光伏逆變器種類及其優缺點介紹

光伏逆變器專用于太陽能光伏發電領域的逆變器，是光伏系統中不可缺少的核心部件，其最大的作用在于將太陽能電池產生的直流電通過電力電子變換技術轉換為能夠直接并入電網、負載的交流能量。

并網逆變器作為光伏電池與電網的接口裝置，將光伏電池的電能轉換成交流電能并傳輸到電網上，在光伏并網發電系統中起著至關重要的作用，為了實現最佳方式的太陽能轉換，這勢必要求逆變器多樣化，這是由于建筑的多樣性導致太陽能電池板安裝的多樣性，同時為了使太陽能的轉換效率最高同時又兼顧建筑的外形美觀的緣故。

目前通用的太陽能逆變方式為：集中逆變器、組串逆變器，多組串逆變器和組件逆變 （微型逆變器）。

集中逆變器

集中逆變器設備功率在5OKW到630KW之間，系統拓撲結構采用DC-A C 一級電力電子器件變換全橋逆變，工頻隔離變壓器的方式，防護等級一般為IP 20。體積較大，室內立式安裝。

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一般用與大型光伏發電站（＞10kW）的系統中，大量并行的光伏組串被連到同一臺集中逆變器的直流輸入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模塊，功率較小的使用場效應晶體管，同時使用DSP轉換控制器來改善所產出電能的質量，讓它非常接近于正弦波電流。

其最大特點是系統的功率高，成本低。但由于不同光伏組串的輸出電壓、電流往往不完全匹配（特別是光伏組串因多云、樹蔭、污漬等原因被部分遮擋時），采用集中逆變的方式會導致逆變過程的效率降低和電戶能的下降。

同時整個光伏系統的發電可靠性受某一光伏單元組工作狀態不良的影響。最新的研究方向是運用空間矢量的調制控制以及開發新的逆變器的拓撲連接，以獲得部分負載情況下的高效率。

組串逆變器

組串逆變器已成為目前國際市場上最流行的逆變器。其是基于模塊化概念基礎上的，每個光伏組串（QkW-5kW）通過一個逆變器，在直流端具有最大功率峰值跟蹤，在交流端并聯并網。

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很多大型光伏電廠都使用的是組串逆變器。其優點是不受組串間模塊差異和遮影的影響，同時減少了光伏組件最佳點與逆變器不匹配的情況，從而增加了發電量。技術上的優勢不僅降低了系統成本，也增加了系統的可靠性。

同時，在組串間引入"主-從”的概念，使得在系統在單串電能不能使單個逆變器工作的情況下,將幾組光伏組串聯系在一起， 讓其中一個或幾個工作，從而產出更多的電能。

多組串逆變

多組串逆變是取了集中逆變和組串逆變的優點，避免了其缺點，可應用于幾千瓦的光伏發電站。其功率一般小于30KW ,功率開關管采用小電流的MOS FET,拓撲結構采用 DC -DC-BOOST升壓和DC-AC全橋逆變兩級電力電子器件變換，防護等級一般為IP65。

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體積較小，可室外臂掛式安裝。在多組串逆變器中，包含了不同的單獨的功率峰值跟蹤和直流到直流的轉換器,這些直流通過一個普通的直流到交流的逆變器轉換成交流電，并網到電網上。

光伏組串的不同額定值（如：不同的額定功率、每組串不同的組件數、組件的不同的生產廠家等等）、不同的尺寸或不同技術的光伏組件、不同方向的組串（如：東、南和西）、不同的傾角或遮影，都可以被連在一個共同的逆變器上，同時每一組串都工作在它們各自的最大功率峰值上。

同時，直流電纜的長度減少、將組串間的遮影影響和由于組串間的差異而引起的損失減到最小。

微型逆變器

在傳統的PV系統中，每一路組串型逆變器的直流輸入端，會由10塊左右光伏電池板串聯接入。當10塊串聯的電池板中，若有一塊不能良好工作，則這一串都會受到影響。

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若逆變器多路輸入使用同一個MPPT ，那么各路輸入也都會受到影響，大幅降低發電效率。 在實際應用中，云彩，樹木，煙囪，動物，灰塵，冰雪等各種遮擋因素都會引起上述因素，情況非常普遍。

而在微型逆變器的PV系統中，每一塊電池板分別接入一臺微型逆變器，當電池板中有一塊不能良好工作，則只有這一塊都會受到影響。其他光伏板都將在最佳工作狀態運行，使得系統總體效率更高，發電量更大。

在實際應用中，若組串型逆變器出現故障，則會引起幾千瓦的電池板不能發揮作用，而微型逆變器故障造成的影響相當之小。

微型逆變器是將每個光伏組件與一個逆變器相連，同時每個組件有一個單獨的最大功率峰值跟蹤，這樣組件與逆變器的配合更好。通常用于50W到400W的光伏發電站，總效率低于組串逆變器。這是因為是在交流處并聯，這就增加了交流側的連線的復雜性，維護困難。

