光伏逆变器工作原理、成本构成、作用及分类有哪些？

光伏发电系统的心脏。

在太阳能光伏发电过程中，光伏阵列所发的电能为直流电能，然而许多负载需要交流电能。直流 供电系统存在很大的局限性，不便于变换电压，负载应用范围也有限，除特殊用电负荷外，均需 要使用逆变器将直流电变换为交流电。光伏逆变器是太阳能光伏发电系统的心脏，其将光伏发电 系统产生的直流电通过电力电子变换技术转换为生活所需的交流电，是光伏电站最重要的核心部 件之一。 逆变器一般由升压电路和逆变桥式电路构成。升压电路把光伏电池的直流电压升压到逆变器输出 控制所需的直流电压；逆变桥式电路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。 逆变器的原理是通过有规则地让开关元件（IGBT、MOSFET 等）高频率重复开-关（ON-OFF）， 使直流输入变成交流输出。

MPPT 技术是光伏逆变器的核心技术。MPPT 为最大功率点跟踪系统，是一种通过调节电气模块 的工作状态，使光伏电池能够输出更多电能的电气系统。光伏电池发电量的多少受到光强以及外 界环节的影响，其输出功率是变化的。MPPT 控制通过实时检测环境温度、光照强度等条件下的 发电电压，追踪最高电压电流，调节 DC/DC转换电路的等效电阻，使得光伏电池实现最大功率输 出，提高充电效率。因此，MPPT 是决定光伏电池发电量的关键部件。

逆变器在光伏产业链中居于下游位置。光伏产业链可分为硅料、硅片、光伏电池片、光伏组件、 光伏系统五个环节。上游包括原料高纯度多晶硅材料的生产，单晶硅和多晶硅的制造，硅片的生 产。中游包括光伏电池，光伏组件（玻璃，支架等）等环节。下游是光伏发电的应用端，逆变器 行业与下游行业的发展密切相关，光伏逆变器可以将光伏太阳能板产生的可变直流电压转换为市 电频率交流电，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用，下游行业对逆变器行业的发 展具有较大的牵引和驱动作用。

逆变器成本在光伏系统中占比 3%-5%左右。据中国光伏行业协会统计，2021 年我国集中式逆变 器和组串式逆变器的平均价格分别下探至 0.11 元/W 和 0.17 元/W，而大型地面光伏系统和工商业屋顶分布式系统的初始投资成本分别为 4.15 元/W 和 3.72 元/W，测算得组串式逆变器、集中式逆 变器初始投资成本在光伏系统中占比分别为 5%、3%。

光伏逆变器不仅仅只有直交流变换功能，还有主动运转和停机功能、最大功率追踪 MPPT 功能、 孤岛效应的检测及控制功能、电网检测及并网功能、零（低）电压穿越功能。

（1） 主动运转和停机功能：早晨日出后，太阳辐射强度逐步加强，太阳能电池的输出也随之 增大，当达到逆变器任务所需的输出功率后，逆变器即主动开始运转，进入运转后，逆 变器便每时每刻看管太阳能电池组件的输出，只需太阳能电池组件的输出功率大于逆变 器任务所需的输出功率，逆变器就继续运转；直到日落停机，即便阴雨天逆变器也能运 转。当太阳能电池组件输出变小，逆变器输出接近 0 时，逆变器便构成待机状态。

（2） 最大功率追踪 MPPT 功能：当日照强度和环境温度变化时，光伏组件输入功率呈现非线 性变化，光伏组件既不是恒压源，也不是恒流源，它的功率随着输出电压改变而改变， 和负载没有关系。它的输出电流随着电压升高一开始是一条水平线，到达一定功率时， 随着电压升高而降低，当到达组件开路电压时，电流下降到零。

（3） 孤岛效应的检测及控制功能：在正常发电时，光伏并网发电系统连接在电网上，向电网 输送有效功率，但是，当电网失电时，光伏并网发电系统可能还在持续工作，并和本地 负载处于独立运行状态，这种现象被称为孤岛效应。逆变器出现孤岛效应时，会对人身 安全，电网运行，逆变器本身造成极大的安全隐患，因此逆变器入网标准规定，光伏并 网逆变器必须有孤岛效应的检测及控制功能。

