什麼是太陽能逆變器？

隨著世界各國不斷追求永續的清潔能源解決方案，太陽能已成為邁向綠色未來的領導者。太陽能光電 (PV) 系統充分利用了太陽豐富的再生能源，已廣泛普及，為我們發電方式的顯著變革鋪平了道路。 每個太陽能光伏系統的核心都是關鍵部件，它能夠將陽光轉化為可用的能源：太陽能逆變器太陽能逆變器是連接太陽能電池板和電網的橋樑，在有效利用太陽能方面發揮著至關重要的作用。了解其工作原理並探索其各種類型是理解太陽能轉換背後迷人機制的關鍵。 H怎麼了S奧拉爾I逆變器W獸人? 太陽能逆變器是一種電子設備，它將太陽能電池板產生的直流電 (DC) 轉換為交流電 (AC)，用於為家用電器供電並輸送到電網。太陽能逆變器的工作原理可分為三個主要階段：轉換、控制和輸出。 轉換： 太陽能逆變器首先接收太陽能板產生的直流電。這種直流電通常呈現波動電壓，會隨著日照強度而改變。逆變器的主要任務是將這種波動的直流電壓轉換為適合使用的穩定交流電壓。 轉換過程涉及兩個關鍵部件：一組電力電子開關（通常是絕緣柵雙極電晶體，簡稱IGBT）和一個高頻變壓器。這些開關負責快速接通和斷開直流電壓，從而產生高頻脈衝訊號。然後，變壓器將電壓升壓至所需的交流電壓等級。 控制： 太陽能逆變器的控制階段確保轉換過程有效率且安全地運作。它涉及使用複雜的控制演算法和感測器來監控和調節各種參數。一些重要的控制功能包括： a. 最大功率點追蹤 (MPPT)：太陽能板有一個最佳工作點，稱為最大功率點 (MPP)，在給定的日照強度下，太陽能板在此點產生最大功率。 MPPT 演算法透過追蹤 MPP 不斷調整太陽能板的工作點，以實現功率輸出最大化。 b. 電壓和頻率調節：逆變器的控制系統可維持穩定的交流輸出電壓和頻率，通常遵循公用電網的標準。這確保了與其他電氣設備的兼容性，並實現了與電網的無縫整合。 c. 電網同步：併網太陽能逆變器將交流輸出的相位和頻率與公用電網同步。這種同步功能使逆變器能夠將多餘的電力回饋到電網，或在太陽能發電不足時從電網獲取電力。 輸出： 在最後階段，太陽能逆變器將轉換後的交流電輸送給用電負載或電網。輸出可透過兩種方式利用： a. 併網或併網系統：在併網系統中，太陽能逆變器將交流電直接輸送到公用電網。這減少了對化石燃料發電廠的依賴，並實現了淨計量，即白天產生的多餘電力可以計入信用額度，並在太陽能發電量較低的時段使用。 b. 離網系統：在離網系統中，太陽能逆變器除了供電給用負載外，還為電池組充電。電池儲存多餘的太陽能，可在太陽能發電量低或夜間太陽能板不發電時使用。 太陽能逆變器的特性： 效率： 太陽能逆變器旨在高效運行，以最大限度地提高太陽能光伏系統的能量產出。更高的效率可減少轉換過程中的能量損失，從而確保更大比例的太陽能得到有效利用。 功率輸出： 太陽能逆變器的額定功率各不相同，適用於從小型住宅系統到大型商業設施的各種應用。逆變器的功率輸出應與太陽能板的容量適當匹配，以實現最佳性能。 耐用性和可靠性： 太陽能逆變器會暴露在各種環境條件下，包括溫度波動、濕度和潛在的電湧。因此，逆變器應採用堅固的材料製造，並設計為能夠承受這些條件，以確保長期可靠性。 監控和通訊： 許多現代太陽能逆變器都配備了監控系統，方便使用者追蹤太陽能光電系統的性能。一些逆變器還可以與外部設備和軟體平台通信，提供即時數據並實現遠端監控。 安全特性： 太陽能逆變器整合各種安全功能，以保護系統及其操作人員。這些功能包括過壓保護、過電流保護、接地故障偵測和防孤島保護，防孤島保護可防止逆變器在斷電期間向電網供電。 