太阳能光伏发电在建筑中的运用

,太阳能的利用1.1 为什么要使用太阳能1.2 什么是太阳能光伏发电1.3 太阳能光伏发电的利用1.4 太阳能光伏发电在中国的运用和国家政策2. 太阳能光伏发电系统2.1 太阳能光伏系统的组成部分2.2 太阳能光伏系统的种类2.3 太阳能光伏系统在建筑上的运用太阳能光伏系统在建筑中运用的设计3.1 光伏系统的在建筑上的选址3.2 太阳能光伏组件的选型3.3 光伏逆变器的选型3.4 光伏系统中其他部件4. 太阳能光伏系统电气原理介绍4.1 总原理图4.2 直流汇流箱4.3 防雷4.4 逆变器4.5 光伏系统的通讯和监控4.6 光伏系统的其他安全性设计5. 太阳能光伏系统的发电量测算及二氧化碳减排测算,太阳能的利用1.1 为什么要使用太阳能1.2 什么是太阳能光伏发电1.3 太阳能光伏发电的利用1.4 太阳能光伏发电在中国的运用和国家政策2. 太阳能光伏发电系统2.1 太阳能光伏系统的组成部分2.2 太阳能光伏系统的种类2.3 太阳能光伏系统在建筑上的运用太阳能光伏系统在建筑中运用的设计3.1 光伏系统的在建筑上的选址3.2 太阳能光伏组件的选型3.3 光伏逆变器的选型3.4 光伏系统中其他部件4. 太阳能光伏系统电气原理介绍4.1 总原理图4.2 直流汇流箱4.3 防雷4.4 逆变器4.5 光伏系统的通讯和监控4.6 光伏系统的其他安全性设计5. 太阳能光伏系统的发电量测算及二氧化碳减排测算,1.1 为什么要使用太阳能,从现在开始我们必须从全世界范围内认真思考如何应对全球变暖和如何减少二氧化碳的排放量问题。而太阳能，作为一种没有任何限制和对环境没有任何不利影响的能源，将会对我们未来的生活产生越来越重要的影响。,到目前为止，化石燃料可供使用的年限和可开掘的量,(但是在石油等其他资源耗尽时，对煤的需求量将会大大提高),为什么现在就要用太阳能来发电？,太阳能电池板,1.2 什么是太阳能光伏发电,半导体的光伏效应 - 以晶体硅电池为例,传统的H型方式将电池串联成的电池串,外观先锋派背后连接的光伏电池,在先锋派的背后连接的光伏电池中, 正面的电连接通过电池上的孔走到电池背后,所以在电池的正面就没有了焊线,从而增加了接收太阳光的面积,改善了运行性能.同时背面连接的光伏电池也更容易组装成光伏模块,因为所有的电连接只需在一边.改善的运行性能和更方便的装配使得成本更低.,PV Cell into PV Module光伏电池装配成光伏模块,电池,组件,电池,组件,太阳能电池组件和阵列,太阳能电池板阵列,太阳能电池板组串,柔性非晶硅电池组件,单晶硅电池组件,非晶硅电池组件,半透明非晶硅电池组件,单晶硅与非晶硅相结合电池组件（单面发电或双面发电）,碲化镉薄膜电池组件,铜铟镓硒薄膜电池组件,多晶硅电池组件,与其他技术结合的光伏发电技术,Energy Inversion & Conditioning,能量逆变和能量调节器,光伏系统示意,1.3 太阳能光伏发电的利用,1.4 太阳能光伏发电在中国的运用和国家政策太阳能光伏发电系统是符合我国新近出台的可再生能源法的要求和方向，太阳能是一种清洁的能源，不会产生任何污染，开发可再生清洁能源已成为21世纪经济发展最具决定性影响的因素之一。 太阳能光伏发电项目的建设是响应中国应对气候变化国家方案中的“积极扶持风能、太阳能、地热能、海洋能等的开发和利用”，绿色能源的利用“预计2010年可减少二氧化碳排放约0.6亿吨。根据国家可再生能源法，对于并入电网的太阳能能源，国家会根据具体情况以高于市电的数倍的价格进行溢价收购，现上海崇明前卫村1兆瓦的项目已获得7.00元/度的电价,因此在利用太阳能所产生的电能来替代市电对建筑进行供电的同时，还可以获取投资的回报。当然，利用再生能源的社会效益远远大于它的经济效益太阳能光伏发电并网系统在发达国家已相当普遍，是非常成熟的技术，如欧洲的德国、西班牙、意大利、瑞士和法国等，以及美国、日本、韩国、印度等国家，这些国家的政府对再生能源相当重视，都颁布了再生能源法来大力推广太阳能光伏发电等再生能源的利用，这些清洁环保能源的利用能帮助抑制全球气候进一步恶化，现在在这些国家，光伏项目越来越多，规模从几个千瓦到十几个兆瓦。