11-罗宇飞-微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究

1、 中山硕士学位论文微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究Research on the application of microinverters inGrid-connected photovoltaic system专业名称：材料工程研究方向：光伏系统设计与应用申请人姓名：罗宇飞导师姓名：沈辉 教授论文答辩委员会委员会主席： 委员会成员： 中山物理科学与工程技术学院二零一一年五月 论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要

2、贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权声明本人完全了解中山有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论 文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它方法保 存学位论文。学位论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日知识产权保护声明本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导下完成的成果，该成果属于中山物理科学与工程

3、技术学院，受国家知识产权法保护。在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专利，均须由导师作为通讯联系人，未经 导师的书面许可，本人不得以任何方式，以任何其它单位做全部和局部署名公布学 位论文成果。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究 材料工程 罗宇飞沈辉 教授摘要微逆变器是小功率逆变器，它可以直接将每一块太阳电池组件输出的直流电 转换成交流电。使用微逆变器的光伏发电系统由于各组件之间相互独立，因此它 有可以减少因不匹配造成的功率损失，使光伏系统设计更加简单和灵活，而

4、且没 有高压部分也不需要使用直流设备，可以降低成本和提高安全性。纵观光伏并网 逆变器的发展历程，高频化、小型化、智能化、模块化将是其主要发展方向之一， 微逆变器因为其具有突出的系统扩展灵活、易于集成等突出优势，适用于小型光 伏发电系统和建筑一体化光伏系统，有较好的发展前景。 目前生产微逆变器的企业主要有美国 Enphase 公司、Enecsys、Direct Grid、EXENDIS，A，国内只有英伟力新能源公司推出了微逆变器产品。现在国内还没 有光伏电站使用微逆变器，但随着小型光伏电站和光伏建筑一体化的发展，微逆 变器将得到更广泛应用。为了解微逆变器的特点，掌握微逆变器在光伏发电系统 的应用

5、方法，我们建设了四个基本相同的光伏实验电站，其中两个光伏电站使用 A 逆变器 sb1200，另外两个光伏电站使用英伟力微逆变器 MAC250。通过实验对微逆变器和传统逆变器在正常情况和有阴影遮挡的情况下的发电效率和输 出电能质量进行了对比，还对这两种系统的经济性进行比较和分析。实验结果表 明，使用微逆变器可提高光伏发电系统的直流效率，微逆变器的电流谐波畸变率 比小型逆变器小。微逆变器在容量小于 30kWp 的系统中具有明显的成本优势。关键词：微逆变器，光伏发电系统，直流效率，电能质量，经济分析 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究Research on the application

6、of microinverters inGrid-connected photovoltaic systemMaterials Engineering Luo YuFeiProf. Shen HuiAbstractMicroinverter is a low power inverter which can directly transform direct current intoalternating current. In photovoltaic system which use microinverter， PV modules areindependent so there are

7、 no power losing caused by miatch between PV module,that make it more easy and flexible for PV system design, and because it have no high voltage and dont need DC equipment, so it can decrease cost and improve security. See from the development of inverter, high frequency, miniaturization, intellige

8、ntize and modularize is the major development direction. Microinverter have the advantage of enlarge easily, prone to integration, so it can be use in mini-PV system and building integrated photovoltaic system, it have a bright future.Now there are many corporations which can produce microinverter,

9、for example,Enphase Energy , Enecsys, Direct Grid, EXENDIS,A, etc. In China only Involarhave launch microinverter. Until recently there havnt any PV system which usemicroinverter in China.But with the development of building integratedphotovoltaic system and mini-PV system, microinverter will be use

10、d more and more widely. In order know the characteristic of microinverter and master the applicationmethod of microinverter, we built four experiment PV system with mainly nodifference, two PV system useA inverter SB1200, others use InvolarinverterMAC250.In the experiment we compare the microinverte

