淺談光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心——逆變器

光伏逆變器（PV inverter或solar inverter）是能將光伏（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，其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備使用。市面上的逆變器主要包括微型逆變器（250W~1KW），組串逆變器（1KW~150KW），集中式逆變器（100KW以上）。

一、光伏逆變器市場情況

現(xiàn)代社會對環(huán)境保護越來越重視，碳中和、碳達峰等概念逐漸成為各國的共識，特別是俄烏戰(zhàn)爭引發(fā)能源危機加劇后，越來越多的國家開始追求新能源領(lǐng)域，光伏能源作為可再生能源有著無污染、低成本等優(yōu)勢，其比火力發(fā)電更清潔，比水力、風力發(fā)電條件更寬松，在上述多重因素的驅(qū)動下，光伏產(chǎn)業(yè)受到了多個國家的青睞，得到了許多政策的扶持，光伏裝機量大大提升，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。

光伏市場情況

數(shù)據(jù)顯示2022年1-11月國內(nèi)光伏發(fā)電新增裝機容量65.71GW，全年新增裝機容量或超過80GW；2022年全球光伏新增裝機容量將達到244—294GW，2023年預測全球光伏新增裝機容量將達到276—355GW。

二、什么是組串式逆變器

組串式逆變器是基于模塊化概念基礎上的，每個光伏組串通過一個逆變器，在直流端具有最大功率峰值跟蹤，在交流端并聯(lián)并網(wǎng)。由于其發(fā)電時間較長、運維成本較低、性價比較高，已成為市場占比最大的逆變器品種。

組串式逆變器工作原理圖

根據(jù)電網(wǎng)接入的不同，組串式逆變器可分為220V單相組串式逆變器和380V三相組串式逆變器。單相組串式逆變器連接220V單相電網(wǎng)，常見功率1~8KW，對于3kw及以下的功率逆變器僅接1串組件，只有 1路MPPT；對于3kw以上的逆變器通常接2串組件，配有2路MPPT，最大輸入電壓通常為600V或630V。三相組串式逆變器連接380V三相電網(wǎng)，常見功率4~60KW，MPPT數(shù)量一般2-4路，最大輸入電壓通常為1000V，部分廠家將最大輸入電壓調(diào)整到1500V。

單相組串式逆變器和三相組串式逆變器

三、單相組串式逆變器

單相組串式逆變器由DC-DC電路，DC-AC電路，BOOST升壓電路，保護電路，濾波電路，電流檢測電路等組成，此電路需使用到傳感器、安規(guī)電容、薄膜電容、升壓電感、IGBT、電流傳感IC等。

電流檢測電路：電流傳感器（萊姆）

BOOST升壓電路：二極管（威世）、光耦（威世、東芝、UMW）

DC-AC電路：IGBT（英飛凌）

EMC電路：薄膜電容（EPCOS、基美）、瓷片電容（華信安、華科、TDK、威世）

保護電路：氣體放電管、壓敏電阻（EPCOS、君耀）

控制電路：功率電感（TDK、奇力新）、TVS二極管（威世、強茂、LRC）、存儲器/MCU（兆易創(chuàng)新）

單相組串式逆變器元器件拓撲圖

四、三相組串式逆變器

三相電是由三個頻率相同、幅度相等、相位差為120°的交變電勢組成，三相逆變器轉(zhuǎn)換后的電壓為380V的交流電，三相和單相組串式逆變器的區(qū)別主要是主電路拓撲的區(qū)別，單相逆變器是四管組成H橋逆變，三相逆變器則是六管組成三相全橋逆變。

三相組串式逆變器基本電路圖

因為有更高的輸出電壓，其較單相逆變器相比，可驅(qū)動更多的電器，常用于工業(yè)、企業(yè)中。其電路中有EMC電路、升壓電路、逆變電路、保護電路等，以下也整理了電路中的部分物料供參考：

EMC電路、濾波電路：薄膜電容（基美、EPCOS）

升壓電路：快恢復二極管（LRC、強茂）、IGBT（英飛凌）、驅(qū)動光耦（威世、東芝、UMW）

逆變電路：繼電器（松下、TE）、交流濾波電容（EPCOS、基美）

保護電路：氣體放電管、壓敏電阻（EPCOS、君耀）

控制電路：晶振（TXC、加高）、功率電感（TDK、臺慶、奇力新）

結(jié)構(gòu)件：連接器（JST、TE）

三相組串式逆變器電路中所需的元器件

總體來說，光伏逆變器是光伏發(fā)電行業(yè)中技術(shù)更新迭代最快的產(chǎn)品之一，其轉(zhuǎn)換效率和可靠性的高低會極大影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行效益。隨著我國光伏裝機容量持續(xù)擴大，發(fā)電效益和維護的便捷性將成為建設電站的重要考慮因素，組串式逆變器技術(shù)成熟且維護方便，應用廣泛，會越來越被市場所青睞，未來在我國的光伏電站中將占據(jù)更重要的市場地位！

審核編輯黃宇