光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用-教學(xué)課件-作者-魏學(xué)業(yè)-第一章

第一章緒論太陽能資源豐富，分布廣泛，開發(fā)利用前景廣闊。太陽能光伏發(fā)電作為太陽能利用的重要方式，已得到世界各國的極大關(guān)注。近十幾年來，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模得到了極大的擴張，光伏組件的產(chǎn)量和發(fā)電容量不斷增加，已有許多發(fā)電站投入使用，取得了良好的社會效益。若要將太陽能應(yīng)用于交通運輸、工業(yè)生產(chǎn)等中，一個主要的渠道就是先將太陽能轉(zhuǎn)變成電能。但由于下雨、云霧、樹陰等存在陰影，接收到太陽的光能是不連續(xù)的而且光照強度也隨著時間和天氣在變化，因此利用太陽能發(fā)的電是斷續(xù)的、慢變化的直流電能。為了能將這種能量應(yīng)用于現(xiàn)實生活中，需要將其轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的交流電能，這就需要光伏逆變器。光伏發(fā)電（Photovoltaic，PV）是一種簡易而清潔的太陽能利用方式，因為光伏電池能將入射光線直接轉(zhuǎn)換成電而不會產(chǎn)生噪聲、污染，而且發(fā)電裝置牢固、可靠、壽命長久。第一章緒論太陽能資源豐富，分布廣泛，開發(fā)利用前景廣闊。太陽1.1光伏發(fā)電的發(fā)展太陽能發(fā)電是新興的可再生能源技術(shù)，太陽能光伏發(fā)電是利用光伏電池的光生伏特效應(yīng)而進行發(fā)電的，光伏電池具有電池組件模塊化、安裝維護方便、使用方式靈活等特點，是太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用最多的技術(shù)。太陽能光伏發(fā)電也稱為光伏發(fā)電，是光伏電池將太陽的輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的過程，它正迅猛地發(fā)展并成為化石燃料發(fā)電的重要替代品。20世紀60年代，航空航天業(yè)的應(yīng)用大大地推動了光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的研究和發(fā)展，目前太陽能光伏發(fā)電在全球已經(jīng)實現(xiàn)較大規(guī)模的應(yīng)用，太陽能光伏發(fā)電成為了一個令人矚目的研究領(lǐng)域。近些年來，隨著光伏發(fā)電相關(guān)技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴大，以及光伏組件制造工藝的提高，光伏組件的價格下降較快，太陽能光伏發(fā)電的成本在不斷下降，為太陽能光伏技術(shù)的進一步發(fā)展和廣泛應(yīng)用提供了必要條件。1.1光伏發(fā)電的發(fā)展太陽能發(fā)電是新興的可再生能源技術(shù)，太陽能1.1.1國外光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀自1839年發(fā)現(xiàn)光生伏特效應(yīng)和1954年第一塊實用的光伏電池問世以來，太陽能光伏發(fā)電取得了長足的進步，以1997年美國的“百萬太陽能光伏屋頂計劃”為標(biāo)志，日本以及歐洲的德國、丹麥、意大利、英國、西班牙等國也紛紛制定了本國的可再生能源法案，刺激了光伏產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。2000年以來，全球光伏產(chǎn)業(yè)連續(xù)6年以30%以上的速度增長。2002年全球光伏電池產(chǎn)量為560MW，2003年已高達750MW，增長了34%，2004年全球光伏電池年產(chǎn)量達到1256MW，年增長率高達68%，2005年產(chǎn)量達到1818MW，增長率仍有45%。2006年，美國加州提出了要在加州實施“百萬個太陽能屋頂計劃”，在未來10年內(nèi)建設(shè)3000MW光伏發(fā)電系統(tǒng)的提案，正是由于歐洲諸多發(fā)達國家、日本和美國強有力的政策推動，全球太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)市場才呈現(xiàn)出欣欣向榮的景象。（如圖1-1）世界各國光伏發(fā)電年裝機容量匯總表1.1.1國外光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀自1839年發(fā)現(xiàn)光生伏特圖1-1世界各國光伏發(fā)電年裝機容量匯總表到2011年，全球光伏發(fā)電總裝機容量超過220000萬kW，主要應(yīng)用市場在德國、西班牙、日本、意大利。隨著太陽能光伏發(fā)電規(guī)模、轉(zhuǎn)換效率和工藝水平的提高，全產(chǎn)業(yè)鏈的成本快速下降。光伏電池組件價格已經(jīng)從2008年3美元/W下降到2012年的0.48美元/W以下，太陽能光伏發(fā)電的經(jīng)濟性明顯提高。