11、r PV system andtraditional PV system under normal condition and shadow condition in the aspect ofelectricity power efficiency and power quality, and we compare and analyze the two 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究systems economy. The experiment result show that microinverter can improve the PVsystems direct cu

12、rrent efficiency, and the THD value isaller than traditionalinverter. Obviously, microinverter PV system have the advantage of low cost if thesystems capability is lower than 30kWp.Keywordicroinverter, Photovoltaic system; direct current efficiency; electricity powerquality; Economic analysis 微逆变器在太

13、阳能光伏并网发电系统中的应用研究目 录第一章绪论11.1 太阳能光伏发电系统介绍11.2 太阳能发电系统的拓扑结构11.3 阴影遮挡对光伏发电系统的影响51.4 微逆变器在光伏建筑一体化系统中的应用6第二章微逆变器介绍82.1 光伏并网逆变器的现状及发展82.2 微逆变器的技术分析82.3 英伟力微逆变器产品分析10第三章实验方案及内容113.1 实验目的113.2 实验方法113.3 实验内容113.4 设计方案12第四章实验平台建设和经济分析284.1 实验平台建设284.2 系统检测344.3 设备调试394.4 经济分析42第五章数据分析455.1 发电量比较455.2 电能质量比较4

14、9第六章结论和展望54参考文献56致 谢58I 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究第一章 绪论随着石油价格的提高和保护环境意识的增强，世界各国都纷纷采取新的能源 政策来促进可再生能源的应用以应对能源和保护环境。太阳能是可再生能源 之一，它具有分布广泛、清洁、取之不尽的特点，人类可以利用太阳能的热能来 给物体加热，也可以利用太阳能来发电。太阳能光伏发电具有发电过程中无污染、 无噪音、免维护、使用寿命长等优点。1.1 太阳能光伏发电系统介绍太阳能光伏发电系统主要有三种形式： 离网型，不需要与电网连接，太阳能光伏方阵直接给负载供电，或者太阳能 光伏方阵通过储电池间接给负载供电。 并网型：需

15、要与电网连接，太阳能光伏方阵输出的电经逆变器转换后输入电 网。 混合型：结合了以上两者的优点，既连接电网又连接蓄电池。太阳能光伏方 阵输出的电既可以储存起来也可以向电网输送。 离网型光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地 区。由于必须有蓄电池储能装置，所以整个系统的造价很高。在有公用电网的地 区，一般采用并网运行光伏发电系统。并网运行光伏发电系统的优点是可以省去 蓄电池。蓄电池在存储和释放电能的过程中，伴随着能量的损失，且使用寿命通 常仅为 5 8 年，报废后还将对环境造成污染。省去蓄电池后，光伏发电系统 不仅可大幅度降低造价，还具有更高的发电效率和更好的环保性能，且维护

16、简单、 方便。 1.2 太阳能发电系统的拓扑结构 太阳能光伏并网发电系统主要由太阳电池组件、逆变器、配电设备组成。太 阳电池组件能吸收太阳能输出直流电，逆变器使直流电转换成能供用电器使用的 1 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究交流电，除此以外，逆变器还有逆变器具有最大功率跟踪、孤岛效应保护、极性 反接保护、短路保护、接地保护（具有故障检测功能）、过载保护以及对地电阻监测、报警功能和运行数据。在现阶段，按太阳能光伏方阵与逆变器的连接 方式不同，太阳能光伏并网发电系统可分为三种典型的拓扑结构（如图 1 所示）： 一种是集中型、多组串型和组件型。不同的拓扑结构光伏发电系统，在安全性、系统

17、效率、成本、维修等方面有很大差异。下面分别介绍这几种拓扑结构。 图 1-1 典型的拓扑结构 在集中型拓扑结构中，多个太阳电池组件通过相互串并联连接后与逆变器的 输入端连接，它的优点是逆变器的直流输入端电压较高，功率较大，从而逆变器 的效率较高，并且多数集中型拓扑结构光伏系统使用主从式逆变器，最高效率在 98%左右。 集中型主从式逆变器中有三、四个或者更多小逆变器，它们在直流端相互并 联连接，但各个逆变器的启动优先级别不同，主控制器根据输入功率工作小 逆变器的数量。这样即使在低辐照下，逆变器也有较高的效率。 集中型逆变器具有成本低，效率高的优点。但是在这种结构中每一个组串的 太阳电池组件的型号和

