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组串式逆变器对光伏电站发电量的影响研究

范文

雷健华+吕崇+陈守信

摘要：本文对组串式逆变器对光伏电站发电量影响做了参数优势探讨与研究，然后结合光伏电站运行情况，围绕组串式逆变器应用相关的技术要点与注意事项展开了阐述。讨论其应用于大型光伏电站的安全、高效、可靠性，为我国大型光伏电站安全、稳定运行提供充分的保障。

关键词：组串式逆变器；光伏电站；光伏并网逆变器

中图分类号： TK51 文献标识码：A

逆变器作为光伏电站的核心设备，其可靠性直接影响到整个光伏电站的长期稳定运行。组串式逆变器模块化设计理念，实现了每个光伏串对应一个逆变器，每串光伏组件可实现最大功率点跟踪，不受光伏组串差异和阴影遮挡的影响，同时减少光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度地增加了发电量。组串式逆变器不仅可以应用于常规户外环境，在高海拔、多沙尘、超高温、重烟雾等恶劣环境下同样能够安全可靠地运行，其高可靠性很好地确保了光伏电站长期安全高效地运行。

1.光伏并网逆变器的现狀

逆变器按照隔离方式可分为隔离式和非隔离式两类，隔离又分为工频隔离和高频隔离。工频隔离具有的稳定性优势逐渐因高频隔离技术的发展而消失，高频隔离因较低的成本得到快速的发展，逐渐受到客户的青睐。逆变器依照交流输出方式可以分为单相和三相逆变器，单相主要是小功率逆变器，一般在10kW以内，三相主要在中功率和高功率段使用。单相小功率逆变器大多用在家庭屋顶光伏电站或者小型的分布式光伏电站，三相逆变器大多应用在商用光伏电站和目前火热的大型地面光伏电站中。

2.组串式逆变器技术分析和优势

2.1组串式逆变器定义

组串式逆变器一般是指直接连接光伏组串的单相或者三相输出逆变器，功率等级也由原来的几百瓦上升到几千瓦至几十千瓦。同时也形成了一些固定的显著特性：可室内外安装、IP65防护等级；直流直接与电池板相连，无需直流汇流箱；2路、3路或多路MPPT，MPPT跟踪更准确，更高效；设计灵活，对山地、丘陵、楼宇等各类型的电站适应性强。

2.2组串式逆变器技术特点

国内三相组串式逆变器一般分为两级系统，前级为升压环节，对输入的直流电压进行升压，同时在这个阶段实现MPPT最大功率点跟踪技术，后级为三相三电平全桥你变技术，最高效率一般在97.5%以上，逆变后无隔离变压器输出直接接入市电380V或者升压箱变低压侧。

2.3组串式逆变器的技术优势

组串式逆变器以两个优势尤为突出：

（1）模块化设计、多路MPPT，能够有效解决组串并联失配、组件遮挡时的木桶效应、能够同时使用不同类型的光伏组件，能有效降低组件衰减对系统造成的发电量损失。①MPPT范围宽，启动电压低，发电量时间长。常规500kV集中式逆变器的启动电压为480V而30kV组串式逆变器的启动电压为300V，且MPPT电压范围为280V～950V相比集中式的450V～820V更宽，由此可见：组串式逆变器电压跟踪范围宽，启动低压低，并网时间更长。②解决组串并联失配问题。一般而言组串式逆变器效率比集中的低，组串式逆变器的效率一般在98%左右，而集中式在98.5%左右。③可以同时使用不同的光伏组件：常规晶硅组件各个厂家的质量参差不齐，同一批次的也不能保证参数相同，组件的衰减更是无法保障，衰减的幅度各不相同，这在电站运行3～5年后问题将尤为突出。

（2）故障时对系统的发电量影响小，故障恢复时间短

1MW中的其中一台出现故障，将导致500kW的光伏阵列不能发电，由于集中式逆变器设备体积大、笨重，一般都没有整个设备的备件，需要设备厂商派专人来维护，维修周期漫长，损失巨大。组串式逆变器设备体积小，重量轻，设备更换简便；同时无需专业人员专人操作的特征也确保了逆变器出现故障后，现场运维人员能够第一时间更换故障设备，把设备的发电量损失降到最小，及时发现故障信息进行设备更换，单台逆变器也最多影响6个组串的发电量。

3.厂房屋顶光伏电站实验数据分析

3.1实验平台介绍

本案例太阳能光伏发电系统实验平台为广东明阳电气集团有限公司厂房屋顶光伏电站，厂房屋顶一面积为6626m2，屋顶二面积为1595m2，屋顶三面积为7800m2。在屋顶铺设无锡尚德太阳能电力公司生产的高效多晶硅组件STP280-24/Vb，功率为280Wp，总计1080片，总功率302.4kWp，实际接入系统302.4kWp。

3.2实验方案及数据分析

对厂房屋顶二面积为 1595.7m2所在的光伏发电区域进行不同类型的遮挡实验，为对比两种逆变器相同遮挡下的发电量情况，对光伏组件对称分区接入组串式和集中式逆变器中，组件对称遮挡，确保光照和阴影遮挡面积相同。实验统计数据结果见表1。

组件横向排布时，最初假设阴影只遮挡1个电池串，当遮挡面积逐渐增大到一定程度时，被遮挡的电池将成为其他未遮挡的电池的负载进而产生压降，当压降大于未遮挡的电池的输出电压时，与被遮挡电池串对应的旁路二极管将承受正压促使其导通，这时被遮挡电池串被正向导通二极管旁路掉，功率全部消耗在二极管，这样另外两个未遮挡的电池串正常输出功率。而当组件纵向排布时，遮挡同时作用于3个电池串，3个对应的二极管若全部正向导通，组件没有任何功率输出，若3个二极管若没有全部正向导通，被遮挡电池作为负载消耗掉其他组件产生的功率，组件同样没有功率输出。

由实验数据可以看出，在光伏组件出现阴影遮挡的情况下，A区中只有单路MPPT的集中式逆变器无论是纵向遮挡还是横向遮挡，发电量均受到较大的影响，而采用30kW组串式逆变器的B区，发电量受影响程度相对较少，B区相对于A区在两种类型遮挡下发电量分别高出约3%、7%，由此可以看出在出现阴影遮挡的情况下拥有多路MPPT的组串式逆变器发电量更高，对光资源的适应性更强，且不同的遮挡方式对组件发电量影响不同。

结论

通过比较发现，集中式逆变器与组串式逆变器方案都有自身的优势和存在的价值，只有根据电站运行的实际需求选择更加合适的方案，才能为电站的安全、稳定、高效运行提供充分的保障。在光照分布不均匀的特殊地形光伏电站中，采用组串式逆变器方案更经济更高效。

参考文献

[1]高立刚，范宪国.集中式与组串式逆变器方案在大型并网光伏电站中的投资成本分析[J].太阳能，2015（4）：19-21+40.

[2]孔令国，蔡国伟.大规模并网光伏电站的逆变器控制方法研究[J].电力系统保护与控制，2013（22）：57-63.

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