圖1-1世界各國光伏發(fā)電年裝機容量匯總表世界光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾方面：光伏電池產(chǎn)量持續(xù)增長生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大光伏市場飛速膨脹新技術(shù)不斷出現(xiàn)，電池效率不斷提高太陽能發(fā)電技術(shù)多元化發(fā)展太陽能發(fā)電逐步成為電力系統(tǒng)的重要組成部分世界光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾方面：1.1.2我國光伏發(fā)電的發(fā)展我國作為世界經(jīng)濟最有活力的市場，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。大量規(guī)?；墓夥髽I(yè)應(yīng)運而生，在世界光伏產(chǎn)量中占有很大的比重。1958年，我國研制出了首塊硅單晶。1968至～1969年底，中國科學(xué)院半導(dǎo)體所承擔(dān)了為“實踐1號衛(wèi)星”研制和生產(chǎn)硅光伏電池板的任務(wù)，為光伏電池的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。1969年，天津18所為東方紅二號、三號、四號系列地球同步軌道衛(wèi)星研制生產(chǎn)光伏電池陣列。1975年，寧波、開封先后成立光伏電池廠。2007年，我國成為生產(chǎn)光伏電池最多的國家，產(chǎn)量從2006年的400MW一躍達到1GW。之后發(fā)展更為迅速，到2008年達到了2.6GW，2010年接近11GW，2011年我國的光伏電池產(chǎn)量達到了21.3GW1.1.2我國光伏發(fā)電的發(fā)展我國作為世界經(jīng)濟最有活力的市在資源方面，我國太陽能資源十分豐富，適宜太陽能發(fā)電的國土面積和建筑物受光面積也很大，雖然我國光伏發(fā)電在資源上都具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，但是與常規(guī)電力相比，太陽能發(fā)電在經(jīng)濟性和與電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)方面，還存在許多需要解決的問題，突出表現(xiàn)在以下幾方面：經(jīng)濟性仍是制約太陽能發(fā)電發(fā)展的主要因素并網(wǎng)運行管理是制約太陽能發(fā)電發(fā)展的關(guān)鍵因素促進太陽能發(fā)電的政策體系還不完善光伏制造業(yè)亟待轉(zhuǎn)型升級因此，光伏發(fā)電在我國面臨著機遇與挑戰(zhàn)并存的局面，如何解決上述存在的問題，促進光伏產(chǎn)業(yè)的更大發(fā)展是我們今后的發(fā)展方向。在資源方面，我國太陽能資源十分豐富，適宜太陽能發(fā)電的國土面積1.2逆變器的基本知識1.2.1逆變器的基本概念逆變器是一種將直流電（光伏輸出、電池、電瓶等）轉(zhuǎn)化為交流電（一般為220V、50Hz的正弦波）的裝置。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。逆變器根據(jù)發(fā)電源的不同，分為煤電逆變器、太陽能逆變器、風(fēng)能逆變器、氫能逆變器和核能逆變器等，廣泛適用于空調(diào)器、電視機、電動工具、計算機、洗衣機、冰箱和照明燈具等。現(xiàn)代逆變技術(shù)是研究逆變電路技術(shù)和應(yīng)用的一門科學(xué)技術(shù)，它是建立在電力電子技術(shù)、功率半導(dǎo)體器件技術(shù)、控制技術(shù)、變流技術(shù)、脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)等基礎(chǔ)之上的一門實用技術(shù)。它主要包括半導(dǎo)體功率集成器件及其應(yīng)用、逆變電路和逆變控制技術(shù)三大部分。1.2逆變器的基本知識1.2.1逆變器的基本概念1.2.2光伏逆變器的分類由于光伏逆變器與光伏模塊的工作連接十分緊密，通常將光伏控制器與逆變器組合成為光伏控制與逆變一體機。通常有以下幾種分類方式：1．按功能用途分類光伏逆變器可分為離網(wǎng)型（獨立式）光伏逆變器和并網(wǎng)型光伏逆變器兩大類。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中的逆變器，直接與公共電網(wǎng)相連接，具有將光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能輸送到電網(wǎng)的功能，相對于獨立式逆變器，技術(shù)上要求更高、控制算法更加復(fù)雜。2．按是否隔離分類根據(jù)光伏模塊是否與市電隔離，并網(wǎng)逆變器又分為帶變壓器和不帶變壓器兩大類。帶變壓器的稱為隔離型逆變器，又分為帶工頻變壓器的隔離型逆變器和帶高頻變壓器的隔離型逆變器。