集中式、组串式逆变器 加码2018新技术迭代

2017年，是组件技术的集中爆发之年，之前，我们只听说单晶硅、多晶硅;现在，市场涌现一大堆新名词：PERC、半片、MBB、MWT、叠瓦、双面发电......在新技术迭代大潮的裹挟下，上新技术的产能是必须的。2017年，已经成熟或即将成熟的几项提升效率的技术分别为Perc技术、半片技术、MBB多主栅技术。理论上来讲，这几项技术都是兼容性技术，既可以使用在单晶硅片上，也可以应用在多晶硅片上。

2017年，逆变器没有像组件那样，涌现出新名词，但并不代表逆变器没有技术更新。相反，逆变器各个厂家都在埋头苦干，逆变器是光伏系统的大脑和心脏，2018年，一些暂新的光伏应用方式将会出现在人们的面前，给光伏系统带来新的变化，包括成本降低和效率提升，安装和维护将更方便。

逆变器的主流是集中式逆变器和组串式逆变器，两种方式各有优秀和缺点，目前在户用市场，由于功率小，都是用组串式逆变器，在中大型电站，则两种逆变器都可以选，在营销上，这两种逆变器的厂家也是打得不可开交，都在说自己的好处，对方的缺点。

集中式逆变器：功率在30kW到2500kW之间，随着电力电子技术的发展，组串式逆变器越做越大，现在500KW以下的集中式逆变器基本退本市场。功率器件采用大电流IGBT，系统拓扑结构采用DC-AC一级电力电子器件变换全桥逆变，后级一般接双分裂工频升压隔离变压器，防护等级一般为IP20。体积较大，室内立式安装。

主要优势有：

(1)逆变器数量少，可以集中安装，便于管理;

(2)逆变器元器件数量少，故障点少，可靠性高;

(3)谐波含量少，直流分量少，电能质量高;

(4)逆变器集成度高，功率密度大，成本低;

(5)逆变器各种保护功能齐全，电站安全性高;

(6)有功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好。

主要缺点有：

(1)直流汇流箱故障率较高，影响整个系统。

(2)集中式逆变器MPPT电压范围窄，一般为500-820V，组件配置不灵活。在阴雨天，雾气多的部区，发电时间短。

(3)逆变器机房安装部署困难、需要专用的机房和设备。

(4)逆变器自身耗电以及机房通风散热耗电，系统维护相对复杂。

(5)集中式并网逆变系统中，组件方阵经过两次汇流到达逆变器，逆变器最大功率跟踪功能(MPPT)不能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡，会影响整个系统的发电效率。

(6)集中式并网逆变系统中无冗余能力，如有发生故障停机，整个系统将停止发电。

2、组串式逆变器：

功率在1kW到80kW，小功率逆变器开关管一般采用小电流的MOSFET，中功率逆变器一般采用集成多个分立器件的功率模块，拓扑结构采用DC-DC-BOOST升压和DC-AC全桥逆变两级电力电子器件变换，防护等级一般为IP65。体积较小，可室外臂挂式安装。组串式逆变器适用于中小型屋顶光伏发电系统，小型地面电站。

主要优势有：

(1)组串式逆变器采用模块化设计，每个光伏串对应一个逆变器，直流端具有最大功率跟踪功能，交流端并联并网，其优点是不受组串间模块差异，和阴影遮挡的影响，同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了发电量。

2)组串式逆变器MPPT电压范围宽，一般为200-800V，组件配置更为灵活。在阴雨天，雾气多的部区，发电时间长。

(3)组串式并网逆变器的体积小、重量轻，搬运和安装都非常方便，不需要专业工具和设备，也不需要专门的配电室，在各种应用中都能够简化施工、减少占地，直流线路连接也不需要直流汇流箱和直流配电柜等。组串式还具有自耗电低、故障影响小、更换维护方便等优势。

主要缺点有：

(1)电子元器件较多，功率器件和信号电路在同一块板上，设计和制造的难度大，可靠性稍差。

(2)使用分立功率器件的逆变器电气间隙小，不适合高海拔地区，使用功率模块的逆变器不受影响。户外型安装，风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化。