在中国，光伏项目也越来越多，如:深圳的花卉展览公园的屋顶上的1MW的太阳能光伏发电并网项目上海崇明东滩的1MW项目北京奥林匹克公园的项目上海外高桥粮库屋顶的155KW的光伏并网系统上海世博会行政中心的光伏发电并网示范项目等等越来越多的光伏和风力项目已建设完成，同时越来越多的光伏发电项目正在或计划建设中，这些项目的建设为完成中央的“节能减排”的指标作出了很大的贡献。,太阳能的利用1.1 为什么要使用太阳能1.2 什么是太阳能光伏发电1.3 太阳能光伏发电的利用1.4 太阳能光伏发电在中国的运用和国家政策2. 太阳能光伏发电系统2.1 太阳能光伏系统的组成部分2.2 太阳能光伏系统的种类2.3 太阳能光伏系统在建筑上的运用太阳能光伏系统在建筑中运用的设计3.1 光伏系统的在建筑上的选址3.2 太阳能光伏组件的选型3.3 光伏逆变器的选型3.4 光伏系统中其他部件4. 太阳能光伏系统电气原理介绍4.1 总原理图4.2 直流汇流箱4.3 防雷4.4 逆变器4.5 光伏系统的通讯和监控4.6 光伏系统的其他安全性设计5. 太阳能光伏系统的发电量测算及二氧化碳减排测算,2.1 太阳能光伏系统的组成部分,Energy source,Energy Conversion,Energy Inversion & Conditioning,Energy Storage,Energy Distribution,Energy Use,Electric Utlity,太阳能,能量转换 - 太阳能电池板,能量储存 - 蓄电池,电网,配电,能量使用,能量逆变和能量调节器 - 逆变器或光伏控制盒（DC/DC DC/AC),2.2 太阳能光伏系统的种类,光伏系统发电后电能运用的方式上的分类光伏独立系统：即太阳能光伏电池发电后对蓄电池进行充电蓄能，再由蓄电池对负载进行供电。光伏并网系统：即太阳能光伏电池发电后，产生的电能直接并入电网。光伏系统的安装方式和应用上的分类纯光伏发电系统：即太阳能光伏发电系统是一个单独设施，只用来进行发电，如在开阔地面上建立的光伏发电站。光伏建筑一体化系统（BIPV）：即在现有的建筑上，将光伏发电系统有机地和建筑集成在一起。这形式大量使用在城市建筑和景观建筑上。,光伏独立系统示意图：,太阳能光伏电池帆板阵列,充电控制器,蓄电池,直流负载,交流负载,直流到交流逆变器,运用场合:边远地区,无公共电网,用于工业、农业和日常用电等。太阳能路灯、候车厅等不接电网的装置。,光伏并网系统示意图：,太阳能光伏电池帆板阵列,逆变器,交流负载,公共电网,配电柜,运用场合:任何有公共电网的地区都可以安装，这种方式已成为目前世界上光伏发电项目的主要方式,纯光伏发电系统：,运用场合: 即太阳能光伏发电系统是一个单独设施，只用来进行发电，如在开阔地面上建立的光伏发电站。,光伏建筑一体化系统（BIPV）：,运用场合:即在现有的建筑上，将光伏发电系统有机地和建筑集成在一起。这形式大量使用在城市建筑和景观建筑上。,光伏独立系统和并网系统的比较,光伏独立系统,成本相对并网系统要高,较难平衡光伏系统在光照好与差的季节的发电量，从而导致电能不足或浪费。,蓄电池寿命短，只有3年，蓄电池平均23年需要更换，同时蓄电池可能对环境造成二次污染。同时，在蓄电池充放电时，效率低，有能量损失，产生很大浪费,分别维护，维护困难且成本高，蓄电池平均23年需要更换,无法享受国家的对再生能源的溢价回购优惠，投资回报仅靠电费的节省,光伏并网系统,成本较低,光伏系统所发电全部并入公共电网，效率高，无能源浪费。,对环境无污染，同时整个系统寿命长，可达25年。,所有并网设备可以进行统一的中央管理，维护容易且成本低,可以将所有发电量溢价卖给国家，可以尽快收回成本，并产生盈利,因此，在条件许可的情况下，光伏并网系统应该是首选方案,纯光伏发电系统与光伏建筑一体化系统（BIPV）比较,纯光伏发电系统,光伏建筑一体化系统（BIPV）,适用于开阔地，如沙漠、草原和荒地等 可以建造大型的光伏发电厂 对于边缘地区，特别是无法建设燃料电厂的地区，建设太阳能光伏发电厂可以提供长期的绿色能源，同时，造福后代 由于地价的原因和用地面积大，不适合在城市中心建立大规模的纯光伏电厂，成本会很高,适用于城市中发展 在不改变建筑的原来功能的情况下，利用屋顶、外立墙、幕墙和空地来进行发电。 