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1.微型逆變器與傳統(tǒng)逆變器的區(qū)別

對于優(yōu)化太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率和可靠性而言，一種較新的手段是采用連接到每個太陽能電池組件上的微型逆變器(micro-inverter)。為每塊太陽能電池配備單獨的微型逆變器使得系統(tǒng)可以適應不斷變化的負荷和天氣條件，從而能夠為單塊太陽能電池和整個系統(tǒng)提供最佳轉(zhuǎn)換效率。

微型逆變器的概念由來已久，但最初并沒有引起人們的注意，近年來隨著太陽能發(fā)電技術的發(fā)展以及技術的進步，使得微型逆變器十分具有吸引力。美國加州Petaluma的Enphase從2008年開始微型逆變器的商業(yè)化量產(chǎn)，并取得了不錯的銷售成績，使得微型逆變器獲得了更廣泛的認可，吸引了眾多公司紛紛加入到微型逆變器的研發(fā)行列。

采用微型逆變器結(jié)構(gòu)的光伏發(fā)電系統(tǒng)可簡化布線，這也就意味著更低的安裝成本，提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率，使 “收回”最初投資所需的時間會縮短。

國內(nèi)眾多的光伏并網(wǎng)逆變器生產(chǎn)廠商主要從事大功率集中并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的開發(fā)，隨著國內(nèi)外微型逆變器市場的日益火熱，眾多廠商也開始微型逆變器產(chǎn)品的開發(fā)，英偉力(Involar)新能源科技公司是國內(nèi)最早從事微型逆變器研究的公司，公司從2008年初開始微型逆變器技術的開發(fā)，經(jīng)過近兩年的努力已完全自主掌握了微型逆變器的核心技術，并于2010年5月份成功發(fā)布了其第一代產(chǎn)品NAC250，目前該款微型逆變器產(chǎn)品已經(jīng)推向市場。微型逆變器與傳統(tǒng)逆變器的區(qū)別如下：

1）逆變器輸入電壓低、輸出電壓高。單塊太陽能電池組件的輸出電壓范圍一般為20～50V，而電網(wǎng)的電壓峰值約為311V(220VAC)或156V(110VAC)，因此，微型逆變器的輸出峰值電壓遠高于輸入電壓，這要求微型逆變器采用具備升降壓變換功能的逆變器拓撲；而集中式逆變器一般為降壓型變換器，其通常采用橋式拓撲結(jié)構(gòu)，逆變器輸出交流側(cè)電壓峰值低于輸入直流側(cè)電壓。

2）功率小。單塊太陽能電池組件的功率一般在100W～300W，微型逆變器直接與單塊太陽能電池組件相匹配，其功率等級即為100W～300W，而傳統(tǒng)集中式逆變器功率通過多個太陽能電池組件串并聯(lián)組合產(chǎn)生足夠高的功率，其功率等級一般在1kW以上。

2.微型逆變器的優(yōu)點

常見的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括集中式、串式、多串式和交流模塊式等幾種方案。在集中式、串式和多串式系統(tǒng)中，都存在太陽能電池組件的串聯(lián)和并聯(lián)，因此系統(tǒng)的最大功率點跟蹤是針對整個串并聯(lián)太陽能電池陣列，無法兼顧系統(tǒng)中每個太陽能電池陣列，單個太陽能電池陣列利用率低、系統(tǒng)抗局部陰影能力差，且系統(tǒng)擴展靈活性不夠。光伏并網(wǎng)微型逆變器與單個太陽能電池組件相連，可以將太陽能電池組件輸出的直流電直接變換成交流電并傳輸?shù)诫娋W(wǎng)，具有以下優(yōu)點：