18、数量都必须一致。如果某一块组件受到阴影遮挡，那么其 他组件将向它供电，从而使它温度过高而损坏，为防止这种现象发生，每个组件 都要并联一个旁路二极管，每个组串也要串联一个防反二极管。组件的最大功率 点随组件的温度和太阳辐照度有关（如图 1-2 所示），而在同一个太阳能光伏方2 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究阵中各个组件的温度和太阳辐照度都稍有不同，各个组件虽然型号一样但输出参 数也有差异，组件之间存在失配问题，而且它们都使用同一个最大功率，因此会造成功率损失。 图 1-2 最大功率点与温度和辐照度的关系 多组串型拓扑结构中每一串太阳电池组件连接逆变器的一路输入端，每个逆 变器有 4

19、、5 路甚至 6 路输入端。多组串型逆变器使用两级电路架构，在第一级 架构中分别对各个组串进行最大功率跟踪，而且把各组串输出的直流电压转换成 相同的直流电压后进行汇流；在第二级架构中将直流电转换成交流电。这种结构 的优点是各组串分别对应一个最大功率，相互独立工作，由于能对每一串 太阳电池方阵进行最大功率跟踪，减少了组件失配造成的能量损失，提高了效率， 而且不同的组串可以使用不同型号和不同倾角的组件，增加了设计的灵活性。但 是这种结构的逆变器成本较高，而且直流电缆较多，增加了电缆和直流配电的成 本。 集中型和多组串型太阳电池方阵包含一个或者多个太阳电池组件串，因为串 内的太阳能电池组件是串联的，

20、所以整个串的性能是由串内性能最差的那个组件 的一个组串的最大功率，而且多个太阳电池组件共用一个最大功率 会损失部分能量，降低系统效率。 当一个组串中的某块太阳电池组件因为遮挡使输出电流减小时,整个组串的电流也会减少,从而减小整个的效率。为减轻不匹配造成效率减小的问题，3 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究逆变器生产企业于是将目光转向了新的逆变器，微逆变器就是其中的一种，在组 件型结构中，每一个太阳电池组件配一个逆变器，相互独立工作，由于输出交流 电压相同，各微逆变器的的输出端并联后并网。 组件型拓扑结构有如下几个优点： 1、解决了组件失配问题可以提高系统的效率； 2、可以对每个太阳电

21、池组件进行，方便用户使用和检修； 3、由于不需要直流配电和直流电缆，不用考虑组件之间串并联与逆变器搭配的问题使系统设计过程简化，从而降低系统成本。微逆变器固定在支架上，组 件之间独立工作，使系统设计和安装更加简便，扩容更加容易； 4、用交流低压进行电能传输，更加安全。 微逆变器与传统逆变器相比有了很大变化，使用微逆变器的光伏发电系统中 各组件完全独立，微逆变器的大量使用将促进太阳能光伏应用向小型化、模块化 和标准化方向发展。 首先，扩大了太阳能光伏并网发电系统的容量范围。太阳电池组件的峰值功 率约为 100Wp250Wp，也就是说使用微逆变器，可以使太阳能光伏并发电系统的最小容量可以达到 10