太陽能逆變器按額定功率分類 光伏逆變器（也稱為太陽能逆變器）可根據其設計、功能和應用分為不同類型。了解這些分類有助於為特定的太陽能光電系統選擇最合適的逆變器。以下是按功率等級分類的主要光伏逆變器類型： 變頻器依功率等級分：主要分為分散式逆變器（組串式逆變器&微型逆變器）、集中式逆變器 字串反轉ers: 組串逆變器是住宅和商業太陽能裝置中最常用的光伏逆變器類型，其設計用於處理串聯的多塊太陽能電池板，形成一個「串」。光伏組串（1-5kw）透過直流側的最大功率峰值追蹤和交流側的並聯電網連接，已成為當今國際市場上最受歡迎的逆變器。 太陽能板產生的直流電被輸入到串聯逆變器，逆變器將其轉換為交流電，可立即使用或輸出至電網。串式逆變器以其簡單、經濟高效和易於安裝而聞名。然而，整個串的性能取決於性能最差的電池板，這可能會影響整個系統的效率。 微型逆變器： 微型逆變器是安裝在光電系統中每個太陽能板上的小型逆變器。與串聯逆變器不同，微型逆變器在電池板層級將直流電轉換為交流電。這種設計允許每個電池板獨立運行，從而優化系統的整體能量輸出。微型逆變器具有許多優勢，包括電池板級最大功率點追蹤 (MPPT)、在遮擋或功率不匹配的電池板中提升系統性能、由於直流電壓較低而提高安全性以及對每個電池板性能的詳細監控。然而，較高的前期成本和潛在的安裝複雜性是需要考慮的因素。 集中式逆變器： 集中式逆變器，也稱為大型或公用事業規模（>10kW）逆變器，通常用於大型太陽能光電裝置，例如太陽能發電場或商業太陽能專案。這些逆變器旨在處理來自多個太陽能板串或陣列的高直流電輸入，並將其轉換為交流電以連接到電網。 其最大的特點是系統功率高、成本低，但由於不同光伏組串的輸出電壓、電流往往無法完全匹配（特別是當光伏組串因陰天、陰影、污點等原因被部分遮擋時），採用集中式逆變器會導致逆變過程效率較低，從而降低家用電能。 集中式逆變器通常比其他類型的逆變器具有更高的功率容量，範圍從數千瓦到幾兆瓦。它們安裝在中心位置或逆變站，並將多串或陣列的太陽能電池板並聯連接到它們。 太陽能逆變器有什麼作用？ 光伏逆變器具有多種功能，包括交流電轉換、優化太陽能電池性能以及系統保護。這些功能涵蓋自動運作和關閉、最大功率追蹤控制、防孤島效應（適用於併網系統）、自動電壓調節（適用於併網系統）、直流檢測（適用於併網系統）以及直流接地檢測（適用於併網系統）。讓我們簡要探討一下自動運轉和關閉功能以及最大功率追蹤控制功能。 1）自動運轉、停機功能 早晨日出後，太陽輻射強度逐漸增強，太陽能電池的輸出也隨之增大，當達到逆變器所需的輸出功率時，逆變器自動開始運作。進入運作後，逆變器會隨時監測太陽能電池組件的輸出，只要太陽能電池組件的輸出功率大於逆變器所需的輸出功率，逆變器就會持續運作；直到日落停止，即使是陰雨天氣，逆變器也同樣運作。當太陽能電池組件的輸出變小，逆變器的輸出接近0時，逆變器就會形成待機狀態。 2）最大功率追蹤控制功能 太陽能電池組件的輸出功率會隨著太陽輻射強度以及太陽能電池組件本身的溫度（晶片溫度）而變化。另外，由於太陽能電池組件具有電壓隨電流的增加而下降的特性，因此存在一個可以獲得最大功率的最佳工作點。太陽輻射強度在變化，顯然最佳工作點也在改變。相對於這些變化，太陽能電池組件的工作點始終處於最大功率點，系統始終從太陽能電池組件獲得最大功率輸出。這種控制就是最大功率追蹤控制。應用於太陽能發電系統的逆變器最大的特點就是具有最大功率點追蹤（MPPT）功能。 光電逆變器主要技術指標 1.