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1.微型逆變器與傳統(tǒng)逆變器的區(qū)別

對(duì)于優(yōu)化太陽(yáng)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(gè)太陽(yáng)能電池組件上的微型逆變器(micro-inverter)。為每塊太陽(yáng)能電池配備單獨(dú)的微型逆變器使得系統(tǒng)可以適應(yīng)不斷變化的負(fù)荷和天氣條件，從而能夠?yàn)閱螇K太陽(yáng)能電池和整個(gè)系統(tǒng)提供最佳轉(zhuǎn)換效率。

微型逆變器的概念由來(lái)已久，但最初并沒(méi)有引起人們的注意，近年來(lái)隨著太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展以及技術(shù)的進(jìn)步，使得微型逆變器十分具有吸引力。美國(guó)加州Petaluma的Enphase從2008年開(kāi)始微型逆變器的商業(yè)化量產(chǎn)，并取得了不錯(cuò)的銷售成績(jī)，使得微型逆變器獲得了更廣泛的認(rèn)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(jiǎn)化布線，這也就意味著更低的安裝成本，提高太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的效率，使 “收回”最初投資所需的時(shí)間會(huì)縮短。

國(guó)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(kāi)發(fā)，隨著國(guó)內(nèi)外微型逆變器市場(chǎng)的日益火熱，眾多廠商也開(kāi)始微型逆變器產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，英偉力(Involar)新能源科技公司是國(guó)內(nèi)最早從事微型逆變器研究的公司，公司從2008年初開(kāi)始微型逆變器技術(shù)的開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)近兩年的努力已完全自主掌握了微型逆變器的核心技術(shù)，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(chǎng)。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(yáng)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(yuǎn)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?fù)?；而集中式逆變器一般為降壓型變換器，其通常采用橋式拓?fù)浣Y(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(yáng)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(yáng)能電池組件相匹配，其功率等級(jí)即為100W～300W，而傳統(tǒng)集中式逆變器功率通過(guò)多個(gè)太陽(yáng)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(jí)一般在1kW以上。

2.微型逆變器的優(yōu)點(diǎn)

常見(jiàn)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(yáng)能電池組件的串聯(lián)和并聯(lián)，因此系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤是針對(duì)整個(gè)串并聯(lián)太陽(yáng)能電池陣列，無(wú)法兼顧系統(tǒng)中每個(gè)太陽(yáng)能電池陣列，單個(gè)太陽(yáng)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(kuò)展靈活性不夠。光伏并網(wǎng)微型逆變器與單個(gè)太陽(yáng)能電池組件相連，可以將太陽(yáng)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(diǎn)：

1）保證每個(gè)太陽(yáng)能電池組件均運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，具有很強(qiáng)的抗局部陰影能力。

2）將微型逆變器與太陽(yáng)能電池組件集成，可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)即插即用和熱插拔，系統(tǒng)擴(kuò)展簡(jiǎn)單方便。

3）微型逆變器基本不獨(dú)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(yīng)不同安裝方向和角度的應(yīng)用。

4）系統(tǒng)冗余度高、可靠性高，單個(gè)模塊失效不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響。

3.光伏建筑一體化

光伏建筑一體化，是應(yīng)用太陽(yáng)能發(fā)電的一種新概念，簡(jiǎn)單地講就是將太陽(yáng)能光伏發(fā)電方陣安裝在建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面來(lái)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)?。在這兩種方式中，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(yīng)用的最佳安裝方式，因而倍受關(guān)注。光伏方陣與建筑的集成是BIPV的一種高級(jí)形式，它對(duì)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(shí)還要兼顧建筑的基本功能要求。“十二五”期間，將要?jiǎng)?chuàng)建2000家節(jié)約型公共機(jī)構(gòu)示范單位。除了公共機(jī)構(gòu)外，商業(yè)機(jī)構(gòu)由于用電量較大，參與節(jié)能的意愿相對(duì)較高，而且具有資金優(yōu)勢(shì)，也應(yīng)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(yáng)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(jìn)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(hù)表面采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃，目的是為了保護(hù)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(lái)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(duì)于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，可把其整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)做成光伏陣列，選擇適當(dāng)光伏組件，既可吸收太陽(yáng)直射光，也可吸收太陽(yáng)反射光。目前已經(jīng)研制出大尺度的彩色光伏模塊，可以實(shí)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(dú)立電源或者以并網(wǎng)的方式供電當(dāng)系統(tǒng)參與并網(wǎng)時(shí)，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(dāng)今光伏應(yīng)用的新趨勢(shì)。將光伏組件安裝在建筑物的屋頂或外墻，引出端經(jīng)過(guò)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(diǎn)：