而不帶隔離變壓器的逆變器，通常稱為高頻逆變器或無隔離型逆變器1.2.2光伏逆變器的分類由于光伏逆變器與光伏模塊的工作圖1-2三種類型逆變器結(jié)構(gòu)圖工頻隔離型b)高頻隔離型c)非隔離型3．按輸出相數(shù)分類光伏逆變器可以分為單相逆變器和三相逆變器4．根據(jù)逆變器使用的半導(dǎo)體器件類型分類根據(jù)逆變器使用的半導(dǎo)體器件類型分類，可分為晶體管逆變器、晶閘管逆變器及可關(guān)斷晶閘管逆變器等5．根據(jù)逆變器電路原理分類根據(jù)逆變器電路原理分類，可分為自激振蕩型逆變器、階梯波疊加型逆變器和脈寬調(diào)制型逆變器等。圖1-2三種類型逆變器結(jié)構(gòu)圖6．按系統(tǒng)形式分類按系統(tǒng)形式分類，光伏逆變器可分為組串式、集中式以及微型逆變器三類。圖1-3組串式逆變器和集中式逆變器組串式逆變器b)集中式逆變器組串式逆變器（StringInverter）是指光伏器件通過串聯(lián)構(gòu)成光伏陣列給光伏發(fā)電系統(tǒng)提供能量。集中式逆變器（CentralInverter），該系統(tǒng)中所有的光伏模塊通過串、并聯(lián)構(gòu)成一個光伏陣列，該陣列的能量通過一個逆變器集中轉(zhuǎn)換為交流電。6．按系統(tǒng)形式分類圖1-3組串式逆變器和集中式逆變器1.2.3光伏逆變器的參數(shù)輸出電壓的穩(wěn)定度對于一個合格的逆變器，輸入端電壓在確定范圍內(nèi)變化時，其穩(wěn)態(tài)輸出電壓的變化量應(yīng)不超過額定值的±5%，同時當(dāng)負載發(fā)生突變時，其輸出電壓偏差不應(yīng)超過額定值的±10％?？傊C波畸變率?？傊C波畸變率（TotalHarmonicDistortion，THD）是指全部諧波分量有效值與基波分量有效值之比，用百分數(shù)表示。功率因數(shù)交流電路中，電壓與電流之間的相位差（j）的余弦叫做功率因數(shù)（PowerFactor，PF），用符號cosj

表示。在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值逆變器的效率逆變器的效率是指在規(guī)定的工作條件下，其輸出功率與輸入功1.2.3光伏逆變器的參數(shù)輸出電壓的穩(wěn)定度輸入功率之比，用百分數(shù)表示。額定輸出電流額定輸出電流表示在規(guī)定的負載功率因數(shù)范圍內(nèi)逆變器的額定輸出電流。保護措施一款性能優(yōu)良的逆變器，應(yīng)具備完備的保護功能或措施，以應(yīng)對實際使用過程中出現(xiàn)的各種異常情況，使逆變器本身及系統(tǒng)其他部件免受損傷。最大功率點跟蹤最大功率點跟蹤（MaximPowerPointTracking，MPPT）是通過尋找光伏模塊輸出功率最大時對應(yīng)的電壓值，使得光伏模塊在最高的轉(zhuǎn)換效率下工作。輸入功率之比，用百分數(shù)表示。1.3逆變器的發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1普通逆變器的發(fā)展現(xiàn)狀1．逆變器技術(shù)發(fā)展歷程1）20世紀50～60年代，KACO公司于1953年制造出第一個半導(dǎo)體閘流管逆變器。2）20世紀70年代，GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）的問世使得逆變技術(shù)得到發(fā)展和應(yīng)用。3）20世紀80年代，功率場效應(yīng)晶體管（MOS）、絕緣柵雙極晶體管、MOS控制晶閘管（MCT）及靜電感應(yīng)功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。4）20世紀90年代，矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復(fù)技術(shù)、模糊邏輯控制技術(shù)等在逆變器領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。5）21世紀初，逆變技術(shù)隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的進步不斷改進，逆變技術(shù)正向著頻率更高、體積更小的1.3逆變器的發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1普通逆變器的發(fā)展現(xiàn)狀方向發(fā)展。在功率方面，出現(xiàn)了兩個發(fā)展方向：一個是向著大功率逆變器方向發(fā)展，另一個是向著微型逆變器方向發(fā)展。2．光伏逆變器的發(fā)展?fàn)顩r光伏組件產(chǎn)生的電能為準(zhǔn)直流電，必須通過將直流變換成交流的設(shè)備—逆變器，才能實現(xiàn)將太陽能光伏產(chǎn)生的電能接入公共電網(wǎng)和供給負載。根據(jù)所發(fā)電力是否饋入電網(wǎng)，光伏逆變器分為并網(wǎng)逆變器和離網(wǎng)逆變器。