2010光伏并網逆變器的現狀及發(fā)展

1、光伏并網逆變器的現狀及發(fā)展2010-11-26 11:00:26 來源：索比太陽能摘要：并網逆變器是太陽能光伏系統(tǒng)中的關鍵部件。其性能，效率直接影響 整個太陽能光伏系統(tǒng)的效率和性能。本文從逆變器的發(fā)展歷程著手介紹了逆變器 的分類，產業(yè)鏈，市場現狀及發(fā)展前景，以對逆變器的發(fā)展有比較清晰的識。 關鍵詞：并網逆變器，單級式，兩級式，微逆變器 1引言地球表面每年接受太陽輻射能量高達 5.4*1024J，若能將其中的十萬分之 一轉化為電能，就可以滿足目前全世界的能耗需求，因此，太陽能發(fā)電對緩解日益嚴重的環(huán)境和能源危機具有特別重要的意義，太陽能發(fā)電主要指光伏發(fā)電。據統(tǒng)計資料顯示，目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中，接近

2、99%的安裝容量為并網應用，這是 因為并網應用相對獨立光伏系統(tǒng)有成本低和免維護等優(yōu)勢，并網式光伏發(fā)電系統(tǒng) 式當今發(fā)展方向，全世界并網式光伏系統(tǒng)年增長率約為2530%。并網逆變器作為光伏電池與電網的接口裝置，將光伏電池的電能轉換成交 流電能并傳輸到電網上，在光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中起著至關重要的作用，現代逆變技術為光伏并網發(fā)電的發(fā)展提供了強有力的技術和理論支持。并網逆變器正朝著 高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向發(fā)展。并網逆變器性能的改進對 于提高系統(tǒng)的效率、可靠性，提高系統(tǒng)的壽命、降低成本至關重要。2逆變器技術發(fā)展歷程逆變器技術的發(fā)展始終與功率器件及其控制技術的發(fā)展緊密結合，從開始 發(fā)展至今

3、經歷了五個階段。第一階段：20世紀50-60年代，晶閘管SCR的誕生 為正弦波逆變器的發(fā)展創(chuàng)造了條件； 第二階段：20世紀70年代，可關斷晶閘管 GTO及雙極型晶體管BJT的問世，使得逆變技術得到發(fā)展和應用；第三階段：20世紀80年代，功率場效應管、絕緣柵型晶體管、 MOS控制 晶閘管等功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎。第四階段：20世紀90年代，微電子技術的發(fā)展使新近的控制技術如矢量 控制技術、多電平變換技術、重復控制、模糊控制等技術在逆變領域得到了較好 的應用，極大的促進了逆變器技術的發(fā)展；第五階段：21世紀初，逆變技術的發(fā)展隨著電力電子技術、微電子技術和 現代控制理論的進

4、步不斷改進，逆變技術正朝著高頻化、高效率、高功率密度、 高可靠性、智能化的方向發(fā)展。3光伏并網逆變器的分類光伏并網發(fā)電系統(tǒng)原理圖如圖1所示，其中圖1(a)為兩級式光伏并網發(fā)電 系統(tǒng)，圖1(b)為單級式光伏并網發(fā)電系統(tǒng)。兩級式光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中，并網逆 變器只需進行逆變控制，光伏陣列最大功率點跟蹤( MPPT )由前級DC/DC變 換器完成，并網逆變器通過控制 DC/DC變換器的輸出電壓實現系統(tǒng)功率平衡， 并網逆變器控制的任務是保證輸出電流與電網電壓頻率、相位完全一致；單級式光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中，并網逆變器要同時完成 MPPT和并網電流控制的任務， 即保證光伏陣列輸出功率最大化的前提下控制并網電流

5、與電網電壓同頻同相。(a)(b)圖1光伏并網發(fā)電系統(tǒng)原理圖光伏并網逆變器可以按照拓撲結構、隔離方式、輸出相數、功率等級、功 率流向等進行分類。按照拓撲結構分類，目前采用的拓撲結構包括：全橋逆變拓 撲、半橋逆變拓撲、多電平逆變拓撲、推挽逆變拓撲、正激逆變拓撲、反激逆變 拓撲等，其中高壓大功率光伏并網逆變器可采用多電平逆變拓撲，中等功率光伏并網逆變器多采用全橋、半橋逆變拓撲，小功率光伏并網逆變器采用正激、反激逆變拓撲。按照隔離方式分類包括包括隔離式和非隔離式兩類，其中隔離式并網逆變 器又分為工頻變壓器隔離方式和高頻變壓器隔離方式，光伏并網逆變器發(fā)展之初 多采用工頻變壓器隔離的方式，但由于其體積、重

6、量、成本方面的明顯缺陷，近 年來高頻變壓器隔離方式的并網逆變器發(fā)展較快，非隔離式并網逆變器以其高效率、控制簡單等優(yōu)勢也逐漸獲得認可，目前已經在歐洲開始推廣應用，但需要解 決可靠性、共模電流等關鍵問題。按照輸出相數可以分為單相和三相并網逆變器兩類，中小功率場合一般多 采用單相方式，大功率場合多采用三相并網逆變器。 按照功率等級進行分類，可 分為功率小于1kVA的小功率并網逆變器，功率等級 1kVA50kVA的中等功率 并網逆變器和50kVA以上的大功率并網逆變器。從光伏并網逆變器發(fā)展至今， 發(fā)展最為成熟的屬于中等功率的并網逆變器，目前已經實現商業(yè)化批量生產，技 術趨于成熟，光伏并網逆變器未來的發(fā)

