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【科普】光伏逆變器的分類

時間:2022-06-11

  光伏逆變器是干什么用的?

  愛迪生和特斯拉世紀大戰(zhàn)的結(jié)果,決定了這個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重要性不亞于DC-AC轉(zhuǎn)換的功能——**功率點跟蹤MPPT。


  如果是并網(wǎng)光伏系統(tǒng),逆變其還有一個重要的功能就是調(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)模和應用場景,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


  每一個光伏組件對應一個微型逆變器。MPPT功能和逆變功能在組件端實現(xiàn),一般的功率適用范圍就是主流組件的功率范圍。應用的場景主要是小型的戶用系統(tǒng)。


  優(yōu)點:優(yōu)點在于對單個組件的優(yōu)化、監(jiān)控、控制,特別是在每個組件發(fā)電狀況都不一樣的場景下(全年遮擋大于25%、朝向東西南北各不同),可以實現(xiàn)對每個組件的單獨優(yōu)化,避免了組件串并聯(lián)導致的木桶原理(整個系統(tǒng)的性能被單個問題組件拉低);組件級的監(jiān)控可以實現(xiàn)**運維,比如如果某一個組件出現(xiàn)問題,可以實現(xiàn)**定位、排查、置換;如果某些地區(qū)(比如美國)在緊急情況下對系統(tǒng)有斷電要求,微型逆變器可以實現(xiàn)單獨控制斷電;二微信逆變器還避免了高直流電壓輸出的危險。


  缺點:每個組件一個逆變器,對應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率。同時由于逆變器必須接近組件,所以對于高空運維增加了相當?shù)碾y度。一般認為,小于3-5千瓦的系統(tǒng),微型逆變器具有優(yōu)勢,大于這個規(guī)模,微型逆變器就讓位于組串逆變器了。


  2組串逆變器


  每一個光伏組件組串對應一個組串逆變器。MPPT功能和逆變功能在組串端實現(xiàn),一般的功率范圍在千瓦到數(shù)十千瓦之間。一般的應用場景是中小型戶用和商用系統(tǒng),大致上從數(shù)千瓦到幾個兆瓦之間都比較適用。


  優(yōu)點:不管是儲能系統(tǒng),還是并網(wǎng)系統(tǒng),這些系統(tǒng)只需要跟一個逆變器對話溝通,避免了多頭通訊的煩惱,這就是組串逆變器的優(yōu)勢。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、運維在地面上操作,這些都是和微信逆變器相比的優(yōu)勢。


  缺點:沒有辦法進行精細的針對組件的優(yōu)化、監(jiān)控和控制,面對復雜的地形和遮光略顯無能。


  針對組串逆變器和微信逆變器的優(yōu)缺點,新近細分市場的熱點是組件優(yōu)化器+組串逆變器的組合,也即是說,MPPT功能在組件端實現(xiàn),逆變功能在組串端實現(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


  逆變器中的巨無霸,一般的功率范圍在百千瓦到兆瓦級別。對應的應用場景為事業(yè)級和大型商用級光伏電站,規(guī)模一般為兆瓦級以上。一般是光伏組串并聯(lián)以后再輸入到集中逆變器。


  優(yōu)點:對于大系統(tǒng),集中式逆變器數(shù)量最少,所以對應的成本**。直接和輸變電系統(tǒng)無縫對接,和大型電站的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)集成,對電網(wǎng)最為友好。


  缺點:集中式一聽名字就知道,這種設(shè)計缺乏在小范圍內(nèi)的控制。由于大量的光伏組串經(jīng)過并聯(lián)以后接入一個MPPT,基本上對于組件范圍,甚至組串范圍內(nèi)的輸出就沒有什么控制能力了。特別值得注意的是這種巨無霸的大型光伏電站,攤得開,從氣象的角度夸張一點有可能是“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,集中逆變器就會稍顯無力,可能需要從電站拓撲的角度來尋求補償?shù)慕鉀Q方案,減少不穩(wěn)定的因素。


  結(jié)束語


  據(jù)統(tǒng)計,光伏系統(tǒng)各個單元造成的各種故障報錯造成的發(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。故障率基本上可以占到整個電站故障的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,是實現(xiàn)電站高收益的關(guān)鍵。沒有一種適用于各種狀況的逆變器。選擇什么樣的逆變器,一定要仔細分析實際的應用場景。






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