高功率組件如何配置逆變器？
發(fā)表時(shí)間：2023-09-15
發(fā)電光伏組件和逆變器的配比
在此之前，我們先簡(jiǎn)述一下分布式光伏組件和逆變器的配比。
是不是5KW的組件就配5KW的逆變器呢？答案很明確——不是。
那我們又該怎么配，5KW的逆變器到底配多少合適，總聽(tīng)到有人會(huì)說(shuō)按1.2比例配，有人會(huì)說(shuō)按1.1的比例配……眾說(shuō)紛紜，這些比值是哪來(lái)的，又有什么含義？
在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，組件的功率和逆變器有關(guān)，而且組件和逆變器的功率匹配需要結(jié)合項(xiàng)目的具體情況綜合考慮，主要影響因素有輻照度、系統(tǒng)損耗、逆變器的效率、逆變器的壽命、逆變器的電壓范圍、組件安裝角度等方面。
1、組件安裝傾斜角度和方位角度
當(dāng)物體的平面和光線完全垂直時(shí)，接收的功率最大，如果把物體放斜，物體的平面和光線成一定的角度，接收的功率就會(huì)打折，同樣的面積，接收的功率就會(huì)少很多，組件和太陽(yáng)的角度垂直，功率最大。
2、安裝區(qū)域的輻照度
組件的輸出功率和輻照度有關(guān)。太陽(yáng)能資源好的地區(qū)，由于晴天云少，空氣質(zhì)量好，大氣透明度高，太陽(yáng)到達(dá)組件表面的輻射要比資源差的地區(qū)平均值要高很多。
3、安裝海拔高度
海拔越高空氣越稀薄，大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用越小，則到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射越強(qiáng)。例如，青藏高原是我國(guó)太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的地區(qū)。而空氣越稀薄的地方，逆變器散熱就越差，海拔超過(guò)一定的高度，逆變器就要降額運(yùn)行。
4、直流側(cè)系統(tǒng)效率
光伏系統(tǒng)中，能量從太陽(yáng)輻射到光伏組件，經(jīng)過(guò)直流電纜、匯流箱、直流配電到達(dá)逆變器，當(dāng)中各個(gè)環(huán)節(jié)都有損耗。不同的設(shè)計(jì)方案，如使用集中式、組串式，集散式等方案，直流側(cè)損耗大不一樣。
5、逆變器散熱條件
逆變器一般要安裝在通風(fēng)好，避免陽(yáng)光直射的地方，這樣有利于散熱。如果由于場(chǎng)地限制，逆變器不得不安裝在封閉不利于散熱的地方，就要考慮逆變器的降額問(wèn)題，要少配組件。
6、組件因素
功率正公差：為了滿足光伏組件衰減25年不超過(guò)20%，很多組件廠對(duì)剛出廠的組件都有0-5%的正公差，如265W的組件，剛出廠的實(shí)際功率可能有270W。
負(fù)溫度系數(shù)：組件的功率溫度系統(tǒng)約-0.41%/℃，組件溫度下降，組件的功率會(huì)升高。一塊250W的組件，在不考慮設(shè)備損耗的情況下，在我國(guó)陽(yáng)光最好的地區(qū)，如寧夏北部、甘肅北部、新疆南部等地區(qū)，有可能最大輸出功率有可能超過(guò)250W。
雙面組件：雙面組件不僅可以接收正面陽(yáng)光的輻射功率，背面還可以接收陽(yáng)光反射輻射功率，不同物體，在不同的光譜波段對(duì)陽(yáng)光的反射率不同。雪地、濕地、小麥、沙漠，不同的地物在同一波段其反射率不同，同一地物在不同波段反射率也不同。
7、逆變器因素