1）保證每個太陽能電池組件均運行在最大功率點，具有很強的抗局部陰影能力。

2）將微型逆變器與太陽能電池組件集成，可以實現(xiàn)模塊化設計、實現(xiàn)即插即用和熱插拔，系統(tǒng)擴展簡單方便。

3）微型逆變器基本不獨立占用安裝空間，分布式安裝便于配置，能夠充分利用空間和適應不同安裝方向和角度的應用。

4）系統(tǒng)冗余度高、可靠性高，單個模塊失效不會對整個系統(tǒng)造成影響。

3.光伏建筑一體化

光伏建筑一體化，是應用太陽能發(fā)電的一種新概念，簡單地講就是將太陽能光伏發(fā)電方陣安裝在建筑的圍護結(jié)構(gòu)外表面來提供電力。根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié)合的方式不同，光伏建筑一體化可分為兩大類：一類是光伏方陣與建筑的結(jié)合。另一類是光伏方陣與建筑的集成。如光電瓦屋頂、光電幕墻和光電采光頂?shù)取Ｔ谶@兩種方式中，光伏方陣與建筑的結(jié)合是一種常用的形式，特別是與建筑屋面的結(jié)合。由于光伏方陣與建筑的結(jié)合不占用額外的地面空間，是光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市中廣泛應用的最佳安裝方式，因而倍受關注。光伏方陣與建筑的集成是BIPV的一種高級形式，它對光伏組件的要求較高。光伏組件不僅要滿足光伏發(fā)電的功能要求同時還要兼顧建筑的基本功能要求。“十二五”期間，將要創(chuàng)建2000家節(jié)約型公共機構(gòu)示范單位。除了公共機構(gòu)外，商業(yè)機構(gòu)由于用電量較大，參與節(jié)能的意愿相對較高，而且具有資金優(yōu)勢，也應該優(yōu)先發(fā)展光伏建筑一體化模式。根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié)合的方式不同，太陽能光伏建筑一體化可分為兩大類：

1）光伏方陣與建筑的結(jié)合。這種方式是將光伏方陣依附于建筑物上，建筑物作為光伏方陣載體，起支承作用。光伏方陣與建筑的進一步結(jié)合是將光伏器件與建筑材料集成化。一般的建筑物外圍護表面采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃，目的是為了保護和裝飾建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏組件來做建筑物的屋頂、外墻和窗戶，這樣既可用做建材也可用以發(fā)電，可謂物盡其美。對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，可把其整個圍護結(jié)構(gòu)做成光伏陣列，選擇適當光伏組件，既可吸收太陽直射光，也可吸收太陽反射光。目前已經(jīng)研制出大尺度的彩色光伏模塊，可以實現(xiàn)以上目的，使建筑外觀更具魅力.

2）光伏方陣與建筑的集成。這種方式是光伏組件以一種建筑材料的形式出現(xiàn)，光伏方陣成為建筑不可分割的一部分。

與建筑相結(jié)合的光伏系統(tǒng)，可以作為獨立電源或者以并網(wǎng)的方式供電當系統(tǒng)參與并網(wǎng)時，可以不需要蓄電池。但需要與電網(wǎng)的裝置，而與并網(wǎng)發(fā)電是當今光伏應用的新趨勢。將光伏組件安裝在建筑物的屋頂或外墻，引出端經(jīng)過控制器與公共電網(wǎng)相連接需要向光伏陣列及電網(wǎng)并聯(lián)向用戶供電，這就組成了并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。光伏建筑一體化系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1）綠色能源。太陽能光伏建筑一體化產(chǎn)生的是綠色能源，是應用太陽能發(fā)電，不會污染環(huán)境。太陽能是最清潔并且是免費的，開發(fā)利用過程中不會產(chǎn)生任何生態(tài)方面的副作用。它又是一種再生能源，取之不盡，用之不竭。

2）不占用土地。光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或外墻上，無需額外占用土地，這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要；夏天是用電高峰的季節(jié)，也正好是日照量最大、光伏系統(tǒng)發(fā)電量最多的時期，對電網(wǎng)可以起到調(diào)峰作用。

3）太陽能光伏建筑一體技術采用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，不需要配備蓄電池，既節(jié)省投資，又不受蓄電池荷電狀態(tài)的限制，可以充分利用光伏系統(tǒng)所發(fā)出的電力。

4）起到建筑節(jié)能作用。光伏陣列吸收太陽能轉(zhuǎn)化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體得熱和室內(nèi)空調(diào)冷負荷，所以也可以起到建筑節(jié)能作用。因此，發(fā)展太陽能光伏建筑一體化，可以“節(jié)能減排”。

雖然太陽能光伏建筑一體化有高效、經(jīng)濟、環(huán)保等諸多優(yōu)點，但光伏建筑還未進入尋常百姓家，使用該技術的民宅社區(qū)并未出現(xiàn)。這是由于太陽能光伏建筑一體化存在以下缺點：

1）造價較高。太陽能光伏建筑一體化建筑物造價較高。一體化設計建造的帶有光伏發(fā)電系統(tǒng)的建筑物造價較高，在科研技術方面還有待提升。

2）成本高。太陽能發(fā)電的成本高。太陽能發(fā)電的成本是每度2.5元，比常規(guī)發(fā)電成本每度1元翻倍。

3）不穩(wěn)定。太陽能光伏發(fā)電不穩(wěn)定，受天氣影響大，有波動性。這是由于太陽并不是一天24小時都有，因此如何解決太陽能光伏發(fā)電的波動性，如何儲電也是亟待解決的問題。

