光伏逆變器企業間并購整合與資本運作日趨頻繁，國內優秀的光伏逆變器生產企業愈來愈重視對行業市場的研究，特別是對企業發展環境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正因為如此，一大批國內優秀的光伏逆變器品牌迅速崛起，逐漸成為光伏逆變器行業中的翹楚！

　　光伏逆變器是電力電子技術在太陽能發電領域的應用，行業技術水平和電力電子器件、電路拓撲結構、專用處理器芯片技術、磁性材料技術和控制理論技術發展密切相關。

　　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細分市場熱點。組串型光伏逆變器單相產品以升壓電路+單相無變壓器拓撲結構為主；組串型光伏逆變器三相產品以升壓電路+三相三電平無變壓器拓撲結構為主；電站型光伏逆變器以三相橋式電路拓撲為主，同時包括無變壓器和有變壓器兩類。光伏逆變器重點關注以下技術指標：高效率：光伏逆變器的轉換效率的高低直接影響到太陽能發電系統在壽命周期內發電量的多少。

　　根據產品型號的不同，國際一流品牌的產品的轉換效率最高可達98%以上。長壽命：光伏發電系統設計使用壽命一般為20年左右，所以要求光伏逆變器的設計壽命需要達到較高水平。高可靠性：光伏逆變器發生故障將會導致光伏系統停機，直接帶來發電量的損失，所以高可靠性是光伏逆變器的重要技術指標。寬直流電壓工作范圍：因為單塊太陽電池組件的輸出直流電壓比較低，所以在實際應用中需要進行多塊串聯，得到一個較高的直流電壓，再進行多組并聯后輸入到光伏逆變器。由于不同功率、不同電壓的光伏電池、不同的串并聯方案組合，要求對同一規格的光伏逆變器能夠適應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，就越能適應客戶的實際應用需求。

　　符合電網并網要求：各國電網對于接入電網的設備都有著嚴格的技術要求，包括并網電流諧波、注入電網直流分量、電網過欠壓時保護、電網過欠頻時保護、孤島保護等。隨著大量可再生能源發電設備的接入，對電網的運行、調度提出了新的挑戰，電網提出了如低電壓穿越、無功補償、儲能等新要求。

行業情況

　　目前光伏逆變器行業國際領軍者是德國艾斯瑪（SMA）公司，技術處在行業的頂點。國內比較有實力的并網逆變器企業有：合肥陽光電源、三晶新能源、國家電網許繼集團有限公司、中達電通、山億新能源、北京科諾偉業、艾索新能源、西安愛科等；而離網逆變器的技術發展相對較成熟，國內已擁有一批技術較領先的企業。

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是全球領先的專業逆變器生產供應商，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換和電能管理解決方案提供商，同時也是為數不多的公司之一，其產品范圍足以支持將民用交流電轉化成不同電壓的直流電的各個環節，用以驅動高電能需求的工作場所、系統和不同半導體層面上的基礎設施系統。

　　3.關于德國KACOKACO新能源公司

　　德國KACOKACO新能源公司是一家專業制造逆變器的公司，總部位于德國南部城市Neckasulm.公司第一大業務是各種光伏逆變器及相關配件的生產銷售，其次是為鐵路和工廠設計安裝能源供應系統。

　　4、瑞福索公司

　　瑞福索公司曾經被IHSSolar列為2012年度全球第四大逆變器供應商，同時也是該領域成長最快的企業之一。

　　5、關于西班牙英赫特安(Ingeteam)

　　英赫特安(Ingeteam)是西班牙一家專注于電氣工程、電子設備、電動機、發電機和變頻器的世界領先公司。其產品主要集中在四個方面：能源、工業、海洋和鐵路牽引。

　　6、關于合肥陽光(Sungrow)

　　陽光電源股份有限公司是一家專注于太陽能、風能等可再生能源電源產品研發、生產、銷售和服務的國家重點高新技術企業。主要產品有光伏逆變器、風能變流器、電力系統電源等。

　　7、關于ABB

　　ABB集團位列全球500強企業，集團總部位于瑞士蘇黎世。ABB由兩個歷史100多年的國際性企業瑞典的阿西亞公司(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、關于美國EnphaseEnergy(微逆變器)