另一需要解決的問題是怎樣能更有效的與電網并網，最直接簡單的方法是直接通過普通的交流電插座進行并網，這樣可減少成本和設備的安裝,但往往各地的電網的安全標準可能不允許這樣做，電力公司也極有可能反對發電裝置直接和普通家庭用戶的普通插座相連。

另一與安全有關的因素是是否需要使用隔離變壓器（高頻或低頻），或者允許使用無變壓器式的逆變器。這一逆變器在玻璃幕太陽能并網逆變器光伏并網逆變器墻中使用最為廣泛。

舉例說明：

那么我們面對一個500kWp的屋頂光伏電站應該如何進行逆變器的選型?特對這三種逆變器的優缺點進行比較如下:

集中式方案優缺點

集中式逆變器一般用于日照均勻的大型廠房，荒漠電站，地面電站等大型發電系統中，系統總功率大，一般是兆瓦級以上。應用集中式逆變器的光伏電站系統主要器件對比：光伏組件，直流電纜，匯流箱，直流電纜，直流匯流配電，直流電纜，逆變器，隔離變壓器，交流配電，電網。

集中式逆變器優點：

（1）逆變器數量少,便于管理;

（2）逆變器元器件數量少,可靠性高;

（3）諧波含量少,直流分量少電能質量高；

（4）逆變器集成度高,功率密度大,成本低；

（5）逆變器各種保護功能齊全,電站安全性高；

（6）有功率因素調節功能和低電壓穿越功能，電網調節性好

集中式逆變器缺點:

1、安全問題。集中式方案中采用直流匯流箱,由于內置直流支路熔絲，存在融不斷起火的風險，因為只要有光照太陽能板就會處于工作狀態。對于分布式屋頂廠房來說，帶來嚴重的安全隱患。不僅電站本身經濟收益受影響，更關鍵會影響到廠房的其他設備。給業主帶來非常大的損失。

2、不規則屋頂，采用單個500KW逆變器無法充分利用屋頂面積。逆變器經常處于過載或輕載或者超配、欠配的情況。

3、多個朝向的屋頂，電池板有部分陰影遮擋導致組串的不一致性，單路MPPT導致發電量相對較低;同時，各路組串的失配損失也將導致發電量的損失。

4、逆變器需要專業工程師維護，單個逆變器故障對發電量影響較大，對維護人員的安全也帶來巨大挑戰，同時，備件種類較多，故障定位及修復3天以上,嚴重影響客戶發電收益。直流匯流箱故障率高，無法監控到每路組串，增加故障定位時間，由于熔絲揮發，故障率、維護成本高，需要定期更換維護；線路復雜，現場加工的接頭多，故障率高；部份項 目運行1~2年后，有效發電率低于90%；

5、集中式方案需要逆變器房和相應土建工程，同時需配套相應的風機，風道，煙感，溫感等設備,而如果在傳統的廠房屋頂安裝光伏電站，其配電室不一定能夠安置下體積龐大的500K Wp集中式逆變器。同時不但增加了施工復雜度,還加大了初始投資和運維成本。

6、集中式逆變器需強制風冷，機房消耗電力大，平均至少300W以上,需要定期掃灰，風扇維護和防塵網更換。

7、集中式逆變器MPPT電壓范圍窄，一般為450-820V，組件配置不靈活。在陰雨天，霧氣多的部區，發電時間短。

8、集中式并網逆變系統中無冗余能力，如有發生故障停機，整個系統將停止發電。

組串式逆變器

組串式逆變器適用于中小型屋頂光伏發電系統，小型地面電站。應用組串式逆變器的光伏電站系統包括組件，直流電纜，逆變器，交流配電，電網。

組串式逆變器優點:

1、組串式逆變器組網結構簡單，可分散室外就近安裝，根據屋頂容量選擇合適的逆變器靈活組合,充分利用屋頂面積,增加投資收益。

2、設備種類簡單，節省投資。直流匯流箱、直流配電柜、隔離變壓器、機房和相關土建工程可全部省去,同時降低現場施工組織難度、縮短工期。綜合計算，組串式逆變器系統土建工作量僅為集中式逆變器系統的1/4；從安全可靠性而言，避免了傳統集中式方案直流側著火無法撲滅的風險。

3、組件不一致性對發電量影響較小，逆變器自用電少，組串式自耗電功率為20W ,僅為集中式的1.3%，根據實際項目的測試，組串式方案系統效率約比集中式方案至少高5% 左右。

4、每臺逆變器具備3路獨立MPPT，對每一路單獨跟蹤，單路故障影響小，精細化管理每路電池板輸出，全系統發電量高。當出現部分遮擋、部分污損（如鳥糞）、部分故障時，除了受影響部分的發電量有影響以外,其余部分依然可以保證最大功率輸出。

5、組串式逆變器無需專業工程師維護,設備模塊化,現場安裝調試簡單，20分鐘可完成一臺逆變器的更換，無需專業人員值守，實現“傻瓜式”維護；單臺逆變器故障對發電量影響較低,系統可靠性和年可用率較高,逆變器年故障率小于0.5%。