22、0Wp。 其次，降低了太阳能光伏并网发电系统的安装要求。有烟囱、树木或者其他 物体遮挡阳光的地方，如果使用传统逆变器将会使发电效率降低，而且会因 为热斑效应减短太阳电池组件的寿命，所以一般都不能安装太阳电池组件。当太 阳能光伏发电系统与建筑结合时往往对美观的要求比较高，同一个太阳能光伏方 阵中可能有不同倾角甚至不同型号的组件，这时组件型拓扑结构更符合这些要求。 最后，微逆变器能与太阳电池组件结合，组成交流光伏组件，甚至与太阳电 池组件和支架结合起来组成太阳电池模块等模块化的产品。这些模块化的产品可 以进一步降低成本，易于安装和维护，没有相关专业知识的人都可以安装和使用， 将会使太阳能光伏产品像

23、家用电器一样在商店销售。 但是由于采用 220V 交流电传输，输出相同功率时电流比较大，可能增加传 输损耗或电缆成本。而且逆变器的输入电压和功率都较低，导致逆变器的效率较 低，成本也增加了不少。 4 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究 表 1-1 三种拓扑结构比较 未来光伏并网发电系统主要有以下三个发展方向：1、大型并网发电系统；2、 中型商业楼或者厂房并网光伏发电系统；3、小型户用并网发电系统。从以上分析可以看出，集中型逆变器技术成熟，单位成本较低，由于使用的逆变器较少，也可减少故障，适用于大型光伏发电系统，；组串型逆变器采用多个 MPPT,解决 了组串之间不匹配的问题从而提高系统

24、发电效率，但成本较集中型逆变器高且功 率较小适用于中型光伏电站；组件型逆变器对环境要求较低但价格相对较高， 1.5kW 的集中型逆变器的价格为每瓦 3 元左右，功率越大单位价格越低，而微逆 变器每瓦的价格为 5 元左右，它的价格是不会跟着安装容量的变化而改变的，所 以不适用于大型电站，只适用于小型光伏电站，以上只是大概的划分，逆变器的 选择还要根据实际情况和用户需求。 1.3 阴影遮挡对光伏发电系统的影响 为延长光伏发电系统的寿命,原则上要求在早上9 点到下午15 点光伏方阵不能有阴影遮挡，其实除了这段时间之外光伏发电系统的发电量也是不能忽视的，5结构 直流输入电压 直 流 损耗 逆变器效率

25、运行数据单元 交流损耗 环 境 要求 集中型 34800V 多 97%以上 每个方阵 少 高 多组串型 150800V 较少 95%左右 每个组串 少 中 组件型 1790V 极少 92%左右 每个组件，但没有直流输入数据 多 低 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究而且有时为满足客户要求或者达到一定的安装容量，不得不在有阴影遮挡的地方 安装光伏发电系统，所以研究如何在有阴影遮挡的情况下提高光伏发电系统的发电量仍然有实际应用价值。 在有地面阴影物体遮挡的条件下，国外在这方面已经做了很多相关研究，造 成组件失配的原因主要有云层遮挡、表面污垢、地面物体遮挡和组件参数差异等。 其中最引人关注

26、的问题是在有地面物体遮挡时应用组件型拓扑结构是否比其他 结构更合适。Graaf、Weiden 和 Haan 等人的研究表明，阴影遮挡对组件型和组串型拓扑结构的影响较小。Beuth 在 1998 年在一个实验中用组串型、集中型和组件型拓扑结构光伏系统做阴影条件下的性能比较实验，得出的结论是组件型拓 扑结构并不具有优势，从安装成本和可靠性方面考虑，阴影条件下使用组串型和 集中型逆变器更合适。但 Gross 等人在 1997 年的实验表明，使用组件型逆变器比使用集中型逆变器可减少阴影造成损失的 19.5%25%。从他们的研究中我们找不到问题的答案，但有一点是肯定的，在阴影条件下，使用组件型逆变器可减

27、 少组件失配问题造成的损失，同时在另一方面，在发生阴影遮挡时，光伏方阵的 输出 I-V 曲线发生了变化（如下图所示），这时逆变器的最大功率跟踪质量对于 效率影响很大。而且由于每个组件都有旁路二极管，组件中部分电池片被遮挡时， 旁路二极可能导通，导致组件的电压急骤下降，可能使电压降到逆变器的最大功 率跟踪范围以下，这时逆变器的最大功率跟踪范围对于效率影响很大。8 55 50 7 45 0 35 30 5 4 25 3 20 15 2 10 1 5 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 Voltage V 153I-VSTC153

