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为什么叫逆变器?一文读懂光伏逆变器简史

2026-03-01 00:35:12

4. 无变压器逆变器

1999 年,少数“ 理想主义者” 爬上德国Baden-Württemberg 一家屋顶安装太阳能光伏系统。与之相伴的是世界上第一台无变压器组串式太阳能逆变器:Kaco Blue Planet PVI 2600 。

图2 :光伏逆变器演变:今天的Blueplanet 10.0 TL3 (左)的功率是20 年前PVI 2600 产品的四倍,但尺寸基本相同。来源:Kaco。

1999 年Kaco 推出的无变压器逆变器带来了许多优势:它更高效、更轻且制造成本更低。然而,其主要缺点是直流和交流电路之间缺乏电流隔离,这可能会把危险的直流故障带到交流侧。

变压器可以在两个电路之间无需通过电线连接便可实现电力传输。它将设备的输入和输出电源分开,实现电流隔离,并将电能以电场的方式传输,而不是通过电气连接。Kaco 发明的无变压器光伏逆变器虽然有很多优点,但也给电网供应商带来不少麻烦,并导致世界各地的行业标准协会再次改写。

5. 微型逆变器

2008 年6 月,加利福尼亚公司Enphase 推出了世界上第一台微型逆变器,大约有一本平装书那么大。

图3:第一台 Enphase 微型逆变器

微型逆变器是一个很好的概念,其设计初衷是每块光伏组件配备一个独立的逆变器,允许阵列中的每块组件彼此独立运行。如果一块或多块组件由于阴影或故障等原因功率降低,阵列的其余部分不会受到影响,继续保持良好状态。

微逆的其它优点还包括:组件级优化和监控,直流电压较低且屋顶空间没有直流电缆让系统更安全,光伏组件可以朝向不同的方向,设计更简单,无需考虑组件匹配,光伏阵列扩展更容易,逆变器保修期更长。

组串式逆变器以及集中式逆变器等连接一个组串的光伏组件,不能保证发电量的最大化,因此微型逆变器的提出,被认为有可能颠覆光伏系统的设计,然而到目前为止,这并未发生。其最主要的原因是成本:价格昂贵、安装复杂,并且增加了屋顶上的硬件数量,维护成本可能更高。

微型逆变器与组串逆变器,哪个最好?没有确定的答案。现在的微型逆变器正在变大,由原来的几百瓦提升到1.5Kw ,甚至2KW ;而组串式逆变器正在变得更大,由原来的几千瓦、数十千瓦增加到200 、300Kw 。

6. 最大功率点跟踪

可以说,现代光伏逆变器最大的技术亮点就是最大功率点跟踪(MPPT )。自1954 年贝尔实验室展示第一个实用的硅太阳能电池以来,研究人员一直在寻找可用的最高效率,不断提高太阳能系统的性能。

最大功率点跟踪可找到电压和电流的最佳匹配点,在条件变化时实时从一串光伏组件中提取能量。这在光伏系统中尤为重要,因为光伏组件的输出功率取决于可用的阳光量、阴影、光伏组件温度和负载的电气特性。

所有这些特性都影响了组件的输出功率,但都通过太阳能逆变器内部的最大功率点跟踪设计得到解决,从而获得了稳定的电力转换和输出,用户无需担心发电功率的变化、电流的变化。MPPT让太阳能逆变器尽可能高效,并仍在开发和改进中。

7. 光伏太阳能逆变器量产

1991 年,德国公司SMA制造了他们的第一款光伏产品- PV-WR 1800 逆变器。由于彼时光伏尚未完全商业化,该款产品就像是为光伏系统定制的小众产品。1995 年,SMA 生产了Sunny Boy 700 ,此后Sunny Boy 成为SMA 的典型产品系列。

而随着光伏的商业化应用推广,越来越多的地面光伏电站出现,因此集中式逆变器也开始出现。阳光电源从20 多年前成立以来,累计生产销售逆变器超过200GW ,全球市占率超过20% 。

光伏逆变器被中国逆变器制造商将技术、成本、产能发挥到极致,这其中不得不提及美国Emerson 电气的贡献。本世纪初,Emerson 公司几乎成为中国逆变器技术人才的“黄浦军校”,影响了中国逆变器产业近10 年。

8. 未来已来 - 混合型逆变器

Hybrid Inverter 混合逆变器已经存在了一段时间,主要是由于家用电池储能系统的日益普及。

这些逆变器比传统的逆变器更智能,使用称为直流耦合的技术,同时管理光伏组件、储能电池组和公用电网的能源输入。

混合逆变器的控制系统可以决定从哪里、何时以及如何获取能量。它可以在任何给定时间根据电价做出决策,如果经济的话,甚至可以从电网中提取能量以存储在电池中。

目前主流逆变器制造商都已经推出了混合型逆变器产品,未来可能更多,现在这意味着三件事- 电池、电池和更多电池。

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