(3)不带隔离变压器设计，电气安全性稍差，薄膜组件负极接地系统要外加隔离变压器，直流分量大，对电网影响大。

(4)多个逆变器并联时，总谐波高，单台逆变器THDI可以控制到2%以上，但如果超过100台逆变器并联时，总谐波会迭加，而且较难抑制。

(5)逆变器数量多，总故障率会升高，系统监控难度大。

(6)没有直流断路器和交流断路器，如果没有直流熔断器，当系统发生故障时，不容易断开。

这是2014年前两种逆变器的对比，经过3年多的发展，两种逆变器都取得了很大有进步，有些观点被证明是错的。

1、直流汇流箱，以前大家都不是很关系，设计和做工都不好，特别是散热，没有几家能过的，不过现在基本上都解决了问题。

2、工作电压范围，以前大家的认知是电压范围越宽，早启动晚停机，发电量就越高，事实上组件的电压和功率不成正比，组件的电压并不是人们想像中波动那么大。从以下两个案例就可以看出。这是一个接20个270W的组串，组件工作电压是30.5V，20个组件工作电压为660V

图1是一个非常好的天气，逆变器工作电压在540-630V之间。

图2是一个阴雨天，没有阳光，逆变器工作电压在530-580V之间

所以三相组串式逆变器，如果是正常20-23块组件串联，MPPT工作电压，在500-800V就可以满足要求，只有在很特殊的情况，如用19个以下的组件，最低工作电压才有可能低于500V。

3、组串式逆变器经过改良，可以实现多台并联，不会发生总谐波会迭加。

改进的还有很多，这里就不一一列举了，但是，这两种逆变器还有两个明显的差别，目前还没有办法改变，集中式逆变器是单级电子变换，元器件数量少，可靠性高，缺点是直流线路长短不一，一台500kW逆变器，组件安装面积超过6000平方，组件最远可能有100多米，最近只有几米，线路阻抗影响MPPT功能。

逆变器前的直流线路长度，对MPPT效率影响比较大

MPPT-最大功率点追踪的工作原理：在一个规定的周期内，微处理器定期地主动调节PWM的占空比D，改变太阳能电池的输出电流，从而引起太阳能电池的输出电压变化，检测太阳能电池输出电压及输出电流，计算出太阳能电池阵列的输出功率，然后根据最大功率点跟踪策略寻找最大功率点的位置。

MPPT的简单模型如下：逆变器MPPT方法有很多种，但万变不离其宗，就是调整MPPT端的等效负载阻抗等于组件端的等效输出阻抗，而组件端的输出电阻包括组件的内阻和电缆的内阻。电缆越长，内阻越大，100多米的电缆，可能影响效率超过1%。

MPPT原的最简等效模型

RS为太阳能电池板的等效输出阻抗，RL为MPPT端的等效负载阻抗。当太阳能光照变化时，RS也跟着变化了，这是为了满足最大的功率输出，通过调整MPPT端的负载电阻与之匹配，当RS = RL时，功率输出最大，也就是我们说的MPP点。RL实时跟随RS变化的方法叫做MPPT算法。

其实这两种逆变器是可以合在一起的，那就是单极的组串式逆变器，这种逆变器只有一级变换DC-AC变换，使用三电平和功率模块，一个50kW的逆变器只有3个功率开关器件，和集中式逆变器一样，50kW逆变器周边组件安装面积600平方左右，最远的距离不到25米，直流损耗非常少。目前单极组串式逆变器在市面上也有，但没有应用在大电站，其原因是输出电压是400Vac，输入电压范围变窄了，只能580-850V，限制了应用范围，其实稍加变通就可以解决这个问题，那就可把输出电压改为315V，和集中式逆变器一样，输入电压范围也就能达到500-850V，后面接升压变压器，应用范围就很广了。

集串式逆变器和常规两级结构的组串式逆变器对比，只有一级结构，效率比组串式逆变器高30%，工作电压范围为500-850V,在中大型电站不会影响发电量，集串式逆变器成本比组串式逆变器低30%，重量也会轻30%，安装很方便。

不是所有的单极组串式逆变器都叫集串式逆变器

集串式逆变器=组串式外形+集中式内芯+功率模块+315V

集串式逆变器综合集中逆变器和组串式逆变器两者的长处，舍弃的两者的短板，造价比集中式更便宜，发电量比组串式更高，安装和运维比两者更方便，必将大批量应用，改变目前的逆变器格局。

文章作者：穆玉蓉