高效率太陽(yáng)能逆變器

從人類進(jìn)入文明社會(huì)早期開(kāi)始，我們的祖先就受益于太陽(yáng)能，例如，進(jìn)行照明、加熱以及烹飪等。太陽(yáng)使許多生態(tài)能量以生物的形式固定下來(lái)，以及通過(guò)天氣，甚至風(fēng)的作用施加影響。隨著礦物燃料成本的逐步提高，美國(guó)社會(huì)正在促進(jìn)太陽(yáng)能的使用，如用于加熱，特別是使用一流的、可靠的，可以接入輸電網(wǎng)絡(luò)中的太陽(yáng)能電池光伏系統(tǒng)。

太陽(yáng)能電池的作用從誕生一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，已經(jīng)被人熟知，而且電池面板的普及應(yīng)用也已經(jīng)有半個(gè)多世紀(jì)了。太陽(yáng)能電池面板由石英硅單元或者采用新型薄膜技術(shù)的單元組成。在民用照明系統(tǒng)中，太陽(yáng)光通過(guò)電池面板轉(zhuǎn)換成直流電，然后通過(guò)一個(gè)電子太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變器用于和電網(wǎng)互連。

與太陽(yáng)能電池面板相比，逆變器由于本身固有的復(fù)雜性，被認(rèn)為是系統(tǒng)中可靠性最低的一部分。因此，如果希望系統(tǒng)有超過(guò)20年的使用壽命，并具有很高的客戶滿意度，那么選擇聲譽(yù)良好的供應(yīng)商和簽訂有益的保障條款就變得極為重要。

圖1 常規(guī)意義的平坦效率特征曲線圖

本文主要講述對(duì)系統(tǒng)性能有最大影響的串聯(lián)逆變器中3個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：串聯(lián)的數(shù)量、光電轉(zhuǎn)換效率以及系統(tǒng)監(jiān)控。

串聯(lián)的數(shù)量
串連的數(shù)量是系統(tǒng)要求的電池面板數(shù)量和類型與逆變器之間的匹配。在選擇電池面板和逆變器時(shí)，理解所使用的技術(shù)或當(dāng)?shù)貒?guó)家編碼規(guī)范所要求的接地類型是非常重要的。石英面板在大部分地區(qū)使用時(shí)是無(wú)需接地的，但是由于表面充電累積效應(yīng)的影響，有一種高效的后端連接面板需要正極接地以避免效率損失。

在薄膜技術(shù)中使用透明氧化傳導(dǎo)（Transparent Oxide Conducting：TCO）技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)表明，由于離子遷移現(xiàn)象，電池面板會(huì)被加速腐蝕，因此許多生產(chǎn)商推薦負(fù)極接地。兩種接地方式都需要在逆變器中進(jìn)行電流隔離。幸運(yùn)的是，用于電流隔離的變壓器使在逆變器中采用更寬輸入電壓范圍成為可能。

可以使用的輸入電壓范圍被稱之為最大跟蹤功率點(diǎn)（Maximum Power Point Tracking：MPPT），也就是逆變器可以從串聯(lián)面板中所提取的最大功率。串聯(lián)電壓會(huì)隨著溫度的變化而有很大的波動(dòng)，所以必須使之穩(wěn)定地落在額定范圍內(nèi)。美國(guó)國(guó)家電氣編碼規(guī)范要求逆變器必須能夠容忍最高達(dá)600V的直流輸入電壓，這種非常寬的MPPT范圍為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者帶來(lái)了極大的靈活性。

光電轉(zhuǎn)換效率
峰值電能轉(zhuǎn)換效率不是逆變器輸出最大功率能力的可靠測(cè)量指標(biāo)。每天乃至季節(jié)的不同都會(huì)發(fā)生太陽(yáng)光線強(qiáng)度的變化。一個(gè)平坦的效率特性曲線通常如圖1所描述的那樣。

表1 加權(quán)效率參數(shù)中的系數(shù)和光照百分比關(guān)系表

為了比較逆變器接近真實(shí)工作條件的效率，幾個(gè)社會(huì)團(tuán)體已經(jīng)提出了一種加權(quán)效率，用于在不同光照條件下衡量電能轉(zhuǎn)換效率。表1描述了加權(quán)系數(shù)和光照百分比之間的關(guān)系。