在使用非晶硅光伏电池作为玻璃幕墙时，可以遮阳和隔热，起到节能和美观的作用。 可以节省建设成本,因此，在城市中光伏建筑一体化应该是首选方案,太阳能光伏发电并网系统,太阳能光伏建筑一体化,太阳能光伏建筑一体化发电并网系统,根据上述理由，我们可以得出结论：在城市建筑中运用太阳能光伏发电应该以光伏发电并网系统和光伏建筑一体化为主，小规模的光伏独立系统，可以用于太阳能路灯、太阳能庭院灯、太阳能公园草坪灯等。,理由：我们应该使用有限的资源和投资，来实现投资回报的最大化。在光伏项目上，如果是光伏并网系统，我们就可以向国家发改委申请上网电价，这样，光伏电站的投资可以在今后的运行中收回投资，实现真正的“双嬴”和真正的商业运行。而独立光伏系统则不具备这些优点，投资额与光伏并网系统相当，但只能节省电费，而不能实现盈利。同时，独立系统的蓄电池寿命短，每2-3年需要更换电池，维护成本高，如果更换下来的蓄电池处理不当的话，会对环境造成二次污染。在建筑上的光伏建筑一体化（BIPV）并网系统的建立，是对资源和投资的持续性和长期性的利用，也可节省光伏电站的建设成本，同时使得建筑更合理、更舒适和更美观。也为整个建筑添上“生态、环保”的色彩。伏建筑一体化（BIPV）并网系统是对环境实现真正的安全和环保。光伏建筑一体化（BIPV）并网系统更灵活和更合理，所发的电能可以全部并入电网，没有电能损失，但独立系统在蓄电池充电和放电过程中，由于转化的效率而引起电能的损失，同时，在独立系统的设计过程中，由于需要兼顾冬季和夏季的太阳辐照强度的不同，蓄电池容量的设计会采取折中的办法，这样就造成在夏季时将多余的电能旁路掉，而产生电能的浪费。光伏建筑一体化（BIPV）并网系统可以实现所有光伏设备统一管理，所有光伏设备可以通过网络连接到中央控制室，对太阳电池帆板、逆变器和其他设备进行统一监控，如有故障时，可以及时报警和维护，同时也可以对所有系统进行数据记录和分析，见下页图。但独立系统则很难作到统一管理，维护成本高。,2.3 太阳能光伏系统在建筑上的运用,在建筑不同位置上安装，太阳能的效率。我们假设，在正对太阳的那一面为100% 的太阳能，本图给出了在建筑不同的面上，相对的太阳能效率。,太阳能电池板的安装与建筑本体的间距，对太阳能电池板的效率影响，下图给出了大致数据。空气层的冷却效果,建筑屋顶这是太阳能发电最常用的方式，也是最简单的方式，在不同形状的屋顶上使用不同的安装方式和不同材料的太阳能电池板（如柔性薄膜太阳能电池），以达到最佳的发电效率和建筑的美观。下图所列是最常见的几种情况，图示中给出了比较常见的安装方法：,异形顶建筑安装在屋顶上，太阳能电池板顺着建筑的外形来安装，或采用平顶屋顶的安装方式,建筑外墙在建筑外墙上，还留有大量的空间，可以充分利用来安装太阳能电池板，在增加建筑美观的同时，又加大了发电量。同时运用先进的薄膜太阳能电池，与建筑的外墙或玻璃幕墙集成在一起，构成整体的建筑。,建筑外的凸面直接固定在建筑上，或采取太阳跟踪装置安装。,几种方式的组合,将电池板作为窗,将电池板作为遮阳板,将电池板用作屋顶的阳光室,太阳能的利用1.1 为什么要使用太阳能1.2 什么是太阳能光伏发电1.3 太阳能光伏发电的利用1.4 太阳能光伏发电在中国的运用和国家政策2. 太阳能光伏发电系统2.1 太阳能光伏系统的组成部分2.2 太阳能光伏系统的种类2.3 太阳能光伏系统在建筑上的运用太阳能光伏系统在建筑中运用的设计3.1 光伏系统在建筑上的选址3.2 太阳能光伏组件的选型3.3 光伏逆变器的选型3.4 光伏系统中其他部件4. 太阳能光伏系统电气原理介绍4.1 总原理图4.2 直流汇流箱4.3 防雷4.4 逆变器4.5 光伏系统的通讯和监控4.6 光伏系统的其他安全性设计5. 太阳能光伏系统的发电量测算及二氧化碳减排测算,3.1 光伏系统的在建筑上的选址,太阳高度角的计算：计算公式：sin h = sin sin+ cos coscosh - 太阳高度角 - 地理纬度 - 太阳赤纬 - 太阳时角,光伏系统的在建筑上的选址要求：需要考虑到整个光伏系统的朝向，以使得光伏系统的产能最大化。光伏系统应该建在阳光没有被遮挡的地方。光伏系统应有较好的通风。光伏系统应该建在能够承受一定负载的表面。光伏系统应建在可以封闭的区域内，或非工作人员无法到达的地方，因为光伏系统中有高压。