6、每臺逆變器可實現6路組串智能監測，減少故障定位時間80% ，獨立偵測每一路輸入的電壓和電流，可實時采樣組串電流、電壓，及時發現線路故障、組件故障、遮擋等問題。通過組串橫向比較、氣象條件比較、歷史數據比較等，提高檢測準確性。而且可以和后臺網管配合，提供自動運維建議，如清洗、組串匹配優化、逆變器協同等。

7、組串式逆變器MPPT電壓范圍寬，一般為250-800V ，組件配置更為靈活。在陰雨天，霧氣多的部區，發電時間長。

8、逆變器免維護，自然散熱（無風扇設計-華為公司目前在這方面做的比較突出），自耗電小，IP65 ，能在雨水，風沙和鹽霧環境下可靠運行；目前國內主流的組串式逆變器都已經達到IP65 ，比如華為的組串式逆變器機身采用全鋁一體封閉式外殼，無外置風扇設計（ 這點很關鍵，外置風扇是逆變器中最容易出現故障和被腐蝕地方之一）,逆變器外殼噴涂高耐候室外型涂層保護，散熱器采取加厚陽極氧化氧化工藝，以及所有安裝部件采取不銹鋼等耐腐蝕材料，真正實現了 IP65防護，從而滿足在鹽霧和高濕環境下的應用。

組串式逆變器缺點:

1、電子元器件較多，功率器件和信號電路在同一塊板上，設計和制造的難度大，可靠性稍差。

2、功率器件電氣間隙小，不適合高海拔地區。戶外型安裝，風吹日曬很容易導致外殼和散熱片老化。

3、不帶隔離變壓器設計，電氣安全性稍差，不適合薄膜組件負極接地系統，直流分量大，對電網影響大。

4、多個逆變器并聯時，總諧波高，單臺逆變器THDI可以控制到2%以上,但如果超過40臺逆變器并聯時，總諧波會迭加。而且較難抑制。

5、逆變器數量多，總故障率會升高,系統監控難度大。

6、沒有直流斷路器和交流斷路器，沒有直流熔斷器，當系統發生故障時，不容易斷開，組件組串短路會造成嚴重事故；

7、單臺逆變器可以實現零電壓穿越功能，但多機并聯時，零電壓穿越功能、無功調節、有功調節等功能實現較難。

8、10MW電站使用組串式逆變器需要300-400臺，按照電氣供電可靠性理論，電站故障率是使用500KW逆變器10倍以上；

9、由于受國內人工施工水平限制，會出現接錯、反接、松接、虛接等問題，而且單個逆變器有10個接點,400臺逆變器就有4000個接點,只要有某些檢查不到位，1000 V直流電壓的條件下，直流拉弧現象會很嚴重，燒毀機器的現象會經常發生；

10、組串式電站規模越大，通訊節點越多，綜合繼保系統要重新設計；

11、組串式逆變器在4CTC的環境溫度的條件下，才能達到滿額運行，每上升10°C會降額5% , 500KW逆變器可以在55°C的環境溫度的條件下1 : 1.1滿額運行;

12、組串式逆變器比集中式逆變器成本每W高出0.15-0.2元；

13、由于并網逆變器的控制特許一時時追蹤電網電壓，西北電站電網電能質量本身就很差，所以諧波會比較大，電網公司很排斥。

微型逆變器

優點：

1、安裝簡單：積木式安裝方式，簡化設計及現場安裝步驟，單電纜接入配電柜；

2、投資節省：無直流部分設計、相關零部件，節省系統成本(零部件成本、安裝人力及時間成本、簡化設計)及無相關直流端線路損耗；

3、系統安全：沒有直流高壓，系統安全性高，無人身及火災隱患；對于采用集中式與 組串式逆變器的光伏電站系統與電網斷開后，盡管交流端輸出為0V ,但直流端電壓仍然保 持600-1000V ,而采用微型逆變器的光伏電站直流端電壓僅30-40V。

4、管理智能：世界范圍內，通過網絡可以監控每塊組件的工作情況；可以及時、直接觀察到出故障的組件及微逆，及時解除系統故障；

5、使用環境：微逆及監控設備無需專用機房，微逆使用環境為戶外(-40- + 65°C),節省場地成本及無需專人照看；

6、多發電：微逆系統單組件級的MPPT功能，有效解決組件間不匹配性；可以多朝向， 多種型號組件可以相互連接，系統發電最大化；有效解決由于建筑結構，部分組件污漬，遮擋造成相應系統功率下降問題；系統效率最大可達90 %；

7、微逆系統穩定性更好。單機設計使用壽命可長達25年，減少相關直流端接頭，相應減少其帶來的安裝及設備失效隱患，單組件故障對于整個系統沒有影響，提高系統穩定性, 100%工作時間保證；

缺點：

1、系統單位造價明顯比集中式逆變器及組串式逆變器高很多。

2、逆變器維修成本較高。

國內微型逆變器目前做的比較好的是昱能光伏科技集成有限公司(APS)的逆變器。

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