上海艾能电力工程有限公司 上海 200231
摘要：在光伏发电系统中，重要设备逆变器目前生产厂家具多，市场上产品五花八门，功能有差异，更新换代快，详细阐述逆变器参数选择方法，列出逆变器选择需要注意的要点。
关键词：光伏发电；逆变器；设计选择
1 引言
今天倡导对绿色能源大力推广下，光伏发电已广泛应用。作为光伏发电核心设备的逆变器，其性能直接影响整个光伏发电系统总体效益和可靠性，是光伏设计重要部分，本文从技术角度介绍逆变器的选择。
2 逆变器选择
逆变器是将组件产生的直流电转换为交流电的设备，起着直、交流转换，最大限度地发挥组件性能的功能、以及故障保护功能。其选择主要考虑方面如下：
2.1逆变器类型选择
逆变器按不同光伏发电项目需求，其类型依据用途分为集中式、组串式及微型逆变器。
集中式逆变器属大功率逆变器，设备功率在100~2000kW之间，功率器件采用大电流IGBT三相输出，用于大型光伏发电系统中，一般兆瓦级以上，如日照均匀的大型厂房，荒漠电站，地面电站等项目中。其特点为：功率大、体积大、一个光伏场区使用量少。
组串式逆变器功率在1~80kW之间，逆变器开关管一般采用小电流的MOSFET，三相或单相输出，多用于分布式或小型光伏发电系统中，如屋顶光伏发电，小型地面光伏发电等项目中。其体积小，室外挂壁或支架支撑安装，使用数量较多。
微型逆变器是功率≤1kW的逆变器，单相输出，多用于小型电站，成本高，交流侧连线复杂，维护难度大，用量很小。
2.2 逆变器参数选择
2.2.1 逆变器容量选择
逆变器容量由多方因素综合确定：
首先，逆变器容量近似等于输入组件总功率：集中式逆变器，一台逆变器对应一个大阵列分区，组件电流由汇流箱汇流后接入逆变器，输入组件总功率≈组件标称功率×组件串联数×组件并联数×汇流箱个数；组串式逆变器，组件串直接接入逆变器：输入组件总功率≈组件标称功率×组件串联数×组件并联数。
其次，容量确定需考虑容配比，接入逆变器的组件总容量和逆变器额定容量之比，称为容配比。容配比设计，结合项目地实际情况综合考虑，主要影响因素包含当地辐照度、系统损耗、逆变器参数、组件安装角度等：
不同区域辐照度不同，即使在同一地区，不同地方的辐射量有较大差异。如西藏噶尔和青海格尔木同属I类资源区，噶尔全年辐射量为7998MJ/m2，比格尔木的6815MJ/m2高17%。在相同系统配置和容配比下，噶尔地区的发电量高出17%。想达到相同发电量，改变格尔木地区光伏容配比来实现。
太阳能由组件吸收，经过直流线缆等设备到达逆变器，各个环节都存在损耗。直流侧损耗通常在7-11%左右，逆变器损耗约1-2%，总损耗约为8-13%，在容配比相等情况下，逆变器实际输出最大容量只有逆变器额定容量的90%左右，即使在光照最好的时候，逆变器也没有满载，有一定比例的功率闲置。不同倾斜角的组件接收的辐照度也不同，总之，容配比依据项目实地影响因素而不同，一般有1：2，1：2.5，1：3等，简称超配设计，逆变器容量随容配比调整，大的容配比可以减少逆变器的数量。
2.2.2逆变器额定电流电压选择
组件串电流等于单体组件工作电流，电压=单体组件电压X组件数，逆变器最大输入电流要大于组件串的最大输出电流，差值尽量大一些，以防止电流过大对逆变器造成过热而损坏；逆变器额定电压要与组件串的电压相匹配，特别是组件串标称电压近似逆变器MPPT电压的中间值时，效率最高。
2.2.3 逆变器MPPT输入数选择
逆变器MPPT即最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking），它能够通过调节电气模块工作状态，使组件串输出更多电能，组件串电压在逆变器输入电压范围内自动追踪最大功率点的功能。
组件受阴影遮挡、朝向、性能不完全一致等因素影响使组件的发电不能保持在最高效率，因此需要MPPT跟踪来提升组件发电量，组件投入后发电性能慢慢衰减，发电量随之出现衰减，时间越长，衰减越明显，带MPPT跟踪功能与不带MPPT跟踪功能的逆变器相比，效果明显。