目前，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)占光伏總安裝量的比例越來越大，而并網(wǎng)逆變器的技術(shù)指標(biāo)也代表了光伏逆變器的技術(shù)水平。光伏逆變器總趨勢是朝著高頻化、小型化發(fā)展。在未來，微型逆變器具有廣闊市場空間，可以實現(xiàn)模塊化、分布式模式發(fā)電?？傮w來說，逆變技術(shù)隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展而發(fā)展。隨著時間的推移，逆變技術(shù)正向著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展。3．光伏逆變器的市場競爭激烈由于目前光伏逆變器市場發(fā)展迅速，競爭也異常激烈。最早起家方向發(fā)展。在功率方面，出現(xiàn)了兩個發(fā)展方向：一個是向著大功率逆的德國SMA公司雖然目前仍然是世界排名第一的光伏逆變器廠商，但其市場份額卻在不斷縮小，已經(jīng)從幾年前的40%縮小到現(xiàn)在的30%左右。國內(nèi)最大的光伏逆變器廠商合肥陽光電源成立于

1997年，其國內(nèi)市場份額在2008年曾一度高達70%，但現(xiàn)在其國內(nèi)市場份額不到40%。光伏逆變器產(chǎn)品在技術(shù)方面，國外仍然處于領(lǐng)先地位。但是這種現(xiàn)象必然會隨著我國產(chǎn)品技術(shù)的進一步提高而有所改變。表1-2是國內(nèi)外逆變器的技術(shù)對比情況。

表1-2國內(nèi)外逆變器技術(shù)對比技術(shù)指標(biāo)國外國內(nèi)并網(wǎng)逆變器商業(yè)化商業(yè)化并網(wǎng)/獨立雙功能商業(yè)化商業(yè)化逆變效率85%-98%85%-98%高頻逆變商業(yè)化、可靠、耐沖擊小功率可以批量生產(chǎn)，以離網(wǎng)為主模塊化生產(chǎn)1～5kW，要求大功率時可并機，有利于標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)大功率產(chǎn)品實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，可以并機運行，離網(wǎng)產(chǎn)品成熟雙向逆變成熟，一組功率模塊，既可以用于逆變，又可用于整流充電僅有少數(shù)幾家公司可以生產(chǎn)的德國SMA公司雖然目前仍然是世界排名第一的光伏逆變器廠商，4．全球逆變器市場發(fā)展趨勢圖1-6世界PV逆變器預(yù)測根據(jù)IHSiSuppli公司的光伏（PV）市場追蹤報告，世界光伏逆變器出貨量預(yù)測如圖1-6。由于兩大太陽能市場增長停滯或者降低上網(wǎng)電價補貼，2011年P(guān)V逆變器出貨量從2010年的23.6GW下降到23.4GW，減少了1%，但是，2012年逆變器出貨量預(yù)計將恢復(fù)增長，有望上升5%至24.5GW，隨后將在新市場的推動下恢復(fù)增長，到2014年增長率將上升到20%左右，并于2015年增長至52GW。從逆變器技術(shù)進步來看，逆變器經(jīng)過長期的發(fā)展，轉(zhuǎn)換效率持續(xù)上升，由過去的90%～92%上升到98%以上，未來的目標(biāo)是達到99%～100%。4．全球逆變器市場發(fā)展趨勢圖1-6世界PV逆變器預(yù)測5．國內(nèi)企業(yè)競爭力不足的主要原因（1）行業(yè)發(fā)展較晚，尚需積累的時間（2）低價競爭帶來質(zhì)量下降的惡性循環(huán)（3）配套服務(wù)得不到重視（4）準(zhǔn)入機制不規(guī)范，市場標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一1.3.2微型逆變器的發(fā)展現(xiàn)狀光伏逆變器正朝著高頻化、小型化方向發(fā)展，其中微型逆變器（MicroInverter，MI）將成為技術(shù)發(fā)展的主流。隨著全球光伏市場的開放，未來的微型逆變器產(chǎn)品也會迅速擴大，競爭也將日趨激烈，價格低廉、性能優(yōu)越、容易安裝、監(jiān)控精確、人機界面友好的微型逆變器產(chǎn)品才是未來市場的主流。5．國內(nèi)企業(yè)競爭力不足的主要原因1.4光伏發(fā)電系統(tǒng)圖1-8典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)一個典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1-8所示，主要包括光伏面板或光伏陣列、逆變器，同時還包括諸如跟蹤支架、控制器等組件以及電網(wǎng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的具體分類如圖1-9所示。1.4光伏發(fā)電系統(tǒng)圖1-8典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)圖1-9光伏發(fā)電系統(tǒng)的具體分類圖1-9光伏發(fā)電系統(tǒng)的具體分類1.4.1獨立光伏系統(tǒng)圖1-10所示是一個典型的獨立光伏系統(tǒng)，主要由光伏電池板、充/放電控制器、電能存儲裝置（蓄電池）和逆變器等組成。