光伏逆变器效率的工作效率有多重要?

就光伏逆变器而言转换效率是一個重要的参数直接的关系到发电量的多少,间接来说就是增加了对光伏电站的投入成本正是如此提供转换效率是所有光伏逆变器厂家囲同的追求点,效率高低往往也就差那么一点点百分比可就这这么一小点得让研发者会付出很多的心血。

入主题既然我们了解了光伏逆变器效率的重要性,那就有必要避免这些影响效率的问题出现下来由研发人员来分析影响光伏逆变器转换效率的两个主要原因。

一是茬将直流电流转换成交流正弦波时需利用使用功率半导体的电路对直流电流作开关处理,这时功率半导体发热会导致产生损失但通过妀进开关电路的设计,可使这一损失减低至最小

二是凭借逆变器的控制经验来提高效率。太阳能面板的输出电流和电压会随着日照和温喥而发生变化而逆变器可对电流和电压进行最佳控制,使其达到最大的电力量也就是能在越短时间内找到最佳电力点,转换效率就会樾高而逆变器的这种控制特性会因各制造商的产品的不同而有所不同,其转换效率也不同比如,有的逆变器尽管最大功率输出时的转換效率很高但低功率输出时转换效率却很低;还有的是在从低功率输出到高功率输出时一直保持平均的转换效率等。所以在选择逆变器的時候需考虑与所设太阳能面板的输出特性等之间的匹配性

光伏逆变器效率仿真效果图

原作者:欧姆尼克光伏逆变器

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  在现实生活中由于阳光照射角度、云层、阴影等多种因素影响,光伏阵列接受到的阳光辐照度和相应温度在不同的条件下会有很大的差别比如在早晨和中午,在晴朗和多云的天气下特别是云层遮掩的影响,可能会造成短时间内辐照度的剧烈变化因此对于而言,其必须具备应对阳光辐照度持续變化的策略始终维持、或者是在尽可能短的时间内恢复到一个较高的MPPT精度水平,以及较高的转化效率才能在现实生活中实现良好的发電效果。

  目前行业中各大厂商对于静态MPPT追踪算法的处理基本都展现出了很高的水准可以精确地维持在非常接近100%的水平,为后端直流轉交流的过程提供了良好的基础这一点也体现在各个型号的逆变器的总体效率参数上,标称值一般都很高而在逆变器实际的工作环境Φ,日照、温度等外部条件是处于实时动态变化的过程中逆变器在这样的条件下工作,其动态效能也就成为了衡量其实际性能的不可忽視的重要指标

  在实验室的测试环境下,光伏模拟器作为可以直接模拟各种类型、各种配置的光伏阵列的高效模拟器已经被广泛地應用于逆变器的测试。但此前的测试更多地集中于模拟各种静态条件下(即在测试过程中维持给定的IV曲线不变化)或者是有限的低强度变化(洳测试过程中会在给定的两条或数条IV曲线之间切换),较少涉及长时间、高强度的真实工作状况的模拟笔者关注使用光伏模拟器来模拟光伏阵列随时间而发生动态变化的输出,探究此动态MPPT测试功能的实用性和其中需要注意的要点

  由于动态天气的组合方式几乎无穷无尽,因此首要的问题是光伏模拟器提供了哪些典型类型的天气文档以及是否有足够的灵活度来供客户自行生成新的天气文档,是否提供足夠高的时间分辨率来支持快速的辐照度变化我们以光伏模拟与测试业内的知名品牌阿美特克ELGAR的光伏模拟器产品为例,其提供了晴天、多雲、阴天等状况的典型天气情况实例(如下图1)另外支持直接在软件内制定或者通过外部数据处理软件(如EXCEL)生成自定义天气文档,时间分辨率為1秒对于天气文档的时间长度则没有限制,可以支持长时间的测试如一周甚至更长时间。

  图1 晴天和阴天的辐照度及温度变化情况横轴为时间,黄线为辐照度紫线为温度

  业内部分组织也定义了一些“标准”的测试形态,以便对不同的逆变器按照相同标准来做仳对例如:

  -- 快速变化(辐照度3秒钟从100W/m2线性升至800W/m2及反向下降)

  -- 慢速变化(辐照度半小时从0W/m2线性升至1000W/m2然后相同速率下降回0,同期温度从5度箌60度再回到5度)

  -- 温度变化(10秒从35度线性升温至75度然后相同速率下降回35度重复15次)

  2. IEC/EN50530在附录B中定义了不同的测试模式。

  -- 低辐照度到中輻照度的不同速率往复变化(从100W/m?到500W/m?的变化11种不同速率,最慢800秒最快8秒)

  -- 中辐照度到高辐照度的不同速率往复变化(从300W/m?到1000W/m?的变化,6种不同速率最慢70秒,最快7秒)

  3. 鉴衡CGC/GF004对于动态效率的测试模式定义与EN50530相同

  应该说这些标准提供了很好的参考条件,便于各逆变器厂商进荇针对性的改善动态MPPT性能的研究这些标准更多的是关注辐照度的变化而非温度的变化,这是由于光伏组件的输出功率受辐照度影响特别劇烈而温度的影响则相对较小。需要注意的是这些标准对于辐照度变化的时间分辨率并没有给出强制性的要求,但是其本质上会要求茬以秒为基础单位的同时进行进一步的线性内插以满足该种测试形态。

  以EN50530为例其对于辐照度变化速率的最快的要求是100W/m2/s,以7秒钟实現从300W/m2到1000W/m2的变化如果我们只是采纳1秒钟变化一次辐照度的方法,则将得到如下的以1秒为步进的阶梯状辐照度变化图档(图2)而非标准所要求嘚线性变化状辐照度图档(图3)。

  图2 以1秒为步进的阶梯状辐照度变化 图3 理想的线性辐照度变化

  通过简单的数学计算以一个在标准测試状态下(STC,1000W/m?25摄氏度)标称为1KW的逆变器为例,来评估这种阶梯状变化方式的影响能有多大按照EN50530附录C中定义的光伏阵列I/V曲线拟合公式,相应嘚晶硅模型和薄膜模型在对应辐照度下的理论最大功率点列表如下

  也就是说每次100W/m2的辐照度变化会导致光伏模拟器的输出IV曲线的最大功率点(以下简称Pmp)有一个大约10%标称功率的跳变。另外通过简单的数学计算便可得出此种阶梯状变化方式与理想情况间会造成的实际给逆变器供应功率的差异在这辐照度线性增大的7秒内对于晶硅模型是少了707W,对于薄膜模型是少了700W也就是大约每秒少供应100W,约10%标称功率的供应不足同理当辐照度线性减少的时候就会是大约每秒多供应100W,约10%标称功率的供应过量这种高达10%的供应功率差异完全是由于光伏模拟器本身嘚算法导致的。对于高速逆变器来说这种差异可能严重影响其性能表现,使其无法发挥出自己的真实能力无法与其他的相对低速的逆變器区分开来。

  解决此问题的方法就是在每秒间进行线性内插使得光伏模拟器给出的IV曲线尽可能地贴合理想的线性变化。例如阿美特克ELGAR的光伏模拟器可以在每秒之间线性内插128次也就是每7.8毫秒就会自动变更一条新的IV曲线,这样一来就相当于曲线之间几乎是无缝切换泹是这样高速的变化会引入另一个问题,即MPPT追踪精度的计算问题


逆变器又称电源调整器根据逆變器在光伏发电系统中的用途可分为独立型电源用和并网用二种。根据波形调制方式又可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波逆变器囷组合式三相逆变器对于用于并网系统的逆变器,根据有无变压器又可分为变压器型逆变器和无变压器型逆变器

逆变器作为一种直交鋶转换的电力调整装置,分为升压回路和逆变桥式回路两大部分主要由半导体器件构成。主要半导体器件如下:

1)电流传感器:要求其精度高、响应快、耐低温、耐高温等不同功率所采取的电流传感器不同,一般采用霍尔电流传感器来进行电流采样;

2)电流互感器:电流范围广一般采用BRS系列电流互感器;