同时在选择光伏系统的安装位置时，应尽量考虑与建筑的本体风格相协调。,夏至,52米,21米,日照分析案例,21米,52米,秋分,冬至,52米,21米,春分,52米,21米,建筑立面,建筑顶面,工程实例,不同布置的组合,3.2 太阳能光伏组件的选型,太阳能电池板的特性,光伏组件的温度系数和弱光响应性对整个光伏系统的影响,如果光伏组件的温度比实验室条件下高出20度的话，组件的输出可以有67%的差异，加上每种电池对光的频谱的吸收范围不一样，因此特别在夏天，差异可达到10%以上，从下表可以看出我国各个地方的气候条件有着很大的差异，因此在选择电池组件时，应充分考虑到当地的具体情况。因此，光伏组件的实验室效率和现实生活中的效率还是不完全一样的,单晶硅电池组件,光伏组件的技术参数,根据不同的光伏电池的特性，根据建筑的实际情况，将不同的电池组件可以运用在不同的场合,3.3 光伏逆变器的选型,欧洲中部气候条件,逆变器类型根据工作方式来分: 并网逆变器和不并网逆变器根据逆变器的内部结构: 带变压器逆变器（低频工频变压器、高频变压器）和不带变压器逆变器根据接入的光伏系统的不同来分：组串逆变器、集中逆变器、组件逆变器和多组串逆变器（主要是内部的拓扑结构不同）,在这种拓扑结构中，光伏发电厂(10kW) 是由许多并联的光伏组串构成，它们在直流侧连接到一个集中逆变器。通常在这些运用中使用三相IGBT加上逆变器，这和大型电力驱动或UPS相似。这些逆变器的特性是高效率和最低的成本。尽管如此，光伏发电厂的能量产出会受光伏模块的不匹配和局部阴影的影响而降低。,此外，电厂的可靠性会受到限制，因为能量的产出依赖于一个部件。集中逆变器的失效会导致整个电厂的停止运行。现在，带空间矢量调制控制的逆变器已经开发出来，同时更多的精力集中在开发新的拓扑结构以获得更高的部分负载时的效率。,集中并网逆变器,组串并网逆变器,在这一概念中，光伏电厂被分解成几个并联的组串，每个组串被连接到一个特定的逆变器，我们称为“组串逆变器”。因此，光伏电厂的组串拓扑的连接方式是运用了在交流侧的并联连接来降低在直流侧的光伏组串的并联。每一个组串的组串逆变器都有单独的最大功率峰值跟踪 ，通过降低因不匹配和局部阴影而引起的损失，来增加能量的产出。,这些电气特性降低了系统的成本同时增加了系统的可靠性。因为这些优点，在并网光伏发电厂的光伏系统技术中，组串逆变器已发展成为一个标准，同时，从上世纪90年代中期起，它已占据了主导地位。组串逆变器是以模块化的概念为基础的，光伏组串阵列连接到功率范围1-3KW的逆变器上，通过并联的方式与电网相连。,并网多组串逆变器,多组串逆变器是在一个装置中包含了不同独立的直流到直流的转换和最大功率峰值跟踪，将能量传输到一个普通的直流到交流的逆变器。不同额定数值的光伏组串（如：不同的额定功率、每个组串上的不同的模块数、不同的制造厂家等等）、不同尺寸或不同的技术和不同方向的光伏组串（东、南或西）、不同的倾斜角度或遮影，所有这些均可连接到一个普通的逆变器上，同时每一组串工作在它们各自的最大功率峰值上。多组串逆变器是在组串逆变技术上的进一步发展，因为它向模块化系统技术又进了一步。多组串逆变覆盖了几个千瓦的电厂。这一多组串的拓扑使得不同技术和不同方向（东、南和西）的组串可以集成在一起，这就增加了模块化、灵活性和电厂的扩展性，同时可使我们降低逆变器的成本。,交流组件逆变器,交流组件逆变器将单个光伏组件和一个逆变器集成在一起。虽然，多组串逆变器已进入市场，但它是作为一个在组串逆变和交流组件逆变之间的过渡体。,运用场合：,集中逆变运用于大型光伏电厂，需要光伏电池板安装的一致性较高，20KW以上均可运用。,3.4 光伏系统中其他部件,逆变器,直流汇流箱,辐射和温度计,光伏系统显示器,光伏系统数据记录器,光伏系统电能输出计量表,光伏系统监控系统,光伏系统报警系统,光伏系统,太阳能的利用1.1 为什么要使用太阳能1.2 什么是太阳能光伏发电1.3 太阳能光伏发电的利用1.4 太阳能光伏发电在中国的运用和国家政策2. 太阳能光伏发电系统2.1 太阳能光伏系统的组成部分2.2 太阳能光伏系统的种类2.3 太阳能光伏系统在建筑上的运用太阳能光伏系统在建筑中运用的设计3.1 光伏系统的在建筑上的选址3.2 太阳能光伏组件的选型3.3 光伏逆变器的选型3.4 光伏系统中其他部件4. 