逆變器效率：逆變器的效率并不是恒值，有功率開(kāi)關(guān)器件損耗和磁性損耗，在低功率時(shí)，效率比較低，在40%到60%功率時(shí)，效率最高，超過(guò)60%時(shí)，效率逐漸降低。因此，要把光伏功率的總功率控制在逆變器功率的40%到60%之間，獲得最佳效率。
逆變器的壽命：光伏逆變器是電子產(chǎn)品，其可靠性和逆變器運(yùn)行溫度有很大關(guān)系，其中電容、風(fēng)扇，繼電器等元器件溫度提高10℃，失效率可會(huì)提高50%以上。而運(yùn)行溫度又和功率相關(guān)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，逆變器長(zhǎng)期工作在功率80-100%比功率40-60%，壽命要低20%左右。
逆變器的最佳工作電壓范圍：工作電壓在逆變器的額定工作電壓左右，效率最高，單相220V逆變器，逆變器輸入額定電壓為360V，三相380V逆變器，逆變器輸入額定電壓為650V。
因此，有些地方，光伏系統(tǒng)是按照組件的容量來(lái)計(jì)算系統(tǒng)容量的，這時(shí)候按組件實(shí)際輸出的最大功率來(lái)選擇逆變器，以免逆變器限流，根據(jù)實(shí)際情況，組件和逆變器可以是0.9：1到1.4：1去配置。
但是有些地方，是按逆變器交流輸出功率來(lái)計(jì)算系統(tǒng)容量的，如果售電價(jià)格較高，而組件價(jià)格又相當(dāng)便宜，為了盡可能增加發(fā)電量，就可以增加組件的功率。組件和逆變器可以是1.4：4到1.8：1去配置都可以，要看逆變器能接多少組件。
而大家常說(shuō)的配比值指的是DC/AC，也就是光伏組件的功率/光伏逆變器的功率，那我們首先來(lái)看下這個(gè)比值是什么。
2、安裝區(qū)域的輻照度
組件的輸出功率和輻照度有關(guān)。太陽(yáng)能資源好的地區(qū)，由于晴天云少，空氣質(zhì)量好，大氣透明度高，太陽(yáng)到達(dá)組件表面的輻射要比資源差的地區(qū)平均值要高很多。
3、安裝海拔高度
海拔越高空氣越稀薄，大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用越小，則到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射越強(qiáng)。例如，青藏高原是我國(guó)太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的地區(qū)。而空氣越稀薄的地方，逆變器散熱就越差，海拔超過(guò)一定的高度，逆變器就要降額運(yùn)行。
4、直流側(cè)系統(tǒng)效率
光伏系統(tǒng)中，能量從太陽(yáng)輻射到光伏組件，經(jīng)過(guò)直流電纜、匯流箱、直流配電到達(dá)逆變器，當(dāng)中各個(gè)環(huán)節(jié)都有損耗。不同的設(shè)計(jì)方案，如使用集中式、組串式，集散式等方案，直流側(cè)損耗大不一樣。
5、逆變器散熱條件
逆變器一般要安裝在通風(fēng)好，避免陽(yáng)光直射的地方，這樣有利于散熱。如果由于場(chǎng)地限制，逆變器不得不安裝在封閉不利于散熱的地方，就要考慮逆變器的降額問(wèn)題，要少配組件。
6、組件因素
功率正公差：為了滿足光伏組件衰減25年不超過(guò)20%，很多組件廠對(duì)剛出廠的組件都有0-5%的正公差，如265W的組件，剛出廠的實(shí)際功率可能有270W。
負(fù)溫度系數(shù)：組件的功率溫度系統(tǒng)約-0.41%/℃，組件溫度下降，組件的功率會(huì)升高。一塊250W的組件，在不考慮設(shè)備損耗的情況下，在我國(guó)陽(yáng)光最好的地區(qū)，如寧夏北部、甘肅北部、新疆南部等地區(qū)，有可能最大輸出功率有可能超過(guò)250W。
