逆變器如何提升效率 提高發(fā)電量？

:光伏逆變器是光伏系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要作用是把光伏組件發(fā)出來的直流電變成符合電網(wǎng)要求的交流電。但實(shí)際上逆變器不僅僅是逆變，而是光伏電站的安全管家，逆變器還承擔(dān)著光伏方陣和電網(wǎng)的監(jiān)測和保護(hù)，對(duì)外界環(huán)境防護(hù)和人機(jī)交互等系統(tǒng)級(jí)功能。

在光伏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB32004-2013中，逆變器有100多個(gè)嚴(yán)格的技術(shù)參數(shù)，每一個(gè)參數(shù)合格才能拿到證書。國家質(zhì)檢總局每一年也會(huì)抽查，對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的保護(hù)連接、接觸電流、固體絕緣的工頻耐受電壓、額定輸入輸出、轉(zhuǎn)換效率、諧波和波形畸變、功率因數(shù)、直流分量、交流輸出側(cè)過/欠壓保護(hù)等9個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了檢驗(yàn)。

一款全新的逆變器，從開發(fā)到量產(chǎn)，要兩年多時(shí)間才能出來，除了過欠電壓保護(hù)等功能外，逆變器還有很多鮮為人知的黑科技，如漏電流控制、熱設(shè)計(jì)、電磁兼容、諧波抑制，效率控制等等，需要投入大量的人力和物力去研發(fā)和測試。

主要介紹逆變器如何提升效率

逆變器的效率直接關(guān)系到系統(tǒng)的發(fā)電量，因此是客戶高度關(guān)注的一個(gè)重要指標(biāo)。

2018年1月，工信部發(fā)布的《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》要求：含變壓器型的光伏逆變器中國加權(quán)效率不得低于96%，不含變壓器型的光伏逆變器中國加權(quán)效率不得低于98%（單相二級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏逆變器相關(guān)指標(biāo)分別不低于94.5%和96.8%），微型逆變器相關(guān)指標(biāo)分別不低于94.3%和95.5%。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不算高，是入門級(jí)的，大部分廠家都可以達(dá)到。而效率的不斷提升，是逆變器生產(chǎn)廠家一直追求的目標(biāo)，集中式逆變器的效率，2010年平均約96%，2018年上升到99%，“單相二級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏逆變器相關(guān)指標(biāo)分別不低于94.5%和96.8%”，可能是單相含變壓器效率不低于94.5%，不含變壓器效率不低于96%，組串式的逆變器大部分不含變壓器，單相中國效率可以達(dá)到98%。

1、逆變器轉(zhuǎn)換效率的重要性

提高逆變器的轉(zhuǎn)換效率有很大的重要性。比如我們提高1%的轉(zhuǎn)換效率，500KW的逆變器，平均每天算4小時(shí)，逆變器每天可以多發(fā)出將近20度電，那么一年既可以多發(fā)出將近7300度電，十年即可多發(fā)出73000度電。這樣就相當(dāng)于一臺(tái)5KW逆變器的發(fā)電量。這樣客戶可以節(jié)省一臺(tái)5KW逆變器的電站。所以為了提高客戶的最大利益，我們需要盡可能的提高逆變器的轉(zhuǎn)換效率。

2、逆變器效率的影響因素

提高逆變器效率唯一的措施就是降低損耗，逆變器的主要損耗來自于IGBT、MOSFET等功率開關(guān)管，以及變壓器、電感等磁性器件。損耗和元器件的電流，電壓以及選用的材料采取的工藝有關(guān)系。

IGBT的損耗主要有導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，其中導(dǎo)通損耗和器件內(nèi)阻、經(jīng)過的電流有關(guān)，開關(guān)損耗和器件的開關(guān)頻率，器件承受的直流電壓有關(guān)。

電感的損耗主要有銅損和鐵損，銅損指電感線圈電阻所引起的損耗，當(dāng)電流通過線圈電阻發(fā)熱時(shí)，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗，由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損，銅損可以通過測量變壓器短路阻抗來計(jì)算。鐵損包括兩個(gè)方面：一是磁滯損耗，另一是渦流損耗，鐵損可以通過測量變壓器空載電流來計(jì)算。