太阳能光伏系统电气原理介绍4.1 总原理图4.2 直流汇流箱4.3 防雷4.4 逆变器4.5 光伏系统的通讯和监控4.6 光伏系统的其他安全性设计5. 太阳能光伏系统的发电量测算及二氧化碳减排测算,4.1 总原理图,4.2 直流汇流箱,产品结构,a 浪涌吸收器（压敏电阻）b 带有电表和组串保险丝的组串模块d 出错信息干触点信号输出接线柱（只存在于900-120-15 plus和900-160-15 plus）e 用于连接到MaxComm 网络的RJ-45插座（只存在于900-120-15 plus和900-160-15 plus）f 电子式组串监控（只存在于900-120-15 plus和900-160-15 plus）g 具有快速安装电缆的C型电缆走线槽，槽口宽15.3mm，可用电缆压紧夹将电缆压紧在C型走线槽。h 6平方毫米的组串正极接线柱（只存在于900-120-15 plus和900-160-15 plus）i 接地接线柱，35平方毫米j 组串连接接线柱负极接线柱/可断开式接线柱，6平方毫米k 直流隔离开关l 连到逆变器的直流总线的直流接线柱，50平方毫米或150平方毫米,直流汇流箱功能概要监控功能监控组串保险丝：集成在每组串模块中的保险丝是用来防止在某些异常运行状态下（如短路或接地漏电）而造成的太阳能电站过载或损坏。MaxConnect plus监控所有组串模块中的保险丝。如果一根保险丝被触发，就会通过MaxComm通讯系统发出报警。监控光伏组串电流：每串光伏组串的安时（Ah）都被会计算。在设定的时刻，他们互相进行比较。如果有些组串安时数超过了可调整的允差范围，报警就会通过MaxComm通讯系统发出。用户界面集成的液晶显示屏：所有光伏组串的数据（电流，安时）可以通过集成的液晶显示屏查看。所有光伏组串的监控参数都可以调整。通过监控功能探测到的故障信息可以显示出来（参见6.2和6.3节）。MaxTalk通讯软件：MaxConnect plus直流接线盒可以被看作MaxTalk中的网络节点。设备显示器显示整个接线盒的运行状态、当前电流和安时数。设备存储器中记录了每串组串的详细信，加上出错信息存储、时钟和其他设置。出错信息干触点信号输出（报警继电器接线端）：一个外部故障指示器（信号灯、大楼管理系统或类似的系统等）可以通过继电器的干触点进行连接。假如监控功能探测到故障，继电器就被触发。如果故障产生，接线端C和NO（常开）被连起来。如果设备无故障或设备无电流（通常是设备被断开时），接线端C和NC被连起来。继电器的最大持续负载是230Vac，0.5A。 设置一旦MaxTalk直流接线盒按照第2和3节方法安装和连接后，电子监控系统就一定要进行设置。为了让MaxConnect plus能完全正常工作，至少网络地址、每串光伏组串的电流和组串屏蔽要设置好。显示语言MaxConnect plus可以显示德语、法语、意大利语、英语和西班牙语文字,设置网络地址为了让MaxConnect plus在MacComm通讯网络中可以被识别，设备必须具有一个确定的网络地址，也就是说，同一个网络地址不能被两台设备同时使用。地址可以在1-249之间的范围内进行选择，可以通过液晶显示屏来进行设置。设置时间和日期 MaxConnect plus的时钟在工厂里就设置好了，所以在试运行的时候通常不需要设置。在夏令时和冬令时进行切换，或者在长期运行后为了调整时间的时候，才进行时钟时间的设置。 设置安时比较为了对光伏组串间的安时进行比较，允许误差和比较的时间必须要设置。MaxConnect plus将会在指定时间比较所有光伏组串的安时数。如果一个光伏组串的安时数超出了允许误差的范围，出错信息将会显示出来（参考6.4节）。 设置组串屏蔽每个光伏组串可以被包括在安时比较内,也可以不被包括安时比较中。相应的设置就叫组串屏蔽。默认情况下，所有光伏组串都包括在比较内。假如个别组串不被使用或者避免已知的问题组串继续产生出错信息，这些组串可以被屏蔽在外。重设安时计算器所有已经保存的安时数值都可以重设为0。设置安时值对于每一个光伏组串，当日、当月、当年和累计的总安时数都可以进行设置。 这个功能可能对于将这些数值运用到现有记录时有用。