28、PwrSTC 1-3 有部分阴影遮挡时的光伏组件输出曲线 1.4 微逆变器在光伏建筑一体化系统中的应用 光伏建筑一体化（BIPV）系统是通过将光伏组件代替传统建筑材料,来实现太阳能光伏发电与建筑的完美结合。目前比较常见的光伏建筑一体化形式有光伏 6Power WCurrent A 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究幕墙、光伏走廊、光伏屋顶等。在 BIPV 系统中光伏组件作为建筑的一部分，不 额外占用空间，特别适合于土地资源紧张的城市建筑；全球建筑物自身耗能约占 世界总能耗的三分之一以上，如果采用 BIPV 技术，可减少建筑物的能耗，能有 效缓解城市能源消耗大与能源供应紧张的矛盾，创造

29、节能环保的居住环境，实现 城市的可持续发展；另一方面，用光伏组件代替传统建筑材料可节约成本。目前 太阳能光伏组件的成本较高，太阳能光伏发电的成本高于常规能源，限制了 光伏发电系统的发展和应用，采用 BIPV 系统，一方面可减少建筑材料的费用， 另一方面可减少光伏支架的成本，从而降低光伏发电的成本，缩短投资回报 周期。 光伏组件的输出电压和电流都与光伏组件的方位角和倾角有关。在同一个组 串中如果组件的方位角或者倾角不同，即使是使用同一类型的组件，都会造成功 率损失。当光伏发电系统与建筑结合时，美观的要求常常比发电功率更重要，为 了不影响建筑的外观，往往需要在同一组串中使用将不同方位角或者倾角的组

30、件。 微逆变器技术可将逆变器直接与单块光伏组件结合组成光伏交流组件，为每 个光伏组件单独配备最大功率点跟踪功能的逆变器模块，将光伏组件输出的直流 电直接转换成交流电能供交流负载使用或传输到电网。在 BIPV 系统中采用微逆变器取代传统的集中式逆变器具有以下优点： （1）各组件之间不会相互影响，并且保证每块组件均运行在最大功率点，减少局部阴影造成的功率损失，具有很强的抗局部阴影能力； （2）与组件结合形成光伏交流组件可以实现模块化设计，系统扩展简单方便； （3）微逆变器可固定在组件背面，基本不需要占用空间。 （4）适应不同功率、不同方位角和不同倾角组件的要求； （5）系统可靠性高，单块光伏交流组

31、件失效不会对整个系统造成影响。因此，微逆变器非常适合在 BIPV 系统中使用。 7 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究第二章 微逆变器介绍2.1 光伏并网逆变器的现状及发展 逆变器按隔离方式分类包括隔离式和非隔离式两类，隔离式并网逆变器分为 工频变压器隔离方式和高频变压器隔离方式。隔离式逆变器可实现交直流电气隔 离，安全性比较高，但是其体积大、效率较低。逆变器按输出功率可分为 100KVA以上的大功率逆变器，10KVA100KVA 的中等功率逆变器和 10KVA 以下的小功率逆变器。目前中等功率逆变器的技术最成熟，随着大规模光伏电站和光伏建筑 一体化的发展，未来逆变器将向大功率逆变器

32、和小功率逆变器发展。由于光伏发电在国内应用较少，所以国内光伏并网逆变器市场规模较小，虽 然国内有众多生产逆变器的厂商，但专门用于光伏发电系统的逆变器制造商并不 多。国内专业生产光伏并网逆变器的企业主要有合肥阳光、南京冠亚、山亿、安 徽颐和新能源科技股份等企业。目前这些企业用于光伏系统的产量呈逐 年上升的趋势。纵观光伏并网逆变器的发展历程，高频化、小型化、智能化、模块化将是其 主要发展方向之一，微逆变器因为其具有突出的系统扩展灵活、易于集成等突出 优势，有较好的发展前景。目前生产微逆变器的企业主要有美国 Enphase 公司、enecsys、Direct Grid、EXENDIS，A，国内只有英