輸出電壓的穩定性 在光電系統中，太陽能電池發出的電能首先由蓄電池儲存起來，然後再經過逆變器轉換成220V或380V交流電。但蓄電池受自身充放電的影響，其輸出電壓變化範圍大。例如，標稱12V的蓄電池，其電壓值可在10.8～14.4V之間變化（超出此範圍可能對蓄電池造成損壞）。對於合格的逆變器，當輸入端電壓在此範圍內變化時，其穩態輸出電壓的變化量不得超過額定值的±5%。同時，當負載突變時，其輸出電壓偏差不應超過額定值的±10%。 2.輸出電壓波形畸變 對於正弦波逆變器，應規定最大允許波形畸變率（或諧波含量）。通常以輸出電壓的總波形畸變率來表示，其值不應超過5%（單相輸出允許10%）。由於逆變器輸出的高次諧波電流會在感性負載上產生渦流等附加損耗，因此，如果逆變器波形畸變率過大，會造成負載元件嚴重發熱，不利於用電設備安全，並嚴重影響系統的運作效率。 3.額定輸出頻率 對於包括電動馬達在內的負載，例如洗衣機、冰箱等，由於電動馬達的最佳頻率工作點為50Hz，頻率過高或過低都會引起設備發熱，降低系統運作效率和使用壽命，因此變頻器的輸出頻率應是一個相對穩定的值，通常為工頻50Hz，正常工作情況下其偏差應在±l%以內。 4.負載功率因數 表徵逆變器帶感性負載還是容性負載的能力。正弦波逆變器的負載功率因數為0.7~0.9，額定值為0.9。在負載功率一定的情況下，如果逆變器的功率因數較低，則所需逆變器的容量會增加。一方面會導致成本增加，同時光電系統交叉電路的視在功率也會增加。隨著電流的增加，損耗必然會增加，系統效率也會下降。 5.逆變器效率 逆變器的效率是指在規定的工作條件下，其輸出功率與輸入功率的比值，以百分比表示。一般情況下，光電逆變器的標稱效率是指純阻性負載條件下80%負載的效率。由於光電系統的整體成本較高，因此應最大限度地提高光電逆變器的效率，以降低系統成本，並提高光電系統的性價比。目前主流逆變器的標稱效率在80%~95%之間，小功率逆變器的效率需求不低於85%。在實際的光電系統設計過程中，不僅要選用高效率的逆變器，還要合理配置系統，使光電系統的負載盡可能工作在最佳效率點附近。 6.額定輸出電流（或額定輸出容量） 表示在規定的負載功率因數範圍內，逆變器的額定輸出電流。有些逆變器產品給出了額定輸出容量，其單位以VA或kVA表示。逆變器的額定容量是輸出功率因數為1（即純阻性負載）時的額定輸出電壓與額定輸出電流的乘積。 7.保護措施 性能優良的逆變器還應具備完善的保護功能或措施，以應對實際使用過程中出現的各種異常情況，從而保護逆變器本身及系統其他部件不受損壞。 1）輸入欠壓保險帳戶： 當輸入端電壓低於額定電壓的85%時，逆變器應有保護和顯示。 2）輸入過壓保護器： 當輸入端電壓高於額定電壓的130%時，變頻器應有保護並顯示。 3）過流保護： 逆變器的過電流保護應能確保在負載短路或電流超過允許值時及時動作，防止其被突波電流損壞。當工作電流超過額定值的150%時，逆變器應能自動保護。 4）輸出短路保護 逆變器的短路保護動作時間不應超過0.5s。 5）輸入反接保護： 當輸入端正負極接反時，逆變器應有保護功能和顯示。 6）防雷： 逆變器應有防雷保護。 7）過溫保護等。 另外，對於沒有穩壓措施的逆變器，逆變器也應具有輸出過壓保護措施，保護負載免受過壓損壞。 8.起動特性 表徵逆變器帶負載啟動能力及動態運轉性能。逆變器應保證在額定負載下可靠啟動。 9.噪音 電力電子設備中的變壓器、濾波電感、電磁開關、風扇等元件都會產生雜訊。變頻器正常運作時，其雜訊不應超過80dB，小型變頻器的雜訊不應超過65dB。 太陽能逆變器的選擇技巧