浅谈光伏发电系统的核心——逆变器

光伏逆变器（PV inverter或solar inverter）是能将光伏（PV）太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电（AC）的逆变器，其可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。光伏逆变器是光伏阵列系统中重要的系统平衡（BOS）之一，可以配合一般交流供电的设备使用。市面上的逆变器主要包括微型逆变器（250W~1KW），组串逆变器（1KW~150KW），集中式逆变器（100KW以上）。

一、光伏逆变器市场情况

现代社会对环境保护越来越重视，碳中和、碳达峰等概念逐渐成为各国的共识，特别是俄乌战争引发能源危机加剧后，越来越多的国家开始追求新能源领域，光伏能源作为可再生能源有着无污染、低成本等优势，其比火力发电更清洁，比水力、风力发电条件更宽松，在上述多重因素的驱动下，光伏产业受到了多个国家的青睐，得到了许多政策的扶持，光伏装机量大大提升，产业发展迅速。

光伏市场情况

数据显示2022年1-11月国内光伏发电新增装机容量65.71GW，全年新增装机容量或超过80GW；2022年全球光伏新增装机容量将达到244—294GW，2023年预测全球光伏新增装机容量将达到276—355GW。

二、什么是组串式逆变器

组串式逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网。由于其发电时间较长、运维成本较低、性价比较高，已成为市场占比最大的逆变器品种。

组串式逆变器工作原理图

根据电网接入的不同，组串式逆变器可分为220V单相组串式逆变器和380V三相组串式逆变器。单相组串式逆变器连接220V单相电网，常见功率1~8KW，对于3kw及以下的功率逆变器仅接1串组件，只有 1路MPPT；对于3kw以上的逆变器通常接2串组件，配有2路MPPT，最大输入电压通常为600V或630V。三相组串式逆变器连接380V三相电网，常见功率4~60KW，MPPT数量一般2-4路，最大输入电压通常为1000V，部分厂家将最大输入电压调整到1500V。

单相组串式逆变器和三相组串式逆变器

三、单相组串式逆变器

单相组串式逆变器由DC-DC电路，DC-AC电路，BOOST升压电路，保护电路，滤波电路，电流检测电路等组成，此电路需使用到传感器、安规电容、薄膜电容、升压电感、IGBT、电流传感IC等。

电流检测电路：电流传感器（莱姆）

BOOST升压电路：二极管（威世）、光耦（威世、东芝、UMW）

DC-AC电路：IGBT（英飞凌）

EMC电路：薄膜电容（EPCOS、基美）、瓷片电容（华信安、华科、TDK、威世）

保护电路：气体放电管、压敏电阻（EPCOS、君耀）

控制电路：功率电感（TDK、奇力新）、TVS二极管（威世、强茂、LRC）、存储器/MCU（兆易创新）

单相组串式逆变器元器件拓扑图

四、三相组串式逆变器

三相电是由三个频率相同、幅度相等、相位差为120°的交变电势组成，三相逆变器转换后的电压为380V的交流电，三相和单相组串式逆变器的区别主要是主电路拓扑的区别，单相逆变器是四管组成H桥逆变，三相逆变器则是六管组成三相全桥逆变。

三相组串式逆变器基本电路图

因为有更高的输出电压，其较单相逆变器相比，可驱动更多的电器，常用于工业、企业中。其电路中有EMC电路、升压电路、逆变电路、保护电路等，以下也整理了电路中的部分物料供参考：

EMC电路、滤波电路：薄膜电容（基美、EPCOS）

升压电路：快恢复二极管（LRC、强茂）、IGBT（英飞凌）、驱动光耦（威世、东芝、UMW）

逆变电路：继电器（松下、TE）、交流滤波电容（EPCOS、基美）

保护电路：气体放电管、压敏电阻（EPCOS、君耀）

控制电路：晶振（TXC、加高）、功率电感（TDK、台庆、奇力新）

结构件：连接器（JST、TE）

三相组串式逆变器电路中所需的元器件

总体来说，光伏逆变器是光伏发电行业中技术更新迭代最快的产品之一，其转换效率和可靠性的高低会极大影响到光伏发电系统的运行效益。随着我国光伏装机容量持续扩大，发电效益和维护的便捷性将成为建设电站的重要考虑因素，组串式逆变器技术成熟且维护方便，应用广泛，会越来越被市场所青睐，未来在我国的光伏电站中将占据更重要的市场地位！

审核编辑黄宇