圖1-10典型的獨立光伏系統(tǒng)1.4.1獨立光伏系統(tǒng)圖1-10所示是一個典型的獨立光伏1．光伏電池板一塊電池板由許多互相連接的電池（通常為36塊串聯(lián)著的電池）組成，把互相連接的電池封裝起來的主要原因是為了保護電池及其連接線不受周圍環(huán)境的破壞。2．充/放電控制器充/放電控制器的作用是將光伏電池板產(chǎn)生的電能存儲到蓄電池中，在用戶需要電能的時候，將蓄電池中的電能釋放出來供用戶使用，充/放電控制器在充電、放電過程中還要對蓄電池起保護作用3．電能儲存裝置電能儲存用來儲存光伏電池產(chǎn)生的能量。4．逆變器（在需要提供交流電壓的情況下）由于目前的用電設(shè)備，如普通照明用的電燈、計算機等都是220V的交流電，機床、水泵等都是380V的交流電，為了使光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能夠用于日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還需要將其產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，這就需要逆變器來完成。1．光伏電池板1.4.2并網(wǎng)光伏系統(tǒng)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是指與公共電網(wǎng)相連的光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要有大型光伏電站和分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)兩種形式。典型的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)如圖1-11所示。

圖1-11典型的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)1—光伏陣列2—匯流箱3—直流電纜4—直流配電柜5—逆變器6—交流電纜7—交流配電柜及供、輸電表和電氣連接1.4.2并網(wǎng)光伏系統(tǒng)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是指與公共電網(wǎng)相連的光第一章緒論太陽能資源豐富，分布廣泛，開發(fā)利用前景廣闊。太陽能光伏發(fā)電作為太陽能利用的重要方式，已得到世界各國的極大關(guān)注。近十幾年來，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模得到了極大的擴張，光伏組件的產(chǎn)量和發(fā)電容量不斷增加，已有許多發(fā)電站投入使用，取得了良好的社會效益。若要將太陽能應(yīng)用于交通運輸、工業(yè)生產(chǎn)等中，一個主要的渠道就是先將太陽能轉(zhuǎn)變成電能。但由于下雨、云霧、樹陰等存在陰影，接收到太陽的光能是不連續(xù)的而且光照強度也隨著時間和天氣在變化，因此利用太陽能發(fā)的電是斷續(xù)的、慢變化的直流電能。為了能將這種能量應(yīng)用于現(xiàn)實生活中，需要將其轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的交流電能，這就需要光伏逆變器。光伏發(fā)電（Photovoltaic，PV）是一種簡易而清潔的太陽能利用方式，因為光伏電池能將入射光線直接轉(zhuǎn)換成電而不會產(chǎn)生噪聲、污染，而且發(fā)電裝置牢固、可靠、壽命長久。第一章緒論太陽能資源豐富，分布廣泛，開發(fā)利用前景廣闊。太陽1.1光伏發(fā)電的發(fā)展太陽能發(fā)電是新興的可再生能源技術(shù)，太陽能光伏發(fā)電是利用光伏電池的光生伏特效應(yīng)而進行發(fā)電的，光伏電池具有電池組件模塊化、安裝維護方便、使用方式靈活等特點，是太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用最多的技術(shù)。太陽能光伏發(fā)電也稱為光伏發(fā)電，是光伏電池將太陽的輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的過程，它正迅猛地發(fā)展并成為化石燃料發(fā)電的重要替代品。20世紀60年代，航空航天業(yè)的應(yīng)用大大地推動了光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的研究和發(fā)展，目前太陽能光伏發(fā)電在全球已經(jīng)實現(xiàn)較大規(guī)模的應(yīng)用，太陽能光伏發(fā)電成為了一個令人矚目的研究領(lǐng)域。近些年來，隨著光伏發(fā)電相關(guān)技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴大，以及光伏組件制造工藝的提高，光伏組件的價格下降較快，太陽能光伏發(fā)電的成本在不斷下降，為太陽能光伏技術(shù)的進一步發(fā)展和廣泛應(yīng)用提供了必要條件。