设置每串光伏组串的安培数为了使安时比较可以正确的工作，MaxConnect必须知道每个模块串的安装安培数。 通过液晶显示屏操作在成功进行设置以后，直流接线盒的运行数据可以通过MacConnect plus显示屏显示出来。,4.3 防雷由于光伏系统一般安装在户外，建筑的屋顶和外立面，因此，应该特别注意防雷，虽然光伏系统本身和设备都有防雷保护，但是对于那些高出或凸出建筑本体的光伏系统设备，都应该进行防雷保护。防雷等级按照国家法规和当地法规。,4.4 逆变器,SolarMax 50C/80C/100C设备结构,50C/80C/100C电路图示意,逆变器厂商会提供的逆变器技术参数,逆变器的一些技术特性在光伏系统的设计时，应考虑光伏阵列的朝向和倾斜角度来确定合适的逆变器的功率下图给出了一个图表，在确定了光伏阵列的朝向和倾斜角度后，找出相应的系数，而这一系数就是在设计系统时将整个光伏阵列的额定功率除以这个系数，从而得到的正确的逆变器的功率数。,逆变器的功率、电压和效率的对应图,因此，在设计光伏系统时，应考虑到逆变器的功率特性来设计光伏系统的设计电压。,电源主保险丝和导线横断面,用软件来设计和验算光伏系统,在集中逆变和组串逆变中的逆变器的“主从”关系的开发以提高整个系统的效率最近的设计概念包括了“逆变器的主-从互换关系的工作方式”来提高整个系统的效率，同时也使整个系统的寿命更长。在太阳辐射低的时候，整个光伏阵列被连接到一个主逆变器上，但随着太阳辐射的增加，光伏阵列被逐渐地分成几个小单元，直到每个逆变器独立工作。在下一次太阳辐射低的情况下，原先的“主”逆变器将变为“从”逆变器，而由原先为“从”的逆变器变为“主”逆变器来进行工作，从而实现所有逆变器在整个系统的工作时工作时间上的均匀分配，从而提高整个系统的可靠性。众所周知的主要原因是在部分载荷的情况下，小功率工作模块工作在高负荷的情况下，能够提高能量产出量。因此，每个集中逆变器是由几个较小的功率模块一起来工作的，它们可以根据太阳辐射的大小来自动启动或停止工作。在这里，每个功率模块可以是“主”，也可以是“从”，这样可以减少单个功率模块的工作时间，从而提高整个系统的寿命。在系统中，一个功率模块被赋予“主人”，处于领导地位，当太阳光辐射较高时，单个功率模块“主”无法满足时，其余的功率模块作为“从”就开始工作。如果任何原因导致“主”停止工作，“从”可以轻易变成“主”担当工作，使得系统继续工作。下图是原理框图。,直流到交流的电气效率直流到交流的电气转换效率是光伏并网的一个最重要的参数，由转换方式的不同而衍生不同类型的逆变器。在所有逆变器的设计和结构特征上，对直流到交流转换效率起决定性作用的是有无电流隔离的变压器。在有些国家，本地的法规需要在光伏端的直流和电网侧的交流具有电流隔离或等同的装置。使用50HZ的低频变压器或高频变压器就可达到此目的。不管使用低频或高频变压器或不使用变压器，不仅仅对逆变器的外形尺寸、重量、安装的便利性和材料成本有影响，同时对光伏系统的接地方式、安全措施的运用以及直流进入交流电网的控制也有影响。带低压变压器的逆变器可以达到92%的效率，带高压变压器的逆变器典型的可以达到94%。如果去掉隔离变压器，效率可以提高2%。带高频隔离的逆变器比带低频隔离的需要更多的电子元器件，在过去，我们可能会认为高频隔离的逆变器的可靠性相对要低，但现在，由于设计和元器件的不断的改进，这已不是一个问题了。其次，由于低频变压器是不会让直流通过的，所以使用低频隔离变压器的逆变器可以阻止直流进入电网。对于高频变压器，我们有必要使用直流测量装置及相应的控制方式来阻止直流进入电网。在有些国家，如西班牙，就是因为直流有可能进入电网，曾对是否允许使用高频变压器有过讨论。所以，这个问题又回到制造逆变器的厂家，生产带高频变压器的逆变器需要提供额外证明来防止直流可能进入电网。我们通常所知的逆变器效率为欧洲效率E，而这一公式是适用于欧洲的中部地区。这一公式定义为在不同百分比时的额定交流功率在逆变器效率上所起的作用，如下列公式：E = 0.035% + 0.0610% + 0.1320% + 0.130% + 0.4850% + 0.2100%例如：在公式中10%代表了在逆变器10%的额定功率时的效率。有必要指出，即使在现在，你也可能在市场上发现不同效率的逆变器。