組串式逆變器對光伏電站發電量的影響研究

雷健華+呂崇+陳守信

摘 要：本文對組串式逆變器對光伏電站發電量影響做了參數優勢探討與研究，然后結合光伏電站運行情況，圍繞組串式逆變器應用相關的技術要點與注意事項展開了闡述。討論其應用于大型光伏電站的安全、高效、可靠性，為我國大型光伏電站安全、穩定運行提供充分的保障。

關鍵詞：組串式逆變器；光伏電站；光伏并網逆變器

中圖分類號： TK51 文獻標識碼：A

逆變器作為光伏電站的核心設備，其可靠性直接影響到整個光伏電站的長期穩定運行。組串式逆變器模塊化設計理念，實現了每個光伏串對應一個逆變器，每串光伏組件可實現最大功率點跟蹤，不受光伏組串差異和陰影遮擋的影響，同時減少光伏組件最佳工作點與逆變器不匹配的情況，最大程度地增加了發電量。組串式逆變器不僅可以應用于常規戶外環境，在高海拔、多沙塵、超高溫、重煙霧等惡劣環境下同樣能夠安全可靠地運行，其高可靠性很好地確保了光伏電站長期安全高效地運行。

1.光伏并網逆變器的現狀

逆變器按照隔離方式可分為隔離式和非隔離式兩類，隔離又分為工頻隔離和高頻隔離。工頻隔離具有的穩定性優勢逐漸因高頻隔離技術的發展而消失，高頻隔離因較低的成本得到快速的發展，逐漸受到客戶的青睞。逆變器依照交流輸出方式可以分為單相和三相逆變器，單相主要是小功率逆變器，一般在10kW以內，三相主要在中功率和高功率段使用。單相小功率逆變器大多用在家庭屋頂光伏電站或者小型的分布式光伏電站，三相逆變器大多應用在商用光伏電站和目前火熱的大型地面光伏電站中。

2.組串式逆變器技術分析和優勢

2.1組串式逆變器定義

組串式逆變器一般是指直接連接光伏組串的單相或者三相輸出逆變器，功率等級也由原來的幾百瓦上升到幾千瓦至幾十千瓦。同時也形成了一些固定的顯著特性：可室內外安裝、IP65防護等級；直流直接與電池板相連，無需直流匯流箱；2路、3路或多路MPPT，MPPT跟蹤更準確，更高效；設計靈活，對山地、丘陵、樓宇等各類型的電站適應性強。

2.2組串式逆變器技術特點

國內三相組串式逆變器一般分為兩級系統，前級為升壓環節，對輸入的直流電壓進行升壓，同時在這個階段實現MPPT最大功率點跟蹤技術，后級為三相三電平全橋你變技術，最高效率一般在97.5%以上，逆變后無隔離變壓器輸出直接接入市電380V或者升壓箱變低壓側。

2.3組串式逆變器的技術優勢

組串式逆變器以兩個優勢尤為突出：

（1）模塊化設計、多路MPPT，能夠有效解決組串并聯失配、組件遮擋時的木桶效應、能夠同時使用不同類型的光伏組件，能有效降低組件衰減對系統造成的發電量損失。①MPPT范圍寬，啟動電壓低，發電量時間長。常規500kV集中式逆變器的啟動電壓為480V而30kV組串式逆變器的啟動電壓為300V，且MPPT電壓范圍為280V～950V相比集中式的450V～820V更寬，由此可見：組串式逆變器電壓跟蹤范圍寬，啟動低壓低，并網時間更長。②解決組串并聯失配問題。一般而言組串式逆變器效率比集中的低，組串式逆變器的效率一般在98%左右，而集中式在98.5%左右。③可以同時使用不同的光伏組件：常規晶硅組件各個廠家的質量參差不齊，同一批次的也不能保證參數相同，組件的衰減更是無法保障，衰減的幅度各不相同，這在電站運行3～5年后問題將尤為突出。

（2）故障時對系統的發電量影響小，故障恢復時間短

1MW中的其中一臺出現故障，將導致500kW的光伏陣列不能發電，由于集中式逆變器設備體積大、笨重，一般都沒有整個設備的備件，需要設備廠商派專人來維護，維修周期漫長，損失巨大。組串式逆變器設備體積小，重量輕，設備更換簡便；同時無需專業人員專人操作的特征也確保了逆變器出現故障后，現場運維人員能夠第一時間更換故障設備，把設備的發電量損失降到最小，及時發現故障信息進行設備更換，單臺逆變器也最多影響6個組串的發電量。

3.廠房屋頂光伏電站實驗數據分析

3.1實驗平臺介紹

本案例太陽能光伏發電系統實驗平臺為廣東明陽電氣集團有限公司廠房屋頂光伏電站，廠房屋頂一面積為6626m2，屋頂二面積為1595m2，屋頂三面積為7800m2。在屋頂鋪設無錫尚德太陽能電力公司生產的高效多晶硅組件STP280-24/Vb，功率為280Wp，總計1080片，總功率302.4kWp，實際接入系統302.4kWp。

3.2實驗方案及數據分析

對廠房屋頂二面積為 1595.7m2所在的光伏發電區域進行不同類型的遮擋實驗，為對比兩種逆變器相同遮擋下的發電量情況，對光伏組件對稱分區接入組串式和集中式逆變器中，組件對稱遮擋，確保光照和陰影遮擋面積相同。實驗統計數據結果見表1。

組件橫向排布時，最初假設陰影只遮擋1個電池串，當遮擋面積逐漸增大到一定程度時，被遮擋的電池將成為其他未遮擋的電池的負載進而產生壓降，當壓降大于未遮擋的電池的輸出電壓時，與被遮擋電池串對應的旁路二極管將承受正壓促使其導通，這時被遮擋電池串被正向導通二極管旁路掉，功率全部消耗在二極管，這樣另外兩個未遮擋的電池串正常輸出功率。而當組件縱向排布時，遮擋同時作用于3個電池串，3個對應的二極管若全部正向導通，組件沒有任何功率輸出，若3個二極管若沒有全部正向導通，被遮擋電池作為負載消耗掉其他組件產生的功率，組件同樣沒有功率輸出。

由實驗數據可以看出，在光伏組件出現陰影遮擋的情況下，A區中只有單路MPPT的集中式逆變器無論是縱向遮擋還是橫向遮擋，發電量均受到較大的影響，而采用30kW組串式逆變器的B區，發電量受影響程度相對較少，B區相對于A區在兩種類型遮擋下發電量分別高出約3%、7%，由此可以看出在出現陰影遮擋的情況下擁有多路MPPT的組串式逆變器發電量更高，對光資源的適應性更強，且不同的遮擋方式對組件發電量影響不同。

結論

通過比較發現 ，集中式逆變器與組串式逆變器方案都有自身的優勢和存在的價值 ，只有根據電站運行的實際需求選擇更加合適的方案 ，才能為電站的安全、穩定、高效運行提供充分的保障。在光照分布不均勻的特殊地形光伏電站中，采用組串式逆變器方案更經濟更高效。

參考文獻

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[2]孔令國，蔡國偉.大規模并網光伏電站的逆變器控制方法研究[J].電力系統保護與控制，2013（22）：57-63.