逆变器的组件串接入路数随功率增大而增多，如每一路都在MPPT跟踪下，整个分区组件都处在最优状态。MPPT输入数也反过来影响配板设计即组件配置，及线缆等辅助材料使用量。
因此尽可能选取MPPT输入数多的逆变器，组串式逆变器有多路MPPT，跟踪电压范围为200V~900V，集中式逆变器MPPT数相对较少，跟踪电压范围为450V~820V。
2.2.4 逆变器效率选择
逆变器输出效率是指在额定输出电压、电流和功率因数下，输出功率与输入功率之比。逆变器效率标示了“最大效率”和“欧洲效率”两种：“最大效率”指逆变器能达到的最大效率，欧洲效率是根据一天内日照强度的变化计算加权值，用特定公式计算一天内的“平均效率”。逆变器发电效率与自身元器件性能、散热程度、故障率等因素有关，逆变器效率并不是恒值，当负荷率低于20%或高于80%时，效率要低一些；标准规定逆变器输出功率≥输入功率的75%时，效率≥90%，市场主流逆变器的效率在95%~99%之间，选取整机效率高的逆变器。
2.3 逆变器保护功能选择
逆变器肩负着保护发电系统和电网的重要责任，逆变器必须具备检测和保护功能，当组件、设备或电网发生故障时，逆变器通过电流、电压采样，灵敏做出判断，相应保护动作，用以保护人身、设备及电网安全，按需选择保护功能齐全的逆变器。
逆变器基本保护功能有：输入过压及欠压保护、输入过流保护、短路保护、过热保护，极性反接保护、防雷击保护；并网保护有：输出过压保护，输出过流保护，过频、欠频保护、防孤岛保护及低电压穿越保护。防孤岛、低电压穿越保护介绍如下：
防孤岛效应指在电网故障失电压时，光伏电站仍然保持对失压电网中的某一部分继续供电的状况。此时发电系统是一个独立供电系统，称为孤岛。孤岛效应会对电网和用户设备造成影响，甚至损坏设备。防止此状况出现的保护就是防孤岛保护。
低电压穿越是电力系统故障或扰动引起的光伏电站并网点电压跌落时，在一定的电压跌落范围和时间内，光伏电站能够保证不脱网连续运行，逆变器要具备一定耐受异常电压的能力，避免在电网电压异常时脱离，引起电网波动。
2.4 逆变器过载能力
逆变器要具备一定的过载能力，选型时要考虑，相关标准规定：
输入电压与输出功率为额定值时，逆变器应连续可靠工作4h以上；输入电压与输出功率为额定值的125%时，逆变器应连续可靠工作1min以上；输入电压与输出功率为额定值的150%时，逆变器应连续可靠工作10s以上。
2.5 逆变器散热
逆变器的发热不容忽视，温度过高会影响发电量及设备使用寿命，逆变器的散热很重要，单机功率是设计散热方案的主要依据，逆变器散热设计要综合考虑到散热效果、实用性及经济性等多方面因素，主要散热方式有二种：
1、自然冷却：故障率低、噪音小、保护等级高，对散热片设计及软件控制技术要求高。
2、强制风冷：散热速度快是其主要优势，在恶劣的环境中风扇故障率高、噪音大、功耗多。
组串式逆变器功率小于20KW，采用自然冷却；大于25KW时，用强制风冷。多数采用户外安装，易受高温暴晒、湿热、盐雾等，尽量安装在通风好，阳光无法直射的地方。
集中式逆变器为大功率设备，室内安装，采用强制风冷方式。
2.6逆变器防护等级
逆变器要根据当地气象条件和安装模式来选择IP防护等级。组串式逆变器一般户外安装，考虑防水、防尘，防护等级选IP65及以上；集中式逆变器一般户内安装，防护等级在IP20~IP24之间，若遇特殊环境特殊选择。
3.结束语
光伏发电设计时，合理选择配置逆变器，对优化光伏发电设计，降低成本提高发电效能有重要意义。
参考文献：
[1]李忠实.太阳能光伏发电系统设计施工与应用[M].（人民邮电出版社），2012（10）
[2]GB50797-2012.光伏发电站设计规范[S].中国电力企业联合会、中华人民共和国住房和城乡建设部，2012（11）
[3]李忠实等编.分布式光伏电站设计施工与应用[M].（机械工业出版社），2018（1）