1.1光伏發(fā)電的發(fā)展太陽能發(fā)電是新興的可再生能源技術(shù)，太陽能1.1.1國外光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀自1839年發(fā)現(xiàn)光生伏特效應(yīng)和1954年第一塊實用的光伏電池問世以來，太陽能光伏發(fā)電取得了長足的進步，以1997年美國的“百萬太陽能光伏屋頂計劃”為標(biāo)志，日本以及歐洲的德國、丹麥、意大利、英國、西班牙等國也紛紛制定了本國的可再生能源法案，刺激了光伏產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。2000年以來，全球光伏產(chǎn)業(yè)連續(xù)6年以30%以上的速度增長。2002年全球光伏電池產(chǎn)量為560MW，2003年已高達750MW，增長了34%，2004年全球光伏電池年產(chǎn)量達到1256MW，年增長率高達68%，2005年產(chǎn)量達到1818MW，增長率仍有45%。2006年，美國加州提出了要在加州實施“百萬個太陽能屋頂計劃”，在未來10年內(nèi)建設(shè)3000MW光伏發(fā)電系統(tǒng)的提案，正是由于歐洲諸多發(fā)達國家、日本和美國強有力的政策推動，全球太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)市場才呈現(xiàn)出欣欣向榮的景象。（如圖1-1）世界各國光伏發(fā)電年裝機容量匯總表1.1.1國外光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀自1839年發(fā)現(xiàn)光生伏特圖1-1世界各國光伏發(fā)電年裝機容量匯總表到2011年，全球光伏發(fā)電總裝機容量超過220000萬kW，主要應(yīng)用市場在德國、西班牙、日本、意大利。隨著太陽能光伏發(fā)電規(guī)模、轉(zhuǎn)換效率和工藝水平的提高，全產(chǎn)業(yè)鏈的成本快速下降。光伏電池組件價格已經(jīng)從2008年3美元/W下降到2012年的0.48美元/W以下，太陽能光伏發(fā)電的經(jīng)濟性明顯提高。圖1-1世界各國光伏發(fā)電年裝機容量匯總表世界光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾方面：光伏電池產(chǎn)量持續(xù)增長生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大光伏市場飛速膨脹新技術(shù)不斷出現(xiàn)，電池效率不斷提高太陽能發(fā)電技術(shù)多元化發(fā)展太陽能發(fā)電逐步成為電力系統(tǒng)的重要組成部分世界光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾方面：1.1.2我國光伏發(fā)電的發(fā)展我國作為世界經(jīng)濟最有活力的市場，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。大量規(guī)模化的光伏企業(yè)應(yīng)運而生，在世界光伏產(chǎn)量中占有很大的比重。1958年，我國研制出了首塊硅單晶。1968至～1969年底，中國科學(xué)院半導(dǎo)體所承擔(dān)了為“實踐1號衛(wèi)星”研制和生產(chǎn)硅光伏電池板的任務(wù)，為光伏電池的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。1969年，天津18所為東方紅二號、三號、四號系列地球同步軌道衛(wèi)星研制生產(chǎn)光伏電池陣列。1975年，寧波、開封先后成立光伏電池廠。2007年，我國成為生產(chǎn)光伏電池最多的國家，產(chǎn)量從2006年的400MW一躍達到1GW。之后發(fā)展更為迅速，到2008年達到了2.6GW，2010年接近11GW，2011年我國的光伏電池產(chǎn)量達到了21.3GW1.1.2我國光伏發(fā)電的發(fā)展我國作為世界經(jīng)濟最有活力的市在資源方面，我國太陽能資源十分豐富，適宜太陽能發(fā)電的國土面積和建筑物受光面積也很大，雖然我國光伏發(fā)電在資源上都具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，但是與常規(guī)電力相比，太陽能發(fā)電在經(jīng)濟性和與電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)方面，還存在許多需要解決的問題，突出表現(xiàn)在以下幾方面：經(jīng)濟性仍是制約太陽能發(fā)電發(fā)展的主要因素并網(wǎng)運行管理是制約太陽能發(fā)電發(fā)展的關(guān)鍵因素促進太陽能發(fā)電的政策體系還不完善光伏制造業(yè)亟待轉(zhuǎn)型升級因此，光伏發(fā)電在我國面臨著機遇與挑戰(zhàn)并存的局面，如何解決上述存在的問題，促進光伏產(chǎn)業(yè)的更大發(fā)展是我們今后的發(fā)展方向。