33、伟力新能源公司推出了微逆变器产品。 2.2 微逆变器的技术分析 常见的光伏并网发电系统结构有集中式、组串式、组件式。集中式、组串式 系统中，都要求光伏组件串联或并联，因此会因组件的失配造成功率损失，而且 只能对整个光伏阵列进行最大功率跟踪，不能使每块组件的工作点在最大功率点。 微逆变器与单个光伏组件相连，可以将光伏组件输出的直流电直接变换成交流电 并传输到电网。 微逆变器的概念由来已久，但最初并没有引起人们的注意，近年来随着太阳 8 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究能发电技术的发展以及技术的进步，使得微逆变器十分具有吸引力。微逆变器由 于其输入功率小、电压小、工作环境较差等特点，所

34、以其设计不同于传统大功率 集中式逆变器。 微逆变器区别于传统逆变器的特点如下： （1）微逆变器输入电压低、输出电压高 单块光伏组件的输出电压范围一般为 2050V，而电网的电压峰值约为 220V 或 110V，因此，微逆变器的输出峰值电压远高于输入电压，这要求微逆变器需要采用具备升降压变换功能的逆变器拓扑；另一方面，微逆变器除了能够实现升 降压变换功能外，还应该实现电气隔离，为达到高效率、小体积的要求，微逆变 器不能采用工频变压器实现电气隔离，需要采用高频变压器。 （2）功率小 单块光伏组件的功率一般在 100W300W，微逆变器直接与单块光伏组件相匹配，其功率等级即为 100W300W，而传

35、统集中式逆变器功率通过多个光伏组件串并联组合产生足够高的功率，其功率等级一般在 1kW 以上。微逆变器的设计考虑因素： （1）变换效率高 并网逆变器的变换效率整个发电系统的效率，为了保证整个系统较高的 发电效率，要求并网逆变器具有较高的变换效率。 （2）可靠性高 由于微逆变器直接与光伏组件集成，一般与光伏组件一起放于室外，工作环 境温度，要求微逆变器具有较好的防水和散热功能。 （3）寿命长 光伏组件的寿命一般为二十五年，微逆变器的使用寿命应与光伏组件的寿命 相当。要使微逆变器达到光伏组件的寿命，必须减少或避免电解电容的使用。 （4）体积小 微逆变器直接与光伏组件集成在一起，其体积越小越容易与光

36、伏组件集成。为了减小微逆变器的体积，要求提高逆变器的开关频率，而开关频率的提高必然 导致开关损耗升高、变换效率下降，因此小体积与高效率两者之间是矛盾的，高 频软开关技术是解决两者矛盾的有效方法，软开关技术可以在不增加开关损耗的 前提下提高开关频率。 9 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究（5）成本低 低成本是产品发展的必然趋势，也是微逆变器市场化的需求。 （6）信息通信技术 微逆变器通讯系统要实时采集、传送每个组件的信息，数据量大。 2.3 英伟力微逆变器产品分析 英伟力新能源科技(上海)最近发布的一款微逆变器产品 MAC250 主要参数如下： 额定输出功率：180VA； 峰值输出功

37、率：220VA 输入电压：20V50V； 输入电压：187VAC242VAC； 工作频率范围：49.5Hz50.5Hz； 最大效率：95%； CEC 效率：94% 工作环境温度：-4065 重量：2.4kg 体积：240mm138mm35mm 保修期：15 年。 从以上参数可看出，英伟力新能源 生产的微逆变器达到了一般逆变器的要求。 10 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究第三章 实验方案及内容小型化、模块化是逆变器发展的一个重要方向，在小型光伏发电系统中使用 微逆变器具有设计灵活、成本低、效率高等优势，微逆变器有较好的应用前景。但由于国内微逆变器的技术不成熟，应用较少等原因导致大家