7、展將是小功率微逆變器也即光伏模塊集成 逆變器和大功率并網逆變器兩個方向并行。微逆變器在光伏建筑集成發(fā)電系統(tǒng)、 城市居民發(fā)電系統(tǒng)、中小規(guī)模光伏電站有其獨特的優(yōu)勢， 大功率光伏并網逆變器 在大規(guī)模光伏電站，如沙漠光伏電站，等系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢。按照功率流向進行分類，分為單方向功率流并網逆變器和雙方向功率流并 網逆變器兩類，單向功率流并網逆變器僅用作并網發(fā)電， 雙向功率流并網逆變器 除可用作并網發(fā)電外，還能用作整流器，改善電網電壓質量和負載功率因素， 近 幾年雙向功率流并網逆變器開始獲得關注， 是未來的發(fā)展方向之一。未來的光伏 并網逆變器將集并網發(fā)電、無功補償、有源濾波等功能與一身，在白天有陽光時 實

8、現并網發(fā)電，夜晚用電時實現無功補償、有源濾波等功能?？v觀光伏并網逆變器的發(fā)展歷程，高頻化、小型化、智能化、模塊化將是 其主要發(fā)展方向之一，未來最具發(fā)展前景和發(fā)展?jié)摿Φ墓夥⒕W逆變器當屬微逆 變器（光伏模塊集成逆變器），因為其具有突出的發(fā)電效率高、模塊化生產、系統(tǒng)擴展靈活、易于集成等突出優(yōu)勢，據研究報道，采用微逆變器技術可以在現有 技術的基礎上，使光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率提升 5%25%，美國Enphase公司 的Microinverter和美國國家半導體的Solarmagic技術獲得了業(yè)界的廣泛關注， 國內英偉力（Involar）新能源公司推出的微逆變器產品也成為了業(yè)界的一大亮點。4光伏并網逆變

9、器產業(yè)鏈光伏并網逆變器的產業(yè)鏈包括上游的電力電子元器件生產商、中游的光伏并網逆變器生產商和下游的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)。電力電子器件包括：電阻、電容、功率器件、磁性元器件生產商，集成電 路、數字信號處理器生產商、變壓器、機殼機柜生產制造上等。其中核心器件為 半導體功率器件，它在電路結構設計、逆變器性能表現等方面起到舉足輕重的作 用，但光伏并網逆變器行業(yè)與上游的關聯性仍較低， 上游行業(yè)的影響主要體現在 本行業(yè)的采購成本方面。光伏并網逆變器行業(yè)與下游的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展密切相關，下 游行業(yè)對本行業(yè)的發(fā)展具有較大的牽引和驅動作用，國家光伏項目建設與投資是決定本行業(yè)未來需求的重要部分，其需求變化直接

10、決定了本行業(yè)未來的發(fā)展狀況。5國內外發(fā)展現狀近幾年，隨著西班牙、德國、美國、日本對本國光伏產業(yè)的政策扶持，全 球光伏發(fā)電逆變器的銷售額逐年遞增，光伏發(fā)電用逆變器進入了一個快速增長的 階段。但目前全球光伏逆變器市場基本被國際幾大巨頭瓜分，歐洲式全球光伏市場的先驅，具備完善的光伏產業(yè)鏈，光伏逆變器技術處于世界領先地位。SMA是全球最早也是最大的光伏逆變器生產企業(yè)（德國市場占有率達50%以上），約占全球市場份額的三分之一，第二位是 Fronius。全球前七位的生產企業(yè)占領了近70%的市場份額。目前國內光伏并網逆變器市場規(guī)模較小，國內生產逆變器的廠商眾多，但 專門用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器制造商并不多，

11、但是不少國內企業(yè)已經在逆變器行業(yè)已經研究多年，已經具備一定的規(guī)模和競爭力，但在逆變器技術質量、規(guī)模 上與國外企業(yè)仍具有較大差距，目前具有較大規(guī)模的廠商有合肥陽光、 北京科諾 偉業(yè)、北京索英、志誠冠軍、南京冠亞、上海英偉力新能源科技有限公司等企業(yè)。目前這些企業(yè)用于光伏系統(tǒng)的產量呈逐年上升的趨勢。國內市場規(guī)模雖然較小，但未來光伏電站市場的巨大發(fā)展空間和發(fā)展?jié)摿?給國內企業(yè)帶來發(fā)展的歷史機遇。目前國內光伏逆變器主要被陽光電源、艾思瑪、 KACO等品牌所占領，國外企業(yè)多數通過代理渠道進入國內市場，由于售后服務提供難度大整體市場占有率不高。2008年統(tǒng)計數字顯示，合肥陽光電源公司占 據70%以上的光 伏

12、逆變器市場份額，國內重點光伏項目大功率產品幾乎全部選 用國內產品。從技術方面來看，國內企業(yè)在轉換效率、結構工藝、智能化程度、穩(wěn)定性 等方面與國外先進水平仍有一定差距，目前我國在小功率逆變器技術上與國外處 于同一水平，在大功率并網逆變器上，大功率并網逆變器仍需進一步發(fā)展。6結論從技術層面來講，大功率并網逆變器和小功率并網逆變器是未來的兩個主 要發(fā)展方向，其中小功率光伏并網逆變器一一微逆變器是最具發(fā)展?jié)摿褪袌鰬?用前景的發(fā)展方向，高頻化、高效率、高功率密度、高可靠性和高度智能化是未 來的發(fā)展方向。英偉力（Involar）新能源科技公司是國內最早從事微逆變器研究的 公司，公司從2008年初開始微逆變器技術的開發(fā)，經過近兩年的努力已完全自 主掌握了微逆變器