　　EnphaseEnergy成立于2006年，總部位于加州，從事設計、開發和銷售太陽能微逆變器，產品應用于住宅和商業太陽能系統。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年一季度在納斯達克交易所上市，其在美國市場占有率高達35%。

　　9、關于聯信電源（lianxin）

　　聯信電源是國內知名的電源行業的高科技企業，專注于光伏逆變電源、離網逆變電源、應急電源等產品的研發與銷售。總部位于安徽合肥高新技術開發區。

　　10、關于山億新能源(SamilPower)

　　山億新能源是擁有領先光伏并網逆變技術的國際化高科技企業，專業從事太陽能光伏并網逆變器產品的研發、生產、銷售和售后服務。公司是國際一流的光伏并網逆變器產品制造商及太陽能并網系統解決方案的供應商之一。

結構原理

　　逆變器是一種由半導體器件組成的電力調整裝置，主要用于把直流電力轉換成交流電力。一般由升壓回路和逆變橋式回路構成。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地轉換成常用頻率的交流電壓。逆變器主要由晶體管等開關元件構成，通過有規則地讓開關元件重復開-關（ON-OFF），使直流輸入變成交流輸出。當然，這樣單純地由開和關回路產生的逆變器輸出波形并不實用。一般需要采用高頻脈寬調制（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，并在半周期內始終讓開關元件按一定頻率朝一方向動作，這樣形成一個脈沖波列（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，一般都會采用JCE308-TS7電流傳感器

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

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

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

　　對于電流傳感器要求精度高、響應時間快，而且耐低溫、高溫等環境要求，目前國內很多廠家都用開環電流傳感器來取代閉環電流傳感器，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為標準

　　3、電抗器

分類

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

　　根據波形調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揮太陽電池性能的功能和系統故障保護功能。歸納起來有自動運行和停機功能、最大功率跟蹤控制功能、防單獨運行功能（并網系統用）、自動電壓調整功能（并網系統用）、直流檢測功能（并網系統用）、直流接地檢測功能（并網系統用）。這里簡單介紹自動運行和停機功能及最大功率跟蹤控制功能。

　　1、自動運行和停機功能

　　早晨日出后，太陽輻射強度逐漸增強，太陽電池的輸出也隨之增大，當達到逆變器工作所需的輸出功率后，逆變器即自動開始運行。進入運行后，逆變器便時時刻刻監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，逆變器就持續運行；直到日落停機，即使陰雨天逆變器也能運行。當太陽電池組件輸出變小，逆變器輸出接近0時，逆變器便形成待機狀態。

　　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。太陽輻射強度是變化著的，顯然最佳工作點也是在變化的。相對于這些變化，始終讓太陽電池組件的工作點處于最大功率點，系統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。太陽能發電系統用的逆變器的最大特點就是包括了最大功率點跟蹤（MPPT）這一功能。

工作環境

　　1.光伏逆變器要求具有較高的效率。由于2011年太陽電池的價格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統效率，必須設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年光伏發電系統主要用于邊遠地區，許多電站無人值守和維護，這就要求逆變器具有合理的電路結構，嚴格的元器件篩選，并要求逆變器具備各種保護功能，如輸入直流極性接反保護，交流輸出短路保護，過熱、過載保護等。

　　3.光伏逆變器要求直流輸入電壓有較寬的適應范圍，由于太陽電池的端電壓隨負載和日照強度而變化，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阻的變化而波動，特別是當蓄電池老化時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保證正常工作，并保證交流輸出電壓的穩定。

　　4.光伏逆變器在中、大容量的光伏發電系統中，逆變電源的輸出應為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統中，若采用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，高次諧波將產生附加損耗，許多光伏發電系統的負載為通信或儀表設備，這些設備對電網品質有較高的要求，當中、大容量的光伏發電系統并網運行時，為避免與公共電網的電力污染，也要求逆變器輸出正弦波電流。

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