雙面組件：雙面組件不僅可以接收正面陽(yáng)光的輻射功率，背面還可以接收陽(yáng)光反射輻射功率，不同物體，在不同的光譜波段對(duì)陽(yáng)光的反射率不同。雪地、濕地、小麥、沙漠，不同的地物在同一波段其反射率不同，同一地物在不同波段反射率也不同。
7、逆變器因素
逆變器效率：逆變器的效率并不是恒值，有功率開(kāi)關(guān)器件損耗和磁性損耗，在低功率時(shí)，效率比較低，在40%到60%功率時(shí)，效率最高，超過(guò)60%時(shí)，效率逐漸降低。因此，要把光伏功率的總功率控制在逆變器功率的40%到60%之間，獲得最佳效率。
逆變器的壽命：光伏逆變器是電子產(chǎn)品，其可靠性和逆變器運(yùn)行溫度有很大關(guān)系，其中電容、風(fēng)扇，繼電器等元器件溫度提高10℃，失效率可會(huì)提高50%以上。而運(yùn)行溫度又和功率相關(guān)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，逆變器長(zhǎng)期工作在功率80-100%比功率40-60%，壽命要低20%左右。
逆變器的最佳工作電壓范圍：工作電壓在逆變器的額定工作電壓左右，效率最高，單相220V逆變器，逆變器輸入額定電壓為360V，三相380V逆變器，逆變器輸入額定電壓為650V。
因此，有些地方，光伏系統(tǒng)是按照組件的容量來(lái)計(jì)算系統(tǒng)容量的，這時(shí)候按組件實(shí)際輸出的最大功率來(lái)選擇逆變器，以免逆變器限流，根據(jù)實(shí)際情況，組件和逆變器可以是0.9：1到1.4：1去配置。
但是有些地方，是按逆變器交流輸出功率來(lái)計(jì)算系統(tǒng)容量的，如果售電價(jià)格較高，而組件價(jià)格又相當(dāng)便宜，為了盡可能增加發(fā)電量，就可以增加組件的功率。組件和逆變器可以是1.4：4到1.8：1去配置都可以，要看逆變器能接多少組件。
而大家常說(shuō)的配比值指的是DC/AC，也就是光伏組件的功率/光伏逆變器的功率，那我們首先來(lái)看下這個(gè)比值是什么。
上面是一個(gè)光伏系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖，光伏組件發(fā)出的直流電（DC）經(jīng)過(guò)光伏逆變器逆變成交流電（AC）進(jìn)入電網(wǎng)，那么整過(guò)過(guò)程中光伏逆變器只是把直流電變成交流電，俗稱的DC/AC的比值就是光伏組件的安裝量和光伏并網(wǎng)逆變器最大交流輸出的比值。
我們以5KW的光伏組件安裝量為例：
我們以5KW的光伏組件安裝量為例：
這個(gè)比值為1.25，意思是我裝了5KW的光伏組件，但是由于實(shí)際安裝地點(diǎn)的經(jīng)緯度、傾角、朝向等一系列因素的影響，光伏組件最終產(chǎn)生的直流電也就4KW，那么這個(gè)時(shí)候選擇4KW的光伏逆變器就可以了，并不需要5KW的光伏逆變器。
（注：組件的功率單位一般標(biāo)為wp，如255wp，p是peak的意思，一般是指組件標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件：（大氣質(zhì)量AM1.5, 輻照度1000W/m², 電池溫度25°C）下的測(cè)量值， 而實(shí)際情況并非如此。）
（注：組件的功率單位一般標(biāo)為wp，如255wp，p是peak的意思，一般是指組件標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件：（大氣質(zhì)量AM1.5, 輻照度1000W/m², 電池溫度25°C）下的測(cè)量值， 而實(shí)際情況并非如此。）