在資源方面，我國太陽能資源十分豐富，適宜太陽能發(fā)電的國土面積1.2逆變器的基本知識1.2.1逆變器的基本概念逆變器是一種將直流電（光伏輸出、電池、電瓶等）轉(zhuǎn)化為交流電（一般為220V、50Hz的正弦波）的裝置。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。逆變器根據(jù)發(fā)電源的不同，分為煤電逆變器、太陽能逆變器、風(fēng)能逆變器、氫能逆變器和核能逆變器等，廣泛適用于空調(diào)器、電視機、電動工具、計算機、洗衣機、冰箱和照明燈具等?，F(xiàn)代逆變技術(shù)是研究逆變電路技術(shù)和應(yīng)用的一門科學(xué)技術(shù)，它是建立在電力電子技術(shù)、功率半導(dǎo)體器件技術(shù)、控制技術(shù)、變流技術(shù)、脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)等基礎(chǔ)之上的一門實用技術(shù)。它主要包括半導(dǎo)體功率集成器件及其應(yīng)用、逆變電路和逆變控制技術(shù)三大部分。1.2逆變器的基本知識1.2.1逆變器的基本概念1.2.2光伏逆變器的分類由于光伏逆變器與光伏模塊的工作連接十分緊密，通常將光伏控制器與逆變器組合成為光伏控制與逆變一體機。通常有以下幾種分類方式：1．按功能用途分類光伏逆變器可分為離網(wǎng)型（獨立式）光伏逆變器和并網(wǎng)型光伏逆變器兩大類。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中的逆變器，直接與公共電網(wǎng)相連接，具有將光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能輸送到電網(wǎng)的功能，相對于獨立式逆變器，技術(shù)上要求更高、控制算法更加復(fù)雜。2．按是否隔離分類根據(jù)光伏模塊是否與市電隔離，并網(wǎng)逆變器又分為帶變壓器和不帶變壓器兩大類。帶變壓器的稱為隔離型逆變器，又分為帶工頻變壓器的隔離型逆變器和帶高頻變壓器的隔離型逆變器。而不帶隔離變壓器的逆變器，通常稱為高頻逆變器或無隔離型逆變器1.2.2光伏逆變器的分類由于光伏逆變器與光伏模塊的工作圖1-2三種類型逆變器結(jié)構(gòu)圖工頻隔離型b)高頻隔離型c)非隔離型3．按輸出相數(shù)分類光伏逆變器可以分為單相逆變器和三相逆變器4．根據(jù)逆變器使用的半導(dǎo)體器件類型分類根據(jù)逆變器使用的半導(dǎo)體器件類型分類，可分為晶體管逆變器、晶閘管逆變器及可關(guān)斷晶閘管逆變器等5．根據(jù)逆變器電路原理分類根據(jù)逆變器電路原理分類，可分為自激振蕩型逆變器、階梯波疊加型逆變器和脈寬調(diào)制型逆變器等。圖1-2三種類型逆變器結(jié)構(gòu)圖6．按系統(tǒng)形式分類按系統(tǒng)形式分類，光伏逆變器可分為組串式、集中式以及微型逆變器三類。圖1-3組串式逆變器和集中式逆變器組串式逆變器b)集中式逆變器組串式逆變器（StringInverter）是指光伏器件通過串聯(lián)構(gòu)成光伏陣列給光伏發(fā)電系統(tǒng)提供能量。集中式逆變器（CentralInverter），該系統(tǒng)中所有的光伏模塊通過串、并聯(lián)構(gòu)成一個光伏陣列，該陣列的能量通過一個逆變器集中轉(zhuǎn)換為交流電。6．按系統(tǒng)形式分類圖1-3組串式逆變器和集中式逆變器1.2.3光伏逆變器的參數(shù)輸出電壓的穩(wěn)定度對于一個合格的逆變器，輸入端電壓在確定范圍內(nèi)變化時，其穩(wěn)態(tài)輸出電壓的變化量應(yīng)不超過額定值的±5%，同時當(dāng)負載發(fā)生突變時，其輸出電壓偏差不應(yīng)超過額定值的±10％?？傊C波畸變率?？傊C波畸變率（TotalHarmonicDistortion，THD）是指全部諧波分量有效值與基波分量有效值之比，用百分數(shù)表示。功率因數(shù)交流電路中，電壓與電流之間的相位差（j）的余弦叫做功率因數(shù)（PowerFactor，PF），用符號cosj

表示。在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值逆變器的效率逆變器的效率是指在規(guī)定的工作條件下，其輸出功率與輸入功1.2.3光伏逆變器的參數(shù)輸出電壓的穩(wěn)定度輸入功率之比，用百分數(shù)表示。額定輸出電流額定輸出電流表示在規(guī)定的負載功率因數(shù)范圍內(nèi)逆變器的額定輸出電流。保護措施一款性能優(yōu)良的逆變器，應(yīng)具備完備的保護功能或措施，以應(yīng)對實際使用過程中出現(xiàn)的各種異常情況，使逆變器本身及系統(tǒng)其他部件免受損傷。最大功率點跟蹤最大功率點跟蹤（MaximPowerPointTracking，MPPT）是通過尋找光伏模塊輸出功率最大時對應(yīng)的電壓值，使得光伏模塊在最高的轉(zhuǎn)換效率下工作。