光伏逆变器

光伏逆变器（PV inverter或solar inverter）可以将光伏（PV）太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电（AC）的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。光伏逆变器是光伏阵列系统中重要的系统平衡（BOS）之一，可以配合一般交流供电的设备使用。太阳能逆变器有配合光伏阵列的特殊功能，例如最大功率点追踪及孤岛效应保护的机能。

按逆变器输出的相数分可分为：

（1）单相逆变器

（2）三相逆变器

（3）多相逆变器

按照逆变器输出电能的去向分可分

（1）有源逆变器

（2）无源逆变器

按逆变器主电路的形式分可分为：

（1）单端式逆变器

（2）推挽式逆变器

（3）半桥式逆变器

（4）全桥式逆变器

按隔离方式光伏逆变器可分为：

（1）独立光伏系统逆变器独立逆变器包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信号电源，阴极保护，太阳能路灯等带有蓄电池的独立发电系统。

（2）并网光伏系统逆变器

并网发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。通过光伏组件将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后转换后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。

（1）要求具有较高的效率

由于目前太阳能电池的价格偏高，为了最大限度的利用太阳能电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。

（2）要求具有较高的可靠性

目前光伏电站系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如：输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。

（3）要求输入电压有较宽的适应范围

由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化。特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V的蓄电池，其端电压可能在10V~16V之间变化，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。

１．输出电压的稳定度

在光伏系统中，太阳电池发出的电能先由蓄电池储存起来，然后经过逆变器逆变成220V或380V的交流电。但是蓄电池受自身充放电的影响，其输出电压的变化范围较大，如标称12V的蓄电池，其电压值可在10．8～14．4V之间变动(超出这个范围可能对蓄电池造成损坏)。

对于一个合格的逆变器，输入端电压在这个范围内变化时，其稳态输出电压的变化量应不超过额定值的±5％，同时当负载发生突变时，其输出电压偏差不应超过额定值的±10％。

２．输出电压的波形失真度

对正弦波逆变器，应规定允许的最大波形失真度(或谐波含量)。通常以输出电压的总波形失真度表示，其值应不超过5％(单相输出允许l0％)。由于逆变器输出的高次谐波电流会在感性负载上产生涡流等附加损耗，如果逆变器波形失真度过大，会导致负载部件严重发热，不利于电气设备的安全，并且严重影响系统的运行效率。

３．额定输出频率

对于包含电机之类的负载，如洗衣机、电冰箱等，由于其电机最佳频率工作点为50Hz，频率过高或者过低都会造成设备发热，降低系统运行效率和使用寿命，所以逆变器的输出频率应是一个相对稳定的值，通常为工频50Hz，正常工作条件下其偏差应在±l％以内。

４．负载功率因数

表征逆变器带感性负载或容性负载的能力。正弦波逆变器的负载功率因数为0．7～0．9，额定值为0．9。在负载功率一定的情况下，如果逆变器的功率因数较低，则所需逆变器的容量就要增大，一方面造成成本增加，同时光伏系统交流回路的视在功率增大，回路电流增大，损耗必然增加，系统效率也会降低。

５．逆变器效率

逆变器的效率是指在规定的工作条件下，其输出功率与输入功率之比，以百分数表示，一般情况下，光伏逆变器的标称效率是指纯阻负载，80％负载情况下的效率。由于光伏系统总体成本较高，因此应该最大限度地提高光伏逆变器的效率，降低系统成本，提高光伏系统的性价比。目前主流逆变器标称效率在80％～95％之间，对小功率逆变器要求其效率不低于85％。在光伏系统实际设计过程中，不但要选择高效率的逆变器，同时还应通过系统合理配置，尽量使光伏系统负载工作在最佳效率点附近。

6、额定输出电流(或额定输出容量)

表示在规定的负载功率因数范围内逆变器的额定输出电流。有些逆变器产品给出的是额定输出容量，其单位以ＶＡ或ｋＶＡ表示。逆变器的额定容量是当输出功率因数为１（即纯阻性负载）时，额定输出电压为额定输出电流的乘积。

7、保护措施

一款性能优良的逆变器，还应具备完备的保护功能或措施，以应对在实际使用过程中出现的各种异常情况，使逆变器本身及系统其他部件免受损伤。

(1)输入欠压保户：

当输入端电压低于额定电压的85％时，逆变器应有保护和显示。

(2)输入过压保户：

当输入端电压高于额定电压的130％时，逆变器应有保护和显示。

(3)过电流保护：

逆变器的过电流保护，应能保证在负载发生短路或电流超过允许值时及时动作，使其免受浪涌电流的损伤。当工作电流超过额定的150％ 时，逆变器应能自动保护。

(4)输出短路保户逆变器短路保护动作时间应不超过0．5s。

(5)输入反接保护：

当输入端正、负极接反时，逆变器应有防护功能和显示。

(6)防雷保护：

逆变器应有防雷保护。

(7)过温保护等。

另外，对无电压稳定措施的逆变器，逆变器还应有输出过电压防护措施，以使负载免受过电压的损害。

8．起动特性表征

逆变器带负载起动的能力和动态工作时的性能。逆变器应保证在额定负载下可靠起动。

9．噪声

电力电子设备中的变压器、滤波电感、电磁开关及风扇等部件均会产生噪声。逆变器正常运行时，其噪声应不超过８０ｄＢ，小型逆变器的噪声应不超过６５ｄＢ。

1.低频环节逆变技术

此技术可以分为：方波逆变、阶梯合成逆变、脉宽调制逆变三种，但这三种逆变器的共同点都是用来实现电器隔离和调整变压比的变压器工作频率等于输出电压频率，所以称为低频环节逆变器，该电路结构由工频或高频逆变器、工频变压器以及输入、输出滤波器构成，如图1 所示，具有电路结构简洁、单级功率变换、变换效率高等优点，但同时也有变压器体积和重量大、音频噪音大等缺点。