38、对微逆变器了解较 少。为了解微逆变器的特点，掌握微逆变器的使用方法，为优化太阳能光伏并网 发电系统提供参考，特进行了如下实验。 3.1 实验目的 在不同环境下，如无阴影遮挡、有遮挡、组件放置倾角不同，并使实验光伏 发电系统和参考光伏系统处于同一环境条件下，比较它们的系统效率和经济效益 差异，通过比较了解微逆变器的特点，掌握微逆变器的使用方法，为优化太阳能 光伏并网发电系统提供参考。 3.2 实验方法在太阳辐照度、环境温度和线损等条件基本相同的情况下将三种不同配置的 系统进行比较分析，同时将它们在有相同部分阴影遮挡的情况下进行比较分析。 3.3 实验内容 1、设计光伏发电系统和采购设备。并对设备

39、进行检测，记录检测数据。 2、安装一个使用微逆变器、传统逆变器和电源优化器的光伏发电系统。参考光伏发电系统用两个相同的逆变器，记录安装过程。 3、安装数据采集器及辐照温度传感器。 4、设置光伏发电系统工作环境。参考光伏发电系统中有一个方阵有部分阴影遮挡，实验光伏发电系统也有一个方阵有相同的部分阴影遮挡。 5、采集光伏发电系统的运行数据。 11 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究3.4 设计方案 3.4.1 概况 本光伏发电系统容量为 6.06kWp，共有 30 块功率为 202Wp 的太阳电池组件， 共分为 6 个子系统，每个子系统的容量为 1.01kWp，系统配置如下： 表 3-1

40、 系统配置 1 号和 6 号系统为微逆变器光伏发电系统；2 号和 5 号为电源优化器光伏发 电系统；3 号和 4 号为传统光伏发电系统。1 号、2 号、3 号子系统设置阴影，4 号、5 号、6 号子系统不设置阴影。1、光伏阵列位置确定 图 3-1 阵列间距计算 12系统编号 容量（kWp） 逆变器型号 逆变器数量 其他设备 1 1.01 MAC250 5 无 2 1.01 Sunny Boy SB 1200 1 Solar Junction Box ST1023 3 1.01 Sunny Boy SB 1200 1 无 4 1.01 Sunny Boy SB 1200 1 Solar Junc

41、tion Box ST1023 5 1.01 Sunny Boy SB 1200 1 无 6 1.01 MAC250 5 无 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究当放置太阳电池组件时，需要计算前后太阳电池组件之间的间距，如果太阳 电池方阵附近有遮挡物，需要计算遮挡物的阴影，以确定组件之间或组件与遮挡 物之间的距离。一般情况下要求冬至日早上 9 点到下午 15 点太阳电池方阵没有被遮挡。 太阳高度角的计算公式：sin=sinsin+coscoscos 太阳方位角的计算公式: sin=cossin/cos 式中： 为当地纬度 为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为 23.5 为时角，上午 9 点的

42、时角为 45。 D=cosL，L=H/tan=H(1-sin2)1/2/ sin 图 3-2 光伏电站场地图 本实验场地在西南方向有高约为 6 米的墙，其它三面墙高约为 1.1 米，上图 中蓝色的区域为在早上 9 点到下午 3 点这段时间内有阴影遮挡的区域，因此光伏 方阵只能沿着右侧的墙摆放，太阳电池组件的方位角为 30。顺德地区的纬度约为 22，为提高光伏发电系统的发电量，通过软件计算，最佳倾角为 22。太阳能光伏方阵所在地区的纬度约为 23，即 =23， 约为 60，阵列高度为 H=0.54m,根据以上公式可得：阵列间距 D=0.23m。2、设备参数 13 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统