輸入功率之比，用百分數(shù)表示。1.3逆變器的發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1普通逆變器的發(fā)展現(xiàn)狀1．逆變器技術(shù)發(fā)展歷程1）20世紀50～60年代，KACO公司于1953年制造出第一個半導(dǎo)體閘流管逆變器。2）20世紀70年代，GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）的問世使得逆變技術(shù)得到發(fā)展和應(yīng)用。3）20世紀80年代，功率場效應(yīng)晶體管（MOS）、絕緣柵雙極晶體管、MOS控制晶閘管（MCT）及靜電感應(yīng)功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。4）20世紀90年代，矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復(fù)技術(shù)、模糊邏輯控制技術(shù)等在逆變器領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。5）21世紀初，逆變技術(shù)隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的進步不斷改進，逆變技術(shù)正向著頻率更高、體積更小的1.3逆變器的發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1普通逆變器的發(fā)展現(xiàn)狀方向發(fā)展。在功率方面，出現(xiàn)了兩個發(fā)展方向：一個是向著大功率逆變器方向發(fā)展，另一個是向著微型逆變器方向發(fā)展。2．光伏逆變器的發(fā)展?fàn)顩r光伏組件產(chǎn)生的電能為準(zhǔn)直流電，必須通過將直流變換成交流的設(shè)備—逆變器，才能實現(xiàn)將太陽能光伏產(chǎn)生的電能接入公共電網(wǎng)和供給負載。根據(jù)所發(fā)電力是否饋入電網(wǎng)，光伏逆變器分為并網(wǎng)逆變器和離網(wǎng)逆變器。目前，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)占光伏總安裝量的比例越來越大，而并網(wǎng)逆變器的技術(shù)指標(biāo)也代表了光伏逆變器的技術(shù)水平。光伏逆變器總趨勢是朝著高頻化、小型化發(fā)展。在未來，微型逆變器具有廣闊市場空間，可以實現(xiàn)模塊化、分布式模式發(fā)電?？傮w來說，逆變技術(shù)隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展而發(fā)展。隨著時間的推移，逆變技術(shù)正向著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展。3．光伏逆變器的市場競爭激烈由于目前光伏逆變器市場發(fā)展迅速，競爭也異常激烈。最早起家方向發(fā)展。在功率方面，出現(xiàn)了兩個發(fā)展方向：一個是向著大功率逆的德國SMA公司雖然目前仍然是世界排名第一的光伏逆變器廠商，但其市場份額卻在不斷縮小，已經(jīng)從幾年前的40%縮小到現(xiàn)在的30%左右。國內(nèi)最大的光伏逆變器廠商合肥陽光電源成立于

1997年，其國內(nèi)市場份額在2008年曾一度高達70%，但現(xiàn)在其國內(nèi)市場份額不到40%。光伏逆變器產(chǎn)品在技術(shù)方面，國外仍然處于領(lǐng)先地位。但是這種現(xiàn)象必然會隨著我國產(chǎn)品技術(shù)的進一步提高而有所改變。表1-2是國內(nèi)外逆變器的技術(shù)對比情況。

表1-2國內(nèi)外逆變器技術(shù)對比技術(shù)指標(biāo)國外國內(nèi)并網(wǎng)逆變器商業(yè)化商業(yè)化并網(wǎng)/獨立雙功能商業(yè)化商業(yè)化逆變效率85%-98%85%-98%高頻逆變商業(yè)化、可靠、耐沖擊小功率可以批量生產(chǎn)，以離網(wǎng)為主模塊化生產(chǎn)1～5kW，要求大功率時可并機，有利于標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)大功率產(chǎn)品實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，可以并機運行，離網(wǎng)產(chǎn)品成熟雙向逆變成熟，一組功率模塊，既可以用于逆變，又可用于整流充電僅有少數(shù)幾家公司可以生產(chǎn)的德國SMA公司雖然目前仍然是世界排名第一的光伏逆變器廠商，4．全球逆變器市場發(fā)展趨勢圖1-6世界PV逆變器預(yù)測根據(jù)IHSiSuppli公司的光伏（PV）市場追蹤報告，世界光伏逆變器出貨量預(yù)測如圖1-6。由于兩大太陽能市場增長停滯或者降低上網(wǎng)電價補貼，2011年P(guān)V逆變器出貨量從2010年的23.6GW下降到23.4GW，減少了