李君業(yè)，周 寧

1.淄博市纖維紡織產(chǎn)品監(jiān)督檢驗所，山東淄博 255033

2.淄博廣電天網(wǎng)視訊有限公司，山東淄博 255033

進入2010年以來，隨著國家對太陽能發(fā)電的政策扶持，尤其是許多地方對太陽能光伏發(fā)電的補貼，讓太陽能發(fā)電成為了新寵，許多新能源的公司也把企業(yè)定位在太陽能發(fā)電。在未來幾年中，預計太陽能工程的增長率將達到20%～30%。

太陽能作為一種新能源，為電池制造、電源轉(zhuǎn)換等相關(guān)企業(yè)提供了新的舞臺。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電流為直流電，但民用電力以交流供電為主，而且太陽能發(fā)電最終將走向并網(wǎng)運行，這就要求太陽能發(fā)電必須通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電來驅(qū)動家用電器等負載。因此，逆變器在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用。

1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的要求

光伏發(fā)電分為離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)和聯(lián)網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)是其太陽能電池板所產(chǎn)生電力供特定負載使用消耗的獨立系統(tǒng)；聯(lián)網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)是其太陽能電池所產(chǎn)生電力由公共電網(wǎng)進行傳送輸出的發(fā)電系統(tǒng)。不論是那種系統(tǒng)都對關(guān)鍵部件逆變器提出了很高的要求。

1）整機效率要高，因為太陽能電池板的效率在15%左右而且價格較高，因此要求逆變器的自身消耗要少，轉(zhuǎn)換效率要高；

2）要具有完備的保護功能，光伏發(fā)電系統(tǒng)與我們?nèi)粘Ｊ褂玫墓搽娋W(wǎng)一樣，要具有過欠壓、過電流、短路、缺相保護以及溫度超限報警等功能。而實現(xiàn)這些功能也是逆變器的基本性能之一；

3）要有較寬的輸入電壓范圍及足夠的輸出容量，這是由太陽能電池的發(fā)電特點所要求的。由于日光光照角度及太陽發(fā)光強度的變化而導致了太陽能電池的輸出端電壓在不斷變化，從而影響逆變器的輸出容量產(chǎn)生變化，因此要求逆變器能在較大的輸入電壓范圍內(nèi)正常工作以保持輸出電壓的穩(wěn)定；

4）具有滿負載啟動性能，逆變器要做到在滿負載多次連續(xù)啟動的條件下而不損壞的能力；

5）輸出電壓的波形失真度要小，如果輸出電壓中含有較高的高次諧波，將對電力負載產(chǎn)生干擾而導致負載不能正常工作或?qū)搽娋W(wǎng)產(chǎn)生電力污染。

2 逆變技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

盡管近年來太陽能電池制造企業(yè)一直致力于提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，但是就2010年2月太陽能電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率來看，15cm×15cm厚200μm的太陽能電池也只能實現(xiàn)19.3%的轉(zhuǎn)換效率。由于太陽能面板的光電轉(zhuǎn)換效率相對低(平均約在15%左右)，所以從太陽能面板盡可能多獲得輸出功率的重任就落在了逆變器身上。 太陽能逆變器性能提高更依賴于功率開關(guān)器件，想獲得高效的交流輸出電壓和電流，就需要正確選擇功率器件。 在中小功率的太陽能逆變器中不少公司擁有自己的專利電路結(jié)構(gòu)，新一代功率器件使得這些電路如虎添翼，效率、可靠性等各方面性能都有了很大提高。