43、中的应用研究表 3-2 光伏组件参数 表 3-3 传统逆变器参数 14型号 Sunny Boy SB 1200 最大输入功率 1.32kW 最大输入电压 400V 最大功率跟踪范围 100V320V 最大输入电流 12.6A 最大效率 92.1% 欧洲效率 90.7% 电能输出方式 单相 输出电压 220V 50Hz 序号 参数名称 数值 1 型号 KD202GH-2PU-KH 2 峰值功率 202W 3 最佳工作点电压 26.6V 4 最最佳工作点电流 7.60A 5 开路电压 33.2V 6 短路电流 8.25A 7 开路电压温度系数 -0.12V/ 8 短路电流温度系统 4.9510-3

44、A/ 9 最佳工作点电压温度系数 -0.138V/ 10 最佳工作点电流温度系数 4.9510-3A/ 11 串联电阻 0.541 12 曲线修正因子 1.9110-3/ 13 峰值功率温度系数 -0.922W/ 13 正常工作电池温度 47.9 14 尺寸 1500mm990mm46mm 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究表 3-4 微逆变器参数 3、设备接线 表 3-5 光伏发电系统接线 15 系统名称 项目 微逆变器系统 电源优化器系统 组串逆变器系统 主要设备 微逆变器和光伏 组件 电源优化器、组串逆变 器和光伏组件 组串逆变器和光 伏组件 连接方式 各光伏组件各连接一个微逆

45、变器， 各个微逆变器的输出端并联后接 入电网 各光伏组件各连接一个电源优化器，各个电源优化器的输出端串联后接入组串逆变器， 再接入电网 各光伏组件串联后与组串逆变器连接，再接入电网 通讯方式 使用微逆变器配 套的数据采集器 使用逆变器配套的数据采集器 型号 MAC250 功率因数 0.99 最大直流输入功率 180W250W 电流谐波 THD 4% 最大直流输入电压 50V 每串最大并联台数 16 MPPT 电压范围 22V40V 最大效率 95.0% 最大输入电流 10A CEC 效率 94.0% 额定交流功率 180W 夜间自耗电 100mW 峰值交流功率 220W 防护等级 IP65 额

46、定交流电流 0.82A 工作环境温度 -40 +65 峰值交流电流 1A 长/宽/高（毫米） 230/138/35 工作电压范围 187V242V 重量 2.4kg 工作频率范围 49.5Hz50.5Hz 认证 CQC/TUV 通讯 电力线载波 质量保证 15 年 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究（1）传统太阳能光伏发电系统接线 逆变器 图 3-3 传统太阳能光伏发电系统接线示意图 传统太阳能光伏发电系统的组件连接方式为 5 串一并，接线比较简单。（2）微逆变器光伏发电系统接线 微逆变器 微逆变器 微逆变器 微逆变器 微逆变器 交流配电柜 图 3-4 微逆变器光伏发电系统接线示意图

47、 微逆变器光伏发电系统的接线方式为每块太阳电池组件接一个逆变器，然后 再将所有的逆变器输出端并联，根据英伟力微逆变器使用说明，最大并联参数为 16。我们一共使用了 10 台微逆变器，10 台逆变器并联后接入电网。 （3）电源优化器光伏系统接线 功率优化器功率优化器 功率优化器 功率优化器 功率优化器 逆变器图 3-5 电源优化器光伏发电系统接线示意图电源优化器没有逆变功能，所以仍然要使用传统逆变器。每一块太阳电池组 件接一个电源优化器然后再串联接入一台逆变器。 4、电缆的选择 （1）电缆颜色的选择 美国 National Electric Code（NEC）规定如下： 16 微逆变器在太阳能光伏并网发电系统中的应用研究表 3-6 电缆颜色选择 NEC 标准 表 3-7 光伏电缆与普通直流电缆的区别 光伏电缆具有良好的机械物理性能，耐低温及耐高温性能（-4090，的所有直流导线都使用光伏电缆。 （2）电缆横截面积的选择