（4） 电网检测及并网功能：并网逆变器在并网发电之前，需要从电网上取电，检测电网送电 的电压、频率、相序等等参数，然后调整自身发电的参数，与电网参数同步一致，完成 之后才会并网发电。

（5） 零（低）电压穿越功能：当电力系统事故或扰动，引起光伏发电站并网点电压出现电压 暂降，在一定的电压跌落范围内和时间间隔内，光伏发电站能够保证不脱网连续运行。

按照光伏逆变器的技术路线，可以将光伏逆变器分为大型集中式光伏逆变器、组串式光伏逆变器、 集散式光伏逆变器、微型逆变器。

（1） 大型集中式光伏逆变器：先汇流，再变换，适合大型地面电站。大型集中式光伏逆变器 是将光伏组件产生的直流电汇总成较大直流功率后再转变为交流电的一种电力电子装置。 因此，此类光伏逆变器的功率都相对较大，一般采用 500KW 以上的集中式逆变器。特 别是近年来，随着电力电子技术的快速发展，大型集中式光伏逆变器的功率越来越大， 从最初的 500KW 逐步提升至 630KW、1.25MW、2.5MW、3.125MW 等，同时电压等 级也越来越高。 大型集中式光伏逆变器具有输出功率大、运维简单、技术成熟以及电能质量高、成本低 等优点，通常适用于大型地面光伏电站、农光互补光伏电站、水面光伏电站等。同时， 由于其单体输出功率大、电压等级高，随着技术进步近年来开始与下游的变压器集成， 形成“逆变升压”一体化的解决方案，以及与储能结合的光储一体化解决方案。

（2） 组串式光伏逆变器: 分组变流后再汇流，适合分布式发电。组串式光伏逆变器是将较小 单元光伏组件产生的直流电直接转变为交流电的一种电力电子装置。因此，组串式光伏 逆变器的功率都相对较小，一般功率在 50kW 以下的光伏逆变器称为组串式光伏逆变器。 但是近年来，随着技术进步和降本增效的考虑，组串式光伏逆变器的功率也开始逐步增 加，出现了 60KW、70KW、100KW、136KW、175KW 以上等大功率的组串式光伏逆 变器. 组串式光伏逆变器由于单台功率小，在同等发电规模情况下增加了逆变器的数量，因此单台逆变 器与光伏组件最佳工作点的匹配性较好，在特殊的环境下能够增加发电量。组串式光伏逆变器主 要运用于规模较小的电站，如户用分布式发电、中小型工商业屋顶电站等，但是近年来也应用于 一些大型地面电站。

（3） 集散式光伏逆变器：分散 MPPT 跟踪、集中逆变。集散式逆变技术是近年来公司研发并 推出的一种逆变方案，其结合了大型集中式光伏逆变器的“集中逆变”优势和组串式光 伏逆变器的“分散 MPPT 跟踪”优势，达到“集中式逆变器低成本高可靠性，组串式逆 变器的高发电量”。

由于集散式光伏逆变器继承了大型集中式光伏逆器的优势，近年来大型集中式光伏逆变器的高功 率、高电压等级、“逆变升压”一体化、“光储”一体化等技术，逐步应用到集散式光伏逆变技 术中，在提高发电效率的同时能够大幅降低成本，成为了我国光伏“领跑者”先进技术示范基地 中的一种重要技术路线。

（4） 微型逆变器：单个组件跟踪变换，适合户用光伏系统。微型逆变器是对每块光伏组件进 行单独的最大功率峰值跟踪，再经过逆变以后并入交流电网。微型逆变器的单体容量一 般在 1kW 以下。其优点是可以对每块组件进行独立的最大功率跟踪控制,在碰到部分遮 阴或者组件性能差异的情况提高整体效率。此外，微型逆变器仅有几十伏的直流电压， 全部并联，最大程度降低了安全隐患，其价格高昂，出现故障后较难维护，一般仅适用 于小型分布式发电系统。