光伏逆變器(PV inverter或solar inverter)可以將光伏(PV)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(AC)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。

光伏逆變器是光伏陣列系統(tǒng)中重要的系統(tǒng)平衡(BOS)之一,可以配合一般交流供電的設(shè)備使用。太陽能逆變器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。

中文名

光伏逆變器

外文名

PV inverter

別名

電源調(diào)整器

分為

獨(dú)立型電源用和并網(wǎng)用

整流電路

完成整流功能的電路

平衡壓差

蒲微防水透氣閥

分類

太陽能逆變器可以分為以下三類:

獨(dú)立逆變器(Stand-alone inverters):

用在獨(dú)立系統(tǒng),光伏陣列為電池充電,逆變器以電池的直流電壓為能量來源。許多獨(dú)立逆變器也整合了電池充電器,可以用交流電源為電池充電。一般這種逆變器不會(huì)接觸到電網(wǎng),因此也不需要孤島效應(yīng)保護(hù)機(jī)能。

并網(wǎng)逆變器

(Grid-tie inverters):

逆變器的輸出電壓可以回送到商用交流電源,因此輸出弦波需要和電源的相位、頻率及電壓相同。并網(wǎng)逆變器會(huì)有安全設(shè)計(jì),若未連接到電源,會(huì)自動(dòng)關(guān)閉輸出。若電網(wǎng)電源跳電,并網(wǎng)逆變器沒有備存供電的機(jī)能。

備用電池逆變器(Battery backup inverters):

是一種特殊的逆變器,由電池作為其電源,配合其中的電池充電器為電池充電,若有過多的電力,會(huì)回灌到交流電源端。這種逆變器在電網(wǎng)電源跳電時(shí),可以提供交流電源給指定的負(fù)載,因此需要有孤島效應(yīng)保護(hù)機(jī)能。

最大功率點(diǎn)

主條目:最大功率點(diǎn)追蹤

光伏逆變器會(huì)用最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)的技術(shù)來從太陽能板抽取最大可能的功率。太陽能電池的太陽輻照度、溫度及總電阻之間有復(fù)雜的關(guān)系,因此輸出效率會(huì)有非線性的變化,稱為電流-電壓曲線(I-V curve)。最大功率點(diǎn)追蹤的目的就是在各環(huán)境下,針對(duì)太陽能模組的輸出取様,產(chǎn)生一個(gè)(太陽能模組的)負(fù)載電阻來獲得最大的功率。

太陽能電池的形狀因子(Fill factor,簡稱FF)配合其開路電壓(V)及短路電流(I)會(huì)決定太陽能電池的最大功率。形狀因子定義為太陽能電池的最大功率除以V和I乘積后的比值。

最大功率點(diǎn)追蹤有三種不同的算法:擾動(dòng)觀察法(perturb-and-observe)、增量電導(dǎo)法(incremental conductance)及定電壓法(constant voltage),前兩種常會(huì)稱為“爬山法”,這些方法是依照電壓對(duì)功率的曲線,若落在最大功率點(diǎn)的左邊則提高電壓,若落在最大功率點(diǎn)的右邊則降低電壓。

微式光伏

微式光伏逆變器是只配合單一太陽能模組運(yùn)作的光伏逆變器,將太陽能模組的直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源。其設(shè)計(jì)允許以模組的方式由多臺(tái)微式光伏逆變器獨(dú)立并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)。

微式光伏逆變器的優(yōu)點(diǎn)包括可以針對(duì)單一太陽能模組進(jìn)行功率最佳化,各個(gè)模組可以獨(dú)立運(yùn)作,即即用的安裝方式,安裝方式及防火安全上的提升,系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本最低,以及在庫存上也可以降到最低。

2011年美國阿巴拉契亞州立大學(xué)的研究指出,在使用相同太陽能面板的情形下,在未屏蔽的條件下個(gè)別的逆變器會(huì)比只用一臺(tái)逆變器的串接型設(shè)備會(huì)多產(chǎn)生20%的電能,在有屏蔽的條件下,會(huì)多產(chǎn)生27%的電能。

并網(wǎng)逆變器

參見:并網(wǎng)逆變器

太陽能并網(wǎng)逆變器是將電能反饋到電網(wǎng),若電網(wǎng)斷電時(shí),需快速的切斷供電給電網(wǎng)的線路,這是美國國家電氣規(guī)范(NEC)的要求,以確保在斷電時(shí),并網(wǎng)逆變器也會(huì)關(guān)閉,避免傷害維修電網(wǎng)的人員。

目前市面上的并網(wǎng)逆變器有使用許多不同的技術(shù),包括使用較新的高頻變壓器、傳統(tǒng)的工頻變壓器,或是無變壓器的架構(gòu)。高頻變壓器不是直接提供120 V或240 V的AC電源,而是有電腦控制的多步程序,讓電源轉(zhuǎn)換為高頻的交流電,再轉(zhuǎn)換為直流電,最后再轉(zhuǎn)換為電源需要的電壓及頻率。

以往對(duì)于無變壓器,又要供電到電網(wǎng)的系統(tǒng)會(huì)有一些疑慮,主要是因?yàn)樵谥绷麟娐泛徒涣麟娐分g沒有電隔離(galvanic isolation),若直流端故障,會(huì)有大電流流到交流端。不過自2005年起,美國消防協(xié)會(huì)(NFPA)的國家電氣規(guī)范允許無變壓器的逆變器。VDE 0126-1-1及IEC 6210也已允許及定義這類系統(tǒng)需要的安全機(jī)制。首先,需要有殘留電流或是接地電路以檢測異常短路的情形,并且也要進(jìn)行絕緣測試以確認(rèn)直流電路與交流電路之間的分離。

許多太陽能逆變器都是設(shè)計(jì)連接到電網(wǎng),若沒有偵測到電網(wǎng),逆變器不會(huì)運(yùn)作。這類逆變器也有特殊的電路,精確的使輸出電壓的大小、頻率及相位都和電源搭配。

太陽能充電

充電控制器可以用來搭配太陽能板以及用直流電的設(shè)備。充電控制器可以提供穩(wěn)定的直流電源輸出,并將多余的能量儲(chǔ)存在電池中,并且監(jiān)控電池的電量以避免過度充電或是過度放電。若一些較貴的模組還可以支援MPPT。逆變器可以接到太陽能充電控制器的輸出,再由逆變器推動(dòng)交流的負(fù)載。

太陽能泵

主條目:太陽能泵

太陽能泵變頻器可以將太陽能模組產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電去驅(qū)動(dòng)沈水泵,不需要電池或是其他的能量儲(chǔ)存設(shè)備。配合MPPT(最大功率點(diǎn)追蹤),太陽能泵變頻器可以調(diào)節(jié)輸出頻率以控制泵的轉(zhuǎn)速,避免驅(qū)動(dòng)泵的馬達(dá)損壞。

太陽能泵變頻器一般會(huì)有數(shù)個(gè)接口,可以允許太陽能模組陣列提供直流電流,會(huì)有一個(gè)接口輸出交流電壓,也可能會(huì)有接水位感測器輸入的接口。

市場

2014年時(shí),最先進(jìn)的光伏逆變器轉(zhuǎn)換效率可以到98%,其中串接型逆變器(string inverter)會(huì)用到住家或是中型的光伏系統(tǒng),而中央型的逆變器會(huì)用到大型的商用系統(tǒng)甚至電網(wǎng)等級(jí)的市場。中央型逆變器及串接型逆變器的市占率分別為50%及48%,微型逆變器的市占率只有不到2%。

關(guān)聯(lián)條目

??逆變器

??離網(wǎng)