应该提一下，E是一个适当的方法来描述一个固定不动的光伏系统的效率（如：没有太阳光跟踪系统）。在有些国家，带跟太阳光踪系统的已急剧上升，如在西班牙，接近一半容量的5KW以下的光伏系统装有太阳光跟踪系统。在这些情况下，欧洲效率也可能被重新定义为在80%到100%的额定功率范围内的效率值。,最大功率峰值跟踪对效率的影响输入的直流功率取决逆变器工作在光伏阵列的电流-电压曲线上的哪一个点上。理想状态下，逆变器应工作在光伏阵列的最大功率峰值上。最大功率峰值在一整天内是不同的，主要是由于环境的作用，如太阳光的辐射和温度，但逆变器通过一个具有最大功率峰值跟踪的运算器来直接与光伏阵列相连，达到能量转移的最大化。下图给出一个具体的例子。最大功率峰值跟踪的最大效率MPPT，可以定义为在定义的一段时间内逆变器从太阳能阵列获得的能量与理想状态下的最大功率峰值跟踪从太阳能阵列获得的能量的比率。下面是一个公式表达法：,其中PDC 是直流输入到逆变器的功率，Pm 是最大功率峰值。许多最大功率峰值跟踪的运算法已被提议，建立在不同的基础上，在其他一些参数中，增量电导、寄生电容、恒定电压、电压的温度修正和模糊逻辑控制。然而以“微扰观察法”为基础的运算法因为其简单的运行而成为最常见的用法。这种运算法是建立在光伏阵列运行电压的微扰而引起的小的电压增量，V，在一段时间后引起的功率的改变，P,我们对它进行测量。如果P是正的，那么下一个电压微扰增量也是正的。如果P是负的，那么下一个电压微扰增量也是负的。尽管如此，这种运算还是有些局限的地方，这将使最大功率峰值跟踪的效率在某些特定条件下有所降低。譬如，在非常低的太阳光辐射下，例如，日出和日落的时候，功率曲线变得非常平滑，这就使得找到最大功率峰值变得非常困难。另外一个因素也使得找到真正得功率峰值点变得不可能，那是因为逆变器的P在这一点附近振荡。在太阳光辐射急剧改变的情况下，跟踪运算也可能会变得捉摸不定。部分遮影可以影响最大功率峰值跟踪的运行，但这个问题是可以克服的，可以用微扰的不同次数，正如在一段时间的功率变化函数，也可用间隔电压微扰来解决这个问题。,左图显示了两个例子，逆变器A呈现出一个总体靠近MPP的一个走向，但显示出不稳定，有可能导致逆变器引起停止-开启的反复循环。在这一情况下，虽然对能量的产生没有特别大的作用( MPPT = 91%)，但频繁的停止和开启的循环会给用户一个坏的印象，认为这一技术不好。逆变器B也表现出运行的不稳定，同时它运行在远离光伏发电的优化MPP电压线的位置上，它的效率MPPT = 86%。,电流的总谐波失真和功率因数对交流功率（交流电压总谐波失真 2%),电流的总谐波失真和功率因子由光伏电逆变器产生的电流总谐波失真THD，在欧洲是受标准IEC 61000-3-2. Electromagnetic compatibility电磁兼容性限制的。对于并网光伏系统，逆变器输出的电能一定要符合一定的质量要求。上述的标准要求电流波形的谐波范围（测量到第49谐波）THD 5%，同时电压谐波小于2%。因为在逆变器中的IGBT桥的高交换频率，谐波呈现为那个交换频率的倍数，通常远远高于标准要求的第50谐波。在这一要求中交流电运行的水平实际上没有被提及，所以一般认为就是指额定功率。在功率水平低于额定值时，逆变器的总谐波失真（THD）输出电流将增长。下图是一个典型的在功率水平在50%以上电流THD低于5%的例子，当运行功率下降时电流THD会有很大程度的增长。功率因数，也和产生的电能质量有关，在IGBT逆变器中在功率运行水平大于20%的额定功率时，功率因数接近单位功率因数（ 0.999）。在生产和使用无功电力时，功率因数的主动控制还没有任何技术上的障碍。电网质量的改善（无功电力的相位差异和谐波的控制）已经被越来越深入地研究，并已运用到了新的、大型的、集中式的并网光伏系统。,直流进入电网产生的电流波形的THD和直流电通过光伏逆变器进入电网有关。产生的不利的影响是在直流电进入总电网时可能使主变压器的运行点趋向饱和，这将导致高的初级电流，保险丝跳闸，从而导致那一部分的网络的电力损失。同时变压器的寿命和效率也会降低，同时在直流侧引起负极的电缆腐蚀。直流电也会对型式A的漏电保护器（RCDs）的保护运行起反作用，我们应该用型式B的装置（交流和直流敏感）来代替。