逆变技术对光伏发电的影响

逆变技术对光伏发电的影响

作者：李君业 周 宁

来源：《科技传播》2010年第21期

摘要 太阳能发电作为新能源受国家政策的扶持,近年来得到了较快的发展。逆变器作为太阳能发电系统的关键部件起着举足轻重的作用。本文通过对逆变器的技术要求、发展现状及产业影响进行介绍,以期使读者了解逆变器在光伏发电系统中的作用及当前产业发展因素。 关键词 太阳能;逆变器;光伏发电;影响因素

中图分类号TM615 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)30-0029-01

进入2010年以来,随着国家对太阳能发电的政策扶持,尤其是许多地方对太阳能光伏发电的补贴,让太阳能发电成为了新宠,许多新能源的公司也把企业定位在太阳能发电。在未来几年中,预计太阳能工程的增长率将达到20%~30%。

太阳能作为一种新能源,为电池制造、电源转换等相关企业提供了新的舞台。由于光伏发电系统产生的电流为直流电,但民用电力以交流供电为主,而且太阳能发电最终将走向并网运行,这就要求太阳能发电必须通过逆变器将直流电转换为交流电来驱动家用电器等负载。因此,逆变器在太阳能发电系统中具有举足轻重的作用。 1 太阳能发电系统对逆变器的要求

光伏发电分为离网型光伏发电系统和联网型光伏发电系统。离网型光伏发电系统是其太阳能电池板所产生电力供特定负载使用消耗的独立系统;联网型光伏发电系统是其太阳能电池所产生电力由公共电网进行传送输出的发电系统。不论是那种系统都对关键部件逆变器提出了很高的要求。

1)整机效率要高,因为太阳能电池板的效率在15%左右而且价格较高,因此要求逆变器的自身消耗要少,转换效率要高;

2)要具有完备的保护功能,光伏发电系统与我们日常使用的公共电网一样,要具有过欠压、过电流、短路、缺相保护以及温度超限报警等功能。而实现这些功能也是逆变器的基本性能之一;

3)要有较宽的输入电压范围及足够的输出容量,这是由太阳能电池的发电特点所要求的。由于日光光照角度及太阳发光强度的变化而导致了太阳能电池的输出端电压在不断变化,从而影响逆变器的输出容量产生变化,因此要求逆变器能在较大的输入电压范围内正常工作以保持输出电压的稳定;

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4)具有满负载启动性能,逆变器要做到在满负载多次连续启动的条件下而不损坏的能力; 5)输出电压的波形失真度要小,如果输出电压中含有较高的高次谐波,将对电力负载产生干扰而导致负载不能正常工作或对公共电网产生电力污染。 2 逆变技术的发展现状

尽管近年来太阳能电池制造企业一直致力于提高太阳能电池的光电转换效率,但是就2010年2月太阳能电池的最高光电转换效率来看,15cm×15cm厚200μm的太阳能电池也只能实现19.3%的转换效率。由于太阳能面板的光电转换效率相对低(平均约在15%左右),所以从太阳能面板尽可能多获得输出功率的重任就落在了逆变器身上。;太阳能逆变器性能提高更依赖于功率开关器件,想获得高效的交流输出电压和电流,就需要正确选择功率器件。;在中小功率的太阳能逆变器中不少公司拥有自己的专利电路结构,新一代功率器件使得这些电路如虎添翼,效率、可靠性等各方面性能都有了很大提高。

传统逆变器与多个太阳能电池模块串联的结构,存在因日照不均、电池性能不均等原因导致输出效率下降的弊端,进而导致整体的输出功率大幅降低的问题。为了解决这一问题,出现了各个太阳能电池模块配备逆变器及转换器功能的新架构,即“微型逆变器”及“微型转换器”。此外,与通信功能组合的话,还可用于监视各个模块的状态,检测出出现故障的模块。简而言之,微型逆变器是在各个模块上全部配备上现有的逆变器功能。也就是说,从输出功率的优化到DC-AC转换均由模块来进行。从模块输出的功率为交流,可直接并入电网。;电源优化器会以间接的方式互相通信,检测自己的电流和电压环境并自我调整,直到串联的整排电池板能够达到最佳值,同时在电池板级别达到局部优化。 3 逆变技术对光伏发电的影响

随着实际应用的愈来愈普遍,太阳能逆变器也开始不断面临诸如并网性能、电磁兼容、保护功能等各类新的技术挑战。具体来讲,就是要提高并网效率、减少并网电流谐波、确保输出功率因数和消除直流分量;电磁兼容方面,则是要控制电压波动和闪烁、减少电磁辐射并提高抗扰度。市电和太阳能逆变器进行切换时,要实现电网与逆变器间的快速、平滑切换,需要解决以下几个问题:一是逆变器的输出始终与电网保持同步;二是切换开关装置安全可靠;三是切换条件的快速和准确的检测。因此,太阳能系统面对的最大挑战是优化逆变器性能。 4 当前产业发展的影响因素

近年来,在世界光伏市场的强势拉动下,我国光电产业呈现快速增长态势,已经成为世界第一大太阳能电池生产国。同时,政府的各种政策扶持和资金支持,也使得光伏行业风生水起。去年7月,全国共示范建筑应用项目111个、申报装机容量152mW、示范装机容量91mW,补贴金额约12亿元,项目覆盖了23个省(自治区)、3个直辖市和5个计划单列市。而今年将优先支持太阳能光电建筑应用一体化程度较高的建材型、构件型项目;优先支持已出台并落实上网电价、

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财政补贴等扶持政策的地区项目;优先支持2009年示范项目进展较好的地区项目。但也要看到光伏发电的高成本及上网电价还未能敲定是当前制约其发展的主要因素,资料显示,太阳能电池的原料多硅晶,目前核心技术掌握在欧美少数几家公司手中,具有相当的垄断性,而且我国的高纯多晶硅材料多依赖进口,因此太阳能电池价格高昂,使太阳能发电成本很难有所下降。另外,太阳能电池中组件(如逆变器、控制器等)成本占整套系统的比例达到了70%,要降低发电成本,就要降低组件成本提升技术水平,就得不断提高光电转换率,而目前的光电转换率多在15%左右,短时间内难有大的突破。从中我们可以看出,要想打破光伏发电成本瓶颈,必须要靠科研人员和企业的自主研发创新,或找到更廉价的太阳能电池新材料,或提高光电转化效率,而所有这些,需要的不仅仅是时间。降低发电成本是利用太阳能发电面临的第一道坎。另一道坎就是目前太阳能发电并网的上网电价迟迟不能敲定。上网电价未定也影响了一些太阳能发电站的建立。而投资者只有知道了上网电价才能确定自己投资是否是明智的。

由此可以看出,只有提升光伏发电电池及各组件的技术创新能力和质量水平并且明确产业政策,才能使我国的光伏发电产业健康发展。促进我国新能源产业的技术进步。