2.高频环节逆变技术

高频环节逆变电路，就是利用高频变压器替代低频变压器进行能量传输、并实现变流装置的一、二次侧电源之间的电器隔离，从而减小了变压器的体积和重量，降低了音频噪音，此外逆变器还具有变换效率高、输出电压纹波小等优点。此类技术中也有不用变压器隔离的，在逆变器前面直接用一级高频升压环节，这级高频环节可以提高逆变侧的直流电压，使得逆变器输出与电网电压相当，但是这样方式没有实现输入输出的隔离，比较危险，相比这两种技术来讲，高频环节的逆变器比低频逆变器技术难度高、造价高、拓扑结构复杂。

2014年时，最先进的光伏逆变器转换效率可以到98%，其中串接型逆变器（string inverter）会用到住家或是中型的光伏系统，而中央型的逆变器会用到大型的商用系统甚至电网等级的市场。中央型逆变器及串接型逆变器的市占率分别为50%及48%，微型逆变器的市占率只有不到2%。

参见：并网逆变器

太阳能并网逆变器是将电能反馈到电网，若电网断电时，需快速的切断供电给电网的线路，这是美国国家电气规范（NEC）的要求，以确保在断电时，并网逆变器也会关闭，避免伤害维修电网的人员。

目前市面上的并网逆变器有使用许多不同的技术，包括使用较新的高频变压器、传统的工频变压器，或是无变压器的架构。高频变压器不是直接提供120 V或240 V的AC电源，而是有电脑控制的多步程序，让电源转换为高频的交流电，再转换为直流电，最后再转换为电源需要的电压及频率。

以往对于无变压器，又要供电到电网的系统会有一些疑虑，主要是因为在直流电路和交流电路之间没有电隔离（galvanic isolation），若直流端故障，会有大电流流到交流端。不过自2005年起，美国消防协会（NFPA）的国家电气规范允许无变压器的逆变器。VDE 0126-1-1及IEC 6210也已允许及定义这类系统需要的安全机制。首先，需要有残留电流或是接地电路以检测异常短路的情形，并且也要进行绝缘测试以确认直流电路与交流电路之间的分离。

许多太阳能逆变器都是设计连接到电网，若没有侦测到电网，逆变器不会运作。这类逆变器也有特殊的电路，精确的使输出电压的大小、频率及相位都和电源搭配。

微式光伏逆变器是只配合单一太阳能模组运作的光伏逆变器，将太阳能模组的直流电源转换为交流电源。其设计允许以模组的方式由多台微式光伏逆变器独立并联运转。

微式光伏逆变器的优点包括可以针对单一太阳能模组进行功率最佳化，各个模组可以独立运作，即即用的安装方式，安装方式及防火安全上的提升，系统设计的成本最低，以及在库存上也可以降到最低。

2011年美国阿巴拉契亚州立大学的研究指出，在使用相同太阳能面板的情形下，在未屏蔽的条件下个别的逆变器会比只用一台逆变器的串接型设备会多产生20%的电能，在有屏蔽的条件下，会多产生27%的电能。

主条目：最大功率点追踪

光伏逆变器会用最大功率点追踪（MPPT）的技术来从太阳能板抽取最大可能的功率。太阳能电池的太阳辐照度、温度及总电阻之间有复杂的关系，因此输出效率会有非线性的变化，称为电流-电压曲线（I-V curve）。最大功率点追踪的目的就是在各环境下，针对太阳能模组的输出取様，产生一个（太阳能模组的）负载电阻来获得最大的功率。

太阳能电池的形状因子（Fill factor，简称FF）配合其开路电压（Voc）及短路电流（Isc）会决定太阳能电池的最大功率。形状因子定义为太阳能电池的最大功率除以Voc和Isc乘积后的比值。

最大功率点追踪有三种不同的算法：扰动观察法（perturb-and-observe）、增量电导法（incremental conductance）及定电压法（constant voltage），前两种常会称为“爬山法”，这些方法是依照电压对功率的曲线，若落在最大功率点的左边则提高电压，若落在最大功率点的右边则降低电压。

充电控制器可以用来搭配太阳能板以及用直流电的设备。充电控制器可以提供稳定的直流电源输出，并将多余的能量储存在电池中，并且监控电池的电量以避免过度充电或是过度放电。若一些较贵的模组还可以支援MPPT。逆变器可以接到太阳能充电控制器的输出，再由逆变器推动交流的负载。

主条目：太阳能泵

太阳能泵变频器可以将太阳能模组产生的直流电转换为交流电去驱动沈水泵，不需要电池或是其他的能量储存设备。配合MPPT（最大功率点追踪），太阳能泵变频器可以调节输出频率以控制泵的转速，避免驱动泵的马达损坏。

太阳能泵变频器一般会有数个接口，可以允许太阳能模组阵列提供直流电流，会有一个接口输出交流电压，也可能会有接水位感测器输入的接口。