光伏系統(tǒng)原理

太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。

光伏發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。

（1） 光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機發(fā)電。前一個過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電一樣。太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。

（2） 光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點。太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染。

光伏系統(tǒng)逆變器

光伏系統(tǒng)是由組件、支架、逆變器、電纜、配電柜等設(shè)備組成。支架是結(jié)構(gòu)設(shè)備，除了風(fēng)災(zāi)破壞外一般不會壞;組件和逆變器是發(fā)電設(shè)備，但組件功率密度少，如一個10kW電站，使用40塊組件，總面積達(dá)64平方米，但這些能量都集中到一臺面積為0.25平方米的逆變器里，逆變器功率密度高，里面便是高溫高壓高電流。

另外逆變器需要處理的事情也特別多，除了把直流電變成交流電外，還要承擔(dān)檢測組件和電網(wǎng)狀況、系統(tǒng)絕緣、對外通訊等任務(wù)，計算量大，容易出錯。

光伏逆變器工作原理

光伏逆變器由升壓回路和逆變橋式回路構(gòu)成，升壓回路主要用于將直流電壓升壓至逆變器輸出所需直流電壓，逆變橋式回路主要用于將升壓后的直流電壓轉(zhuǎn)換為固定頻率的交流電壓。因此，經(jīng)升壓回路和逆變橋式回路完成將直流電轉(zhuǎn)換為交流點的功能。

逆變器故障對光伏系統(tǒng)發(fā)電量有什么影響

光伏逆變器是由電路板、熔斷器、功率開關(guān)管、電感、繼電器、電容、顯示屏、風(fēng)扇、散熱器，結(jié)構(gòu)件等部件組成。每個部件的壽命不一樣，逆變器的使用壽命可以用“木桶理論”來解釋，木桶的最大容量是由最短的木板決定的，逆變器的使用壽命是由壽命最短的部件決定，逆變器最容易出故障是功率開關(guān)管、電容、顯示屏、風(fēng)扇等4個部件。

1、功率開關(guān)管

功率開關(guān)管是把直流轉(zhuǎn)換為交流的主要器件，是逆變器的心臟。

目前逆變器使用的功率開關(guān)管有IGBT、MOSET等，是逆變器最脆弱的一個部件，它有三怕：一怕過壓，一個耐壓600V的管子，如果兩端電壓超過600V，不到0.1秒種就會炸掉；二怕過流，一個額定電流為50A的管子，如果通過的電流大于50A，不到0.2秒種就會炸掉；三怕過溫，IGBT節(jié)溫不般有150度或者175度，一般都把它控制在120度以下，散熱設(shè)計是逆變器最關(guān)鍵技術(shù)之一。

功率器件損壞，就意味逆變器需要整機更換。但也不必過份擔(dān)心，因為逆變器在設(shè)計時，這些因素都已考慮周全，在正常情況下，使用壽命到20年沒有問題。逆變器在安裝時，要考慮給逆變器留有散熱通道，另外電網(wǎng)如有過高的諧波和過于頻繁的電壓突變，也會造成功率器件過壓損壞。

2、電解電容

電容是能量存儲的部件，也是逆變器必不可少的元器件之一。

電容有電解電容、薄膜電容等，各有特點，都是逆變器所需。影響電解電容壽命的原因有很多，過電壓、諧波電流、高溫、急速充放電等等，正常使用情況下，最大的影響是溫度，因為溫度越高電解液的揮發(fā)損耗越快。需要注意的是這里的溫度不是指環(huán)境或表面溫度，而是指鋁箔工作溫度。

廠商通常會將電容壽命和測試溫度標(biāo)注在電容本體，電解液的揮發(fā)限制了電解電容的壽命，日本NCC電容是世界上最好的電容之一，它在規(guī)格書上標(biāo)注最長壽命是15年。

3、液晶顯示屏

逆變器的液晶顯示屏可以顯示光伏電站瞬時功率、發(fā)電量、輸入電壓等各種指標(biāo)。如能顯示故障原因，將是個很好用的部件。

多數(shù)逆變器都有顯示器，但也有沒有的。除了上述優(yōu)點外，液晶顯示器有一個致命缺陷——使用壽命短。質(zhì)量一般的液晶顯示器工作3-4萬小時，就會嚴(yán)重衰減不能使用。我們按照逆變器工作時間6:00-20:00計算，液晶顯示器每天工作14個小時，一年為5000小時。假設(shè)液晶顯示器壽命為4萬小時，那么它的使用壽命為8年。

現(xiàn)在戶用逆變器一般保留顯示器，電站用的中大功率組串逆變器，無液晶顯示屏是趨勢。

4、風(fēng)扇

組串式逆變器散熱方式主要有強制風(fēng)冷和自然冷卻兩種。

強制風(fēng)冷就要用到風(fēng)扇，通過組串式逆變器散熱能力對比實驗發(fā)現(xiàn)，中大功率組串式逆變器，強制風(fēng)冷的散熱效果要優(yōu)于自然冷卻散熱方式。采用強制風(fēng)冷可使逆變器內(nèi)部電容、IGBT等關(guān)鍵部件溫升降低20℃左右，可確保逆變器長壽命高效工作，而采用自然冷卻方式的逆變器溫升高，元器件壽命降低。優(yōu)質(zhì)風(fēng)扇的壽命為4萬小時左右，智能散熱的逆變器，一般是逆變器功率到30%以上才開始工作，平均每天工作時間約4-5小時，每年約1800小時，使用20年沒有問題。

風(fēng)扇最常見的故障是風(fēng)機電源壞，或者有異物進入風(fēng)扇內(nèi)部，阻礙了風(fēng)機轉(zhuǎn)動。

總結(jié)

光伏逆變器做為一個電子產(chǎn)品，使用上有一定的局限性，設(shè)計和安裝時要注意。有經(jīng)驗的EPC安裝商，逆變器故障率要比沒有經(jīng)驗的安裝商低30%以上，所以經(jīng)驗很重要。逆變器運輸和安裝時，要輕拿輕放，避免里面的接頭松動。溫度對逆變器主要部件壽命影響較大，逆變器要避免陽光直曬，安裝在通風(fēng)散熱的地方；組件和逆變器匹配要注意，逆變器不要長時間工作在滿載狀態(tài)；逆變器不要安裝在諧波過高的電網(wǎng)環(huán)境，這可明顯降低逆變器發(fā)生故障的機率，延長其使用壽命。