1）綠色能源。太陽(yáng)能光伏建筑一體化產(chǎn)生的是綠色能源，是應(yīng)用太陽(yáng)能發(fā)電，不會(huì)污染環(huán)境。太陽(yáng)能是最清潔并且是免費(fèi)的，開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中不會(huì)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(wú)需額外占用土地，這對(duì)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(shí)期，對(duì)電網(wǎng)可以起到調(diào)峰作用。

3）太陽(yáng)能光伏建筑一體技術(shù)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(yáng)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(fù)荷，所以也可以起到建筑節(jié)能作用。因此，發(fā)展太陽(yáng)能光伏建筑一體化，可以“節(jié)能減排”。

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

1）造價(jià)較高。太陽(yáng)能光伏建筑一體化建筑物造價(jià)較高。一體化設(shè)計(jì)建造的帶有光伏發(fā)電系統(tǒng)的建筑物造價(jià)較高，在科研技術(shù)方面還有待提升。

2）成本高。太陽(yáng)能發(fā)電的成本高。太陽(yáng)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(yáng)能光伏發(fā)電不穩(wěn)定，受天氣影響大，有波動(dòng)性。這是由于太陽(yáng)并不是一天24小時(shí)都有，因此如何解決太陽(yáng)能光伏發(fā)電的波動(dòng)性，如何儲(chǔ)電也是亟待解決的問(wèn)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(yáng)能電池組件的安裝首先涉及到太陽(yáng)能電池組件的安裝角度和安裝方向問(wèn)題，安裝角度就是太陽(yáng)能電池組件的傾角問(wèn)題，傾角的選擇直接關(guān)系到太陽(yáng)能電池組件的發(fā)電效率。同一塊太陽(yáng)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(gè)墻面朝向的問(wèn)題，不同安裝位置的太陽(yáng)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(shí)功率無(wú)法保證完全一致。

BIPV系統(tǒng)中需要解決的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是陰影遮擋問(wèn)題，產(chǎn)生陰影的原因是多種多樣的，陰影的產(chǎn)生有隨機(jī)的，也有系統(tǒng)的。陰影主要來(lái)自于周圍建筑物、樹(shù)木的遮擋、各個(gè)太陽(yáng)能電池組件之間的相互遮擋、云層等。太陽(yáng)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(huì)大大減小，從而對(duì)整個(gè)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(shí)盡量做好規(guī)劃設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的電壓和功率等級(jí)，把大量太陽(yáng)能電池組件通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)等方式連接起來(lái)，然后經(jīng)過(guò)一個(gè)集中式逆變器將太陽(yáng)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(gè)太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)形成太陽(yáng)能電池組件串，每個(gè)串經(jīng)過(guò)一個(gè)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(yáng)能電池組件的串聯(lián)或并聯(lián)，系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤時(shí)針對(duì)整個(gè)串進(jìn)行的，因此無(wú)法保證每個(gè)組件均運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，也無(wú)法獲得每個(gè)太陽(yáng)能電池組件的狀態(tài)信息；另一方面，由于建筑表面各個(gè)太陽(yáng)能電池組件的安裝方向和角度不同，各個(gè)太陽(yáng)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(diǎn)跟蹤，將大大降低系統(tǒng)的發(fā)電效率；當(dāng)部分太陽(yáng)能電池組件受到遮擋時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率更會(huì)嚴(yán)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(dǎo)致系統(tǒng)損壞。

微型逆變器技術(shù)提出將逆變器直接與單個(gè)太陽(yáng)能電池組件集成，為每個(gè)太陽(yáng)能電池組件單獨(dú)配備一個(gè)具備交直流轉(zhuǎn)換功能和最大功率點(diǎn)跟蹤功能的逆變器模塊，將太陽(yáng)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(fù)載使用或傳輸?shù)诫娋W(wǎng)。

將微型逆變器應(yīng)用于BIPV系統(tǒng)可以完全適應(yīng)建筑集成光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用需求，適應(yīng)不同太陽(yáng)能電池組件安裝角度和方位，避免局部陰影對(duì)系統(tǒng)發(fā)電效率產(chǎn)生的影響，實(shí)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(yáng)能電池組件相連，將太陽(yáng)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(fù)載使用，多個(gè)微型逆變器直接并聯(lián)接入電網(wǎng)，各個(gè)微型逆變器和太陽(yáng)能電池組件之間相互沒(méi)有任何影響，單個(gè)模塊失效也不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

將微型逆變器技術(shù)與電力線載波通信技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)電網(wǎng)交流母線就可以采集各個(gè)微型逆變器和太陽(yáng)能電池組件的輸出功率和狀態(tài)信息，很方便的實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控，同時(shí)不需要額外的通信線路，對(duì)系統(tǒng)連線沒(méi)有任何負(fù)擔(dān)，極大的簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。