所以DC/AC更多時(shí)候是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，而不是一個(gè)固定值，當(dāng)有實(shí)際項(xiàng)目支撐的時(shí)候，我們可以根據(jù)實(shí)際情況去獲得DC/AC的比值作為對(duì)當(dāng)前選型時(shí)的支撐。
首次安裝的時(shí)候，針對(duì)不同地區(qū)組件與逆變器容量配比，可以上網(wǎng)查詢DC/AC的理論值，或向他人咨詢經(jīng)驗(yàn)值，當(dāng)具有一定經(jīng)驗(yàn)后可以用自己的經(jīng)驗(yàn)值來(lái)代替。
這樣完成DC和AC的最佳配比后還要注意光伏組串的電壓與逆變器的電壓范圍是否匹配以及逆變器的輸入路數(shù)是否滿足。
常見(jiàn)的逆變器是根據(jù)晶硅組件的特性開(kāi)發(fā)的，目前光伏系統(tǒng)要求的最大電壓為1000V，對(duì)于電壓的配置除了同一路MPPT電壓需要相等外，還需要考慮逆變器的MPPT電壓范圍，確保組件的工作電壓在MPPT電壓范圍內(nèi)，否則會(huì)導(dǎo)致逆變器的輸出效率不高。
首次安裝的時(shí)候，針對(duì)不同地區(qū)組件與逆變器容量配比，可以上網(wǎng)查詢DC/AC的理論值，或向他人咨詢經(jīng)驗(yàn)值，當(dāng)具有一定經(jīng)驗(yàn)后可以用自己的經(jīng)驗(yàn)值來(lái)代替。
這樣完成DC和AC的最佳配比后還要注意光伏組串的電壓與逆變器的電壓范圍是否匹配以及逆變器的輸入路數(shù)是否滿足。
常見(jiàn)的逆變器是根據(jù)晶硅組件的特性開(kāi)發(fā)的，目前光伏系統(tǒng)要求的最大電壓為1000V，對(duì)于電壓的配置除了同一路MPPT電壓需要相等外，還需要考慮逆變器的MPPT電壓范圍，確保組件的工作電壓在MPPT電壓范圍內(nèi)，否則會(huì)導(dǎo)致逆變器的輸出效率不高。
在計(jì)算的時(shí)候關(guān)注組件的一些關(guān)鍵性參數(shù)
1. 開(kāi)路電壓（Voc）
未形成回路之前，也就是逆變器并網(wǎng)發(fā)電之前的電壓，該電壓會(huì)受到溫度系數(shù)的影響。
2. 最大功率點(diǎn)的工作電壓（Vmppt）
工作后形成回路，也就是逆變器并網(wǎng)發(fā)電之后的最大工作電壓。
3. 短路電流（Isc）
組件短接時(shí)，通過(guò)的電流。
4. 最大功率點(diǎn)的工作電流（Imppt）
工作后形成回路，最大功率點(diǎn)的電流。
5. 開(kāi)路電壓溫度系數(shù)
以-0.3%/℃為例，溫度每升高一度，開(kāi)路電壓下降0.3%.
（注：最低溫度作為參考時(shí)，但是也需要考慮最低溫度是凌晨3點(diǎn)左右，然而此時(shí)光伏組件處于不工作狀態(tài)，當(dāng)組串電壓與逆變器輸入最大電壓有些小差距時(shí)可以特殊考慮。）
1. 開(kāi)路電壓（Voc）
未形成回路之前，也就是逆變器并網(wǎng)發(fā)電之前的電壓，該電壓會(huì)受到溫度系數(shù)的影響。
2. 最大功率點(diǎn)的工作電壓（Vmppt）
工作后形成回路，也就是逆變器并網(wǎng)發(fā)電之后的最大工作電壓。
3. 短路電流（Isc）
組件短接時(shí)，通過(guò)的電流。
4. 最大功率點(diǎn)的工作電流（Imppt）
工作后形成回路，最大功率點(diǎn)的電流。
5. 開(kāi)路電壓溫度系數(shù)
以-0.3%/℃為例，溫度每升高一度，開(kāi)路電壓下降0.3%.