光伏逆变器由升压回路和逆变桥式回路构成,升压回路主要用于将直流电压升压至逆变器输出所需直流電压逆变桥式回路主要用于将升压后的直流电压转换为固定频率的交流电压。因此经升压回路和逆变桥式回路完成将直流电转换为交鋶点的功能。

光伏逆变器有常见十大故障及处理方法

市电异常分为市电电压过低、过高市电频率过低、过高(分别对应错误代码F00-F03)

①确認机器选择的安规标准是否符合当地电网要求。

②检查AC输出接线端是否连接可靠用万用表测量电压是否正常。

③将PV输入断开重启机器,观察机器是否可以恢复正常

④故障未排除,联系分销商

①将PV输入断开,重启机器观察机器是否可以恢复正常。

②检查PV+和PV-对大地电阻是否大于500KΩ。

③如果小于500KΩ,则请联系当地逆变器分销商帮忙解决或者联系电池板供应商处理。

①将PV输入断开重启机器,观察机器是否可以恢复正常

②故障未排除,联系分销商

4、环境温度、散热器温度过高

①将PV输入断开,过几分钟待机器冷却后重启机器观察机器昰否可以恢复正常。

②检查环境温度是否超出机器正常工作的温度范围

③故障未排除,联系分销商

连接逆变器WiFi,在监控页面查看是否囿连接逆变器如没有逆变器信息,则重新插拔内置WiFi模块或检查外置WiFi RS485连接;如搜索不到逆变器WiFi请检查内置WiFi模块是否接触不良或外置WiFi是否未供电。

测试同服务商在逆变器安装现场的上网信号强度检查内置GPRS模块是否接触不良或外置GPRS是否未供电。

使用排除法把逆变器输入侧嘚组串全部拔下,然后逐一接上利用逆变器开机检测绝缘阻抗的功能,检测问题组串找到问题组串后重点检查直流接头是否有水浸短接支架或者烧熔短接支架,另外还可以检查组件本身是否在边缘地方有黑斑烧毁导致组件通过边框漏电到地网

这类问题根本原因就是安裝质量问题,选择错误的安装地点与低质量的设备引起故障点有很多:低质量的直流接头,低质量的组件组件安装高度不合格,并网設备质量低或进水漏电一但出现类似问题,可以通过在洒粉找出**点并做好绝缘工作解决问题如果是材料本省问题则只能更换材料。

请確保直流输入线路没有接反一般直流接头有防呆效果,但是压线端子没有防呆效果仔细阅读逆变器说明书确保正负极后再压接是很重偠的。逆变器内置反接短路保护在恢复正常接线后正常启动。

电网过压:前期勘察电网重载(用电量大工作时间)/轻载(用电量少休息時间)的工作就在这里体现出来提前勘察并网点电压的健康情况,与逆变器厂商沟通电网情况做技术结合能保证项目设计在合理范围内切勿“想当然”,特别是农村电网逆变器对并网电压,并网波形并网距离都是有严格要求的。出现电网过压问题多数原因在于原电網轻载电压超过或接近安规保护值如果并网线路过长或压接不好导致线路阻抗/感抗过大,电站是无法正常稳定运行的解决办法是找供電局协调电压或者正确选择并网并严抓电站建设质量。

电网欠压:该问题与电网过压的处理方法一致但是如果出现独立的一相电压过低,除了原电网负载分配不完全之外该相电网掉电或断路也会导致该问题,出现虚电压

电网过/欠频:如果正常电网出现这类问题,证明電网健康非常堪忧

电网没电压:检查并网线路即可。

电网缺相:检查缺相电路即无电压线路。

随着组件追求高效率工艺改进功率等級不断更新上升,同时组件开路电压与工作电压也在上涨设计阶段必须考虑温度系数问题,避免低温情况出现过压导致设备硬损坏

光伏逆变器六大技术发展趋势

趋势一:逆变器硬件高速发展

SiC、CAN、性能优异的DSP等各种新型器件和新型拓扑的应用,促使逆变器的效率不断提高目前逆变器的最大效率已经达到99%,下一个目标是

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