3、如何提升逆變器效率

目前有三種技術(shù)路線：一是采用空間矢量脈寬調(diào)制等控制方式，降低損耗，二是采用碳化硅材料的元器件，降低功率器件的內(nèi)阻，三是采用三電平，五電平等多電平電氣拓?fù)湟约败涢_關(guān)技術(shù)，降低功率器件兩端的電壓，降低功率器件的開關(guān)頻率。

電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）

是一種全數(shù)字控制方式，具有直流電壓利用率高，易于控制等的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用逆變器中。直流電壓利用率高，可以在相同大小的輸出電壓下，采用更低的直流母線電壓，從而降低了功率開關(guān)器件的電壓應(yīng)力，器件上的開關(guān)損耗更小，逆變器的變換效率得到了一定的提升。在空間矢量合成中，有多種矢量序列組合方法，通過不同的組合和排序，可以獲得減小功率器件開關(guān)次數(shù)的效果，從而能夠進(jìn)一步減小逆變器功率器件的開關(guān)損耗。

采用碳化硅材料的元器件

碳化硅器件的單位面積的阻抗僅為硅器件的百分之一。利用碳化硅材料制作的IGBT(絕緣柵雙極晶體管)等功率器件，其通態(tài)阻抗減為通常硅器件的十分之一，碳化硅技術(shù)可以有效減小二極管反向恢復(fù)電流，從而能降低功率器件上的開關(guān)損耗，主開關(guān)所需的電流容量也能相應(yīng)減小。因此，將碳化硅二極管作為主開關(guān)的反并二極管，是改善逆變器效率的途徑。與傳統(tǒng)快恢復(fù)硅反并聯(lián)二極管相比，采用碳化硅反并聯(lián)二極管后，二極管反向恢復(fù)電流顯著減小，并可以改善1％的總變換效率。采用快速IGBT后，由于開關(guān)速度加快，并能改善2％整機(jī)變換效率。當(dāng)把SiC反并二極管與快速IGBT相結(jié)合后，逆變器的效率將進(jìn)一步改善。

軟開關(guān)與多電平技術(shù)

軟開關(guān)技術(shù)利用諧振原理，使開關(guān)器件中的電流或者電壓按正弦或者準(zhǔn)正弦規(guī)律變化，當(dāng)電流自然過零時(shí)，關(guān)斷器件；當(dāng)電壓自然過零時(shí)，開通器件。從而減少了開關(guān)損耗，同時(shí)極大地解決了感性關(guān)斷，容性開通等問題。當(dāng)開關(guān)管兩端的電壓或流過開關(guān)管的電流為零時(shí)才導(dǎo)通或者關(guān)斷，這樣開關(guān)管不會(huì)存在開關(guān)損耗。三電平逆變器拓?fù)渲饕獞?yīng)用在于高壓大功率場合。與傳統(tǒng)兩電平結(jié)構(gòu)相比，三電平逆變器輸出增加了零電平，功率器件的電壓應(yīng)力減半。因?yàn)檫@個(gè)優(yōu)點(diǎn)，在相同的開關(guān)頻率下，三電平逆變器可以比兩電平結(jié)構(gòu)采用更小的輸出濾波電感，電感損耗、成本和體積都能有效減?。欢谙嗤妮敵鲋C波含量下，三電平逆變器可以比兩電平結(jié)構(gòu)采用更低的開關(guān)頻率，器件開關(guān)損耗更小，逆變器的變換效率得到提高。

4、總結(jié)

光伏行業(yè)不能一味依賴政府補(bǔ)貼，要實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)才有可能發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，一是要降低成本，二是要提高發(fā)電量收益。當(dāng)前光伏行業(yè)各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，包括組件和逆變器廠家都在不遺余力地努力。為了提高收益，從系統(tǒng)層面看，需要優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從設(shè)備層面看需要提高各部件的效率。光伏組件效率提升0.1%的背后是無數(shù)汗水和無數(shù)的創(chuàng)新，同樣的道理也適用于逆變器。逆變器效率每提高0.1個(gè)百分點(diǎn)，背后都隱含著研發(fā)人員大量努力的工作。

原標(biāo)題:逆變器如何提升效率 提高發(fā)電量？