（注：最低溫度作為參考時(shí)，但是也需要考慮最低溫度是凌晨3點(diǎn)左右，然而此時(shí)光伏組件處于不工作狀態(tài)，當(dāng)組串電壓與逆變器輸入最大電壓有些小差距時(shí)可以特殊考慮。）
案例分析
項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)在A地，冬天光照良好，極低溫度為零下25攝氏度，組件采用110塊265W組件，逆變器采用25KW光伏逆變器，確定可行性。
相關(guān)信息：
組件信息：Voc：38.26V，Vmpp：31.11V，Isc：8.92A， Impp：8.52A，溫度系數(shù)（Voc）：-0.330%/℃；
逆變器信息：最大直流輸入功率：32500KW，最大輸入電壓：1000V，Vmpp：260V~850V， 輸入路數(shù)：6路，Mppt路數(shù)：2路，
輸入電流：27A/27A；
根據(jù)網(wǎng)絡(luò)查詢DC/AC為1.17。
1）首先確認(rèn)功率配比，組件功率為265*110=29150W，A地區(qū)DC/AC配比為1.17，即25KW逆變器可以接25kW*1.17=29.25kW，和組件功率匹配，且在最大直流輸入范圍內(nèi)。
2） 電壓匹配：組件分為5串，每串22塊；開(kāi)路電壓為38.11V，每串電壓在標(biāo)準(zhǔn)條件下約為38.11V*22≈838.42V，考慮開(kāi)路電壓溫度系數(shù)，極低溫度下的每串開(kāi)路電壓增加值：38.11V*0.33%*22*（50）≈138V，那么每串組件的端電壓為838.42+138=976.42V，小于光伏逆變器電壓要求最大值。
兩項(xiàng)都確認(rèn)完成后，且電流顯然在范圍內(nèi)，即可確認(rèn)該配比可行。
組件發(fā)展趨勢(shì)
當(dāng)前組件技術(shù)不斷的更新迭代，如高效PERC，黑硅、雙玻、半片、疊瓦等；硅片方面，硅片的尺寸也不斷的增大，從156發(fā)展到182、210，硅片面積分別增加了37%和83%。
與之對(duì)應(yīng)的182組件功率超過(guò)540W, 210組件功率超過(guò)600W，并且，有部分廠家結(jié)合其它新技術(shù)使組件功率達(dá)700W+。
目前，高功率組件已成為行業(yè)主流，在應(yīng)用上具備諸多優(yōu)勢(shì)，從系統(tǒng)角度看，對(duì)提升發(fā)電效率，節(jié)省支架用量、直流電纜用量及人工成本等方面都產(chǎn)生積極影響。
高功率組件如何配置逆變器？
組件高功率發(fā)展趨勢(shì)下，對(duì)逆變器的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)變革也會(huì)產(chǎn)生重大影響，下表數(shù)據(jù)來(lái)源于部分大型地面電站的近期招投標(biāo)信息，其主流需求為雙面雙玻組件，功率段主要為182mm的550W+和210mm的595W+，以某廠家同功率段產(chǎn)品為例，其關(guān)鍵參數(shù)如下表：
1. 具備更高的組串或MPPT電流
如果配置的逆變器MPPT電流較小，逆變器工作過(guò)程中會(huì)限制輸入電流，導(dǎo)致發(fā)電量損失。因此，配置高功率組件的逆變器首先需要具備高組串或MPPT電流輸入能力。
2. 硬件具備高功率組件的承載性能
組件能量通過(guò)直流線纜輸送到逆變器輸入端，并通過(guò)DC連接器、內(nèi)部線纜、PCB、功率管等電子器件逐步傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)化成為交流電輸出，因此，大電流意味著逆變器整體硬件設(shè)計(jì)需要重新評(píng)估和驗(yàn)證，以滿足長(zhǎng)時(shí)且持續(xù)的大電流承載要求。
3. 具備更有效的直流保護(hù)機(jī)制
高功率組件最主要的問(wèn)題是工作電流提升較大，根據(jù)功耗公式：P=I² x R
功耗與電流的平方成正比，大電流導(dǎo)致異常狀態(tài)下直流發(fā)熱更加嚴(yán)重。因此，充分的直流保護(hù)機(jī)制是光伏系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，在高功率組件匹配下更為重要。如錦浪逆變器具備豐富的直流保護(hù)機(jī)制，如AFCI功能、直流分?jǐn)嗥?、防反接保護(hù)、在線組串監(jiān)控和I-V曲線掃描功能等。