傳統(tǒng)逆變器與多個太陽能電池模塊串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，存在因日照不均、電池性能不均等原因?qū)е螺敵鲂氏陆档谋锥?，進而導致整體的輸出功率大幅降低的問題。為了解決這一問題，出現(xiàn)了各個太陽能電池模塊配備逆變器及轉(zhuǎn)換器功能的新架構(gòu)，即“微型逆變器”及“微型轉(zhuǎn)換器”。此外，與通信功能組合的話，還可用于監(jiān)視各個模塊的狀態(tài)，檢測出出現(xiàn)故障的模塊。簡而言之，微型逆變器是在各個模塊上全部配備上現(xiàn)有的逆變器功能。也就是說，從輸出功率的優(yōu)化到DC-AC轉(zhuǎn)換均由模塊來進行。從模塊輸出的功率為交流，可直接并入電網(wǎng)。 電源優(yōu)化器會以間接的方式互相通信，檢測自己的電流和電壓環(huán)境并自我調(diào)整，直到串聯(lián)的整排電池板能夠達到最佳值，同時在電池板級別達到局部優(yōu)化。

3 逆變技術(shù)對光伏發(fā)電的影響

隨著實際應(yīng)用的愈來愈普遍，太陽能逆變器也開始不斷面臨諸如并網(wǎng)性能、電磁兼容、保護功能等各類新的技術(shù)挑戰(zhàn)。具體來講，就是要提高并網(wǎng)效率、減少并網(wǎng)電流諧波、確保輸出功率因數(shù)和消除直流分量；電磁兼容方面，則是要控制電壓波動和閃爍、減少電磁輻射并提高抗擾度。市電和太陽能逆變器進行切換時，要實現(xiàn)電網(wǎng)與逆變器間的快速、平滑切換，需要解決以下幾個問題：一是逆變器的輸出始終與電網(wǎng)保持同步；二是切換開關(guān)裝置安全可靠；三是切換條件的快速和準確的檢測。因此，太陽能系統(tǒng)面對的最大挑戰(zhàn)是優(yōu)化逆變器性能。

4 當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響因素

近年來，在世界光伏市場的強勢拉動下，我國光電產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，已經(jīng)成為世界第一大太陽能電池生產(chǎn)國。同時，政府的各種政策扶持和資金支持，也使得光伏行業(yè)風生水起。去年7月，全國共示范建筑應(yīng)用項目111個、申報裝機容量152mW、示范裝機容量91mW，補貼金額約12億元，項目覆蓋了23個省（自治區(qū)）、3個直轄市和5個計劃單列市。而今年將優(yōu)先支持太陽能光電建筑應(yīng)用一體化程度較高的建材型、構(gòu)件型項目；優(yōu)先支持已出臺并落實上網(wǎng)電價、財政補貼等扶持政策的地區(qū)項目；優(yōu)先支持2009年示范項目進展較好的地區(qū)項目。但也要看到光伏發(fā)電的高成本及上網(wǎng)電價還未能敲定是當前制約其發(fā)展的主要因素，資料顯示，太陽能電池的原料多硅晶，目前核心技術(shù)掌握在歐美少數(shù)幾家公司手中，具有相當?shù)膲艛嘈?，而且我國的高純多晶硅材料多依賴進口，因此太陽能電池價格高昂，使太陽能發(fā)電成本很難有所下降。另外，太陽能電池中組件（如逆變器、控制器等）成本占整套系統(tǒng)的比例達到了70%，要降低發(fā)電成本，就要降低組件成本提升技術(shù)水平，就得不斷提高光電轉(zhuǎn)換率，而目前的光電轉(zhuǎn)換率多在15%左右，短時間內(nèi)難有大的突破。從中我們可以看出，要想打破光伏發(fā)電成本瓶頸，必須要靠科研人員和企業(yè)的自主研發(fā)創(chuàng)新，或找到更廉價的太陽能電池新材料，或提高光電轉(zhuǎn)化效率，而所有這些，需要的不僅僅是時間。降低發(fā)電成本是利用太陽能發(fā)電面臨的第一道坎。另一道坎就是目前太陽能發(fā)電并網(wǎng)的上網(wǎng)電價遲遲不能敲定。上網(wǎng)電價未定也影響了一些太陽能發(fā)電站的建立。而投資者只有知道了上網(wǎng)電價才能確定自己投資是否是明智的。

由此可以看出，只有提升光伏發(fā)電電池及各組件的技術(shù)創(chuàng)新能力和質(zhì)量水平并且明確產(chǎn)業(yè)政策，才能使我國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。促進我國新能源產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步。