4.微型逆變器解決方案

在光伏建筑一體化（BIPV）系統(tǒng)中，太陽能電池組件的安裝首先涉及到太陽能電池組件的安裝角度和安裝方向問題，安裝角度就是太陽能電池組件的傾角問題，傾角的選擇直接關系到太陽能電池組件的發(fā)電效率。同一塊太陽能電池組件，選擇不同的安裝角度接收到的輻射量是不一樣的，由于各個墻面朝向的問題，不同安裝位置的太陽能電池組件其安裝角度和方向不可能完全一致，這就決定了其發(fā)電效率、發(fā)電的瞬時功率無法保證完全一致。

BIPV系統(tǒng)中需要解決的另一個關鍵問題是陰影遮擋問題，產(chǎn)生陰影的原因是多種多樣的，陰影的產(chǎn)生有隨機的，也有系統(tǒng)的。陰影主要來自于周圍建筑物、樹木的遮擋、各個太陽能電池組件之間的相互遮擋、云層等。太陽能電池組件的輸出特性決定了受到局部遮擋或陰影后，其發(fā)電效率將會大大減小，從而對整個系統(tǒng)的發(fā)電量產(chǎn)生顯著影響。

為了使BIPV系統(tǒng)的發(fā)電效率最大化，除了在安裝時盡量做好規(guī)劃設計外，還需要采用合適的光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖1為目前BIPV系統(tǒng)中常用的電氣結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖1中，集中式系統(tǒng)首先根據(jù)設計的電壓和功率等級，把大量太陽能電池組件通過串聯(lián)或并聯(lián)等方式連接起來，然后經(jīng)過一個集中式逆變器將太陽能電池陣列輸出的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能；串式和多串式系統(tǒng)將多個太陽能電池組件串聯(lián)形成太陽能電池組件串，每個串經(jīng)過一個DC-DC變換器升壓后，再經(jīng)逆變器輸出交流電能。上述三種系統(tǒng)中，均存在太陽能電池組件的串聯(lián)或并聯(lián)，系統(tǒng)的最大功率點跟蹤時針對整個串進行的，因此無法保證每個組件均運行在最大功率點，也無法獲得每個太陽能電池組件的狀態(tài)信息；另一方面，由于建筑表面各個太陽能電池組件的安裝方向和角度不同，各個太陽能電池組件的發(fā)電效率彼此各不相同，采用集中式的最大功率點跟蹤，將大大降低系統(tǒng)的發(fā)電效率；當部分太陽能電池組件受到遮擋時，整個系統(tǒng)的發(fā)電效率更會嚴重降低，大大降低了系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，甚至可能形成熱斑，導致系統(tǒng)損壞。

微型逆變器技術提出將逆變器直接與單個太陽能電池組件集成，為每個太陽能電池組件單獨配備一個具備交直流轉(zhuǎn)換功能和最大功率點跟蹤功能的逆變器模塊，將太陽能電池組件發(fā)出的電能直接轉(zhuǎn)換成交流電能供交流負載使用或傳輸?shù)诫娋W(wǎng)。

將微型逆變器應用于BIPV系統(tǒng)可以完全適應建筑集成光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用需求，適應不同太陽能電池組件安裝角度和方位，避免局部陰影對系統(tǒng)發(fā)電效率產(chǎn)生的影響，實現(xiàn)BIPV系統(tǒng)發(fā)電效率的最大化。采用微型逆變器的建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
在圖2中，微型逆變器直接與太陽能電池組件相連，將太陽能電池組件發(fā)出的電能直接傳輸?shù)诫娋W(wǎng)或供本地負載使用，多個微型逆變器直接并聯(lián)接入電網(wǎng)，各個微型逆變器和太陽能電池組件之間相互沒有任何影響，單個模塊失效也不會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

將微型逆變器技術與電力線載波通信技術相結(jié)合，通過電網(wǎng)交流母線就可以采集各個微型逆變器和太陽能電池組件的輸出功率和狀態(tài)信息，很方便的實現(xiàn)整個系統(tǒng)的監(jiān)控，同時不需要額外的通信線路，對系統(tǒng)連線沒有任何負擔，極大的簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。