光伏逆变器通常包含了一个很大的、很重的50HZ的低压变压器，因此这就可以避免直流电进入电网，同时还提供了电流隔离。低压变压器在逆变器的总成本占了很大的比例，大约15%，同时很大程度上增加了逆变器的重量，同时降低了直流到交流的转换效率。所以，近年来许多制造厂家想办法避免使用低压变压器，但是设计无变压器逆变器而同时要避免直流电进入电网在技术上有一定复杂性，使用现在的传感元件和电子控制的新技术，已经可以解决这一问题。带高频电流隔离的逆变器提供了一个过度产品，在这一产品中，我们要考虑安全、接地和系统的结构。对于低频、高频甚至无变压器式的逆变器，要采取不同的装置用来保护在直流侧的间接接触，同时安装的方式也不同。不管任何情况下，生产无变压器式逆变器和高频逆变器的制造厂家必须提供证明以符合当地和国际上的标准。即使低频变压器在逆变器故障时对于直流电进入电网也需有保护，无变压器或高频逆变器依靠电子控制来实现这一功能。但是制造厂家必须保证在任何可能的故障情况下，没有直流电进入电网，至今，这还是一个争论点，因为每个国家的法规是不同的。有些国家对于这一点没有国标，但还有一些国家不允许安装无变压器的逆变器，而高频逆变器必须提供额外的证明。在英国和美国限制在5ma以下（对于5kW的系统，0.025%的rms输出电流，这是基于IEC 61000-3-2标准上的）或者是0.5%(UL1741)。,防止孤岛孤岛是一种电气现象，发生在一部分的电网和主电网断开，而这部分电网完全由光伏系统来供电。在国际光伏并网标准化的课题上这仍是一个争论点，因为孤岛会损害公众和电力公司维修人员的安全和供电的质量，在自动或手动重新闭合供电开关向孤岛电网重新供电时有可能损坏设备。所以，逆变器通常会带有防止孤岛效应装置。被动技术（探测电网的电压和频率的变化）对于平衡负载很好条件下通电和重新通电两种情况下的孤岛防止还不够充分，所以必须结合主动技术，主动技术是基于样本频率的移位、流过电流的阻抗监测、相位跳跃和谐波的监控、正反馈方法、或对不稳定电流和相位的控制器基础上的。现在已有许多防止的办法，在世界上已有16个专利，有些已获得，而有些仍在申请过程当中。其中的有些方法，如监测电网流过的电流脉冲被证明是不方便的，特别是当多台的逆变器并行工作时，会降低电网质量，并且因为多台逆变器的相互影响会对孤岛的探测产生负面影响。在另一些场合，对电压和频率的工作范围的限制变得宽了，而安装工人通常可以通过软件来设置这些参数，甚至于ENS（一种监测装置，在德国是强制性的）为了能在弱的电网中工作，可以把它关掉。孤岛效应实验室一般是用谐振模拟负载电路，同时定义了一个质量因数，“Q-factor”。尽管如此，这些试验还是很难运行，特别是对于那些高功率的逆变器，它们需要很大的试验室。试验的电路和参数会根据不同国家有所不同，测试结果很大程度上取决于试验者的技术水平。现已开展了一些研究，用来评估孤岛效应和它关联风险的各种可能性，研究表明对于低密度的光伏发电系统，事实上孤岛是不可能的，这是因为负载和发电能力远远不可能匹配。但是，对于带高密度光伏发电系统的电网部分，主动孤岛效应保护方法是必要的，同时辅以电压和频率的控制，来保证光伏带来的风险降到极其微小，这一数据须与不带光伏的电网的年触电预计数相比较。大多数光伏逆变器同时带有主动和被动孤岛保护，虽然没有很多光伏突入电网的例子，但对于这方面，国外的标准没有放松。,图4：功率限制是将输入功率或逆变器温度作为一个函数来使系统从光伏阵列的MPP中脱离出来,功率限制光伏阵列的额定功率和运行功率存在区别，这就要求逆变器进行保护以免过载运行，例如光伏阵列发出的电能超过了逆变器的最大直流输入。如果不考虑光伏的设计和尺寸，由于在逆变器内部的运算是用来保持最大的直流功率输入的，在光伏阵列的最大功率峰值高于逆变器的最大输入功率时，只要我们将输入功率与MPP分离，就可将功率限制引起的损失可以最小化。市场上的一些其他的逆变器并没有功率限制功能，在这种情况下，简单的办法是停止工作，过一定时间后，再重新启动。功率限制控制可以用不同的办法，有些方法是相关的，即保持逆变桥的温度和工作电流低于预先设定的限值。图4是功率限制的工作方式。首先，当直流输入功率达到预设的上限时，逆变器会把功率限制在一个恒定的值