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欧宝官网app:为什么叫逆变器?一文读懂光伏逆变器简史
发布时间:2022-08-13 12:43:36 来源:欧宝网站 作者:欧宝ob体育app登陆

  电力电子设备是光伏系统的重要组成部分,不管是并网光伏,还是离网光伏逆变器。本文将介绍光伏逆变器的历史以及它的发展。一路走来,我们甚至会找出为什么它被称为

  现代的太阳能光伏逆变器最简单的形式是电源转换器(Power Change Equipment),它将太阳能电池板产生的直流电转换为可以并网的交流电。但世界上第一个逆变器却相反:他们将交流电转换为直流电。

  Charles S. Bradley于1888年发明了旋转转换器。当时大多数电器和机械都使用直流电源运行,但交流传输迅速成为主导。迫切需要将传输的交流电转换为电器可以使用的直流电。

  从19世纪末到20世纪中叶,旋转转换器和电动发电机组完成了这项工作。现在,当我们谈论这种将交流电转换为直流电的电源转换器时,我们通常称它们为“变频器”。

  1925年工程师大卫·普林斯首次使用“逆变器”一词。他在GE Review上发表了一篇文章,其中写道:

  到1950年代,逆变器从机械设备转变为带有固态电路的设备,从而引出了一个名为“电力电子”的新工程领域。

  普通电子产品由不起眼的晶体管主导,对于大多数逆变器应用来说,它的电压和电流额定值不足。电力电子使用一种称为晶闸管或SCR(可控硅整流器)的大功率晶体管。

  1953年德国Kaco公司制造了世界上第一台晶闸管逆变器,多年后,Kaco又生产出第一台无变压器逆变器。

  1999年,少数“理想主义者”爬上德国Baden-Württemberg一家屋顶安装太阳能光伏系统。与之相伴的是世界上第一台无变压器组串式太阳能逆变器:Kaco Blue Planet PVI 2600。

  图2:光伏逆变器演变:今天的Blueplanet 10.0 TL3(左)的功率是20年前PVI 2600产品的四倍,但尺寸基本相同。来源:Kaco。

  1999年Kaco推出的无变压器逆变器带来了许多优势:它更高效、更轻且制造成本更低。然而,其主要缺点是直流和交流电路之间缺乏电流隔离,这可能会把危险的直流故障带到交流侧。

  变压器可以在两个电路之间无需通过电线连接便可实现电力传输。它将设备的输入和输出电源分开,实现电流隔离,并将电能以电场的方式传输,而不是通过电气连接。Kaco发明的无变压器光伏逆变器虽然有很多优点,但也给电网供应商带来不少麻烦,并导致世界各地的行业标准协会再次改写。

  2008年6月,加利福尼亚公司Enphase推出了世界上第一台微型逆变器,大约有一本平装书那么大。

  微型逆变器是一个很好的概念,其设计初衷是每块光伏组件配备一个独立的逆变器,允许阵列中的每块组件彼此独立运行。如果一块或多块组件由于阴影或故障等原因功率降低,阵列的其余部分不会受到影响,继续保持良好状态。

  微逆的其它优点还包括:组件级优化和监控,直流电压较低且屋顶空间没有直流电缆让系统更安全,光伏组件可以朝向不同的方向,设计更简单,无需考虑组件匹配,光伏阵列扩展更容易,逆变器保修期更长。

  组串式逆变器以及集中式逆变器等连接一个组串的光伏组件,不能保证发电量的最大化,因此微型逆变器的提出,被认为有可能颠覆光伏系统的设计,然而到目前为止,这并未发生。其最主要的原因是成本:价格昂贵、安装复杂,并且增加了屋顶上的硬件数量,维护成本可能更高。

  微型逆变器与组串逆变器,哪个最好?没有确定的答案。现在的微型逆变器正在变大,由原来的几百瓦提升到1.5Kw,甚至2KW;而组串式逆变器正在变得更大,由原来的几千瓦、数十千瓦增加到200、300Kw。

  可以说,现代光伏逆变器最大的技术亮点就是最大功率点跟踪(MPPT)。自1954年贝尔实验室展示第一个实用的硅太阳能电池以来,研究人员一直在寻找可用的最高效率,不断提高太阳能系统的性能。

  最大功率点跟踪可找到电压和电流的最佳匹配点,在条件变化时实时从一串光伏组件中提取能量。这在光伏系统中尤为重要,因为光伏组件的输出功率取决于可用的阳光量、阴影、光伏组件温度和负载的电气特性。

  所有这些特性都影响了组件的输出功率,但都通过太阳能逆变器内部的最大功率点跟踪设计得到解决,从而获得了稳定的电力转换和输出,用户无需担心发电功率的变化、电流的变化。MPPT让太阳能逆变器尽可能高效,并仍在开发和改进中。

  1991年,德国公司SMA制造了他们的第一款光伏产品- PV-WR 1800逆变器。由于彼时光伏尚未完全商业化,该款产品就像是为光伏系统定制的小众产品。1995年,SMA生产了Sunny Boy 700,此后Sunny Boy成为SMA的典型产品系列。

  而随着光伏的商业化应用推广,越来越多的地面光伏电站出现,因此集中式逆变器也开始出现。阳光电源从20多年前成立以来,累计生产销售逆变器超过200GW,全球市占率超过20%。

  光伏逆变器被中国逆变器制造商将技术、成本、产能发挥到极致,这其中不得不提及美国Emerson电气的贡献。本世纪初,Emerson公司几乎成为中国逆变器技术人才的“黄浦军校”,影响了中国逆变器产业近10年。

  Hybrid Inverter混合逆变器已经存在了一段时间,主要是由于家用电池储能系统的日益普及。

  这些逆变器比传统的逆变器更智能,使用称为直流耦合的技术,同时管理光伏组件、储能电池组和公用电网的能源输入。

  混合逆变器的控制系统可以决定从哪里、何时以及如何获取能量。它可以在任何给定时间根据电价做出决策,如果经济的话,甚至可以从电网中提取能量以存储在电池中。

  目前主流逆变器制造商都已经推出了混合型逆变器产品,未来可能更多,现在这意味着三件事-电池、电池和更多电池。

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