微逆变器市场调研

引言常见的光伏并网发电系统结构包括集中式、 串式、 多串式和交流模块式等几种方案。 集中式、 串式和多串式系统中， 都存在光伏组件的串联和并联， 因此系统的最大功率点跟踪时针对整个串并联光伏阵列， 无法兼顾系统中每个光伏阵列， 单个光伏阵列利用率低、 系统抗局部阴影能力差，且系统扩展灵活性不够。光伏并网微逆变器 简称微逆变器 与单个光伏组件相连， 可以将光伏组件输出的直流电直接变换成交流电并传输到电网， 具有以下优点 1保证每个组件均运行在最大功率点，具有很强的抗局部阴影能力； 2将逆变器与光伏组件集成，可以实现模块化设计、实现即插即用和热插拔，系统扩展简单方便； 3并网逆变器基本不独立占用安装空间， 分布式安装便于配置， 能够充分利用空间和适应不同安装方向和角度的应用； 4系统冗余度高、可靠性高，单个模块失效不会对整个系统造成影响。微逆变器的概念由来已久， 但最初并没有引起人们的注意， 近年来随着太阳能发电技术的发展以及技术的进步，使得微逆变器十分具有吸引力。美国加州 Petaluma 的 Enphase 从2008 年开始微逆变器的商业化量产，并取得了不错的销售成绩，使得微逆变器获得了更广泛的认可， 吸引了众多公司纷纷加入到微逆变器的研发行列， 德国艾斯玛太阳能技术股份公司 SMASolarTechnology2009 年通过技术收购荷兰 OKE-Services光伏系统电子开发商，进入了微逆变器市场。 国内众多的光伏并网逆变器生产厂商主要从事大功率集中并网逆变器产品的开发， 随着国内外微逆变器市场的日益火热， 众多厂商也纷纷蠢蠢欲动， 尝试开始微逆变器产品的开发，英伟力 Involar新能源科技公司是国内最早从事微逆变器研究的公司，公司从 2008 年初开始微逆变器技术的开发，经过近两年的努力已完全自主掌握了微逆变器的核心技术，并于 2010 年 5 月份成功发布了其第一代产品 MAC250，目前该款微逆变器产品已经推向市场。微逆变器不同于传统大功率集中式逆变器，本文重点分析微逆变器的关键性技术。微逆变器的特点及设计考虑因素微逆变器区别于传统逆变器的特点（ 1）逆变器输入电压低、输出电压高单块光伏组件的输出电压范围一般为 2050V，而电网的电压峰值约为 311V220VAC或156V110VAC，因此，微逆变器的输出峰值电压远高于输入电压，这要求微逆变器需要采用具备升降压变换功能的逆变器拓扑； 而集中式逆变器一般为降压型变换器， 其通常采用桥式拓扑结构，逆变器输出交流侧电压峰值低于输入直流侧电压；（ 2）功率小单块光伏组件的功率一般在 100W300W ，微逆变器直接与单块光伏组件相匹配，其功率等级即为 100W300W ，而传统集中式逆变器功率通过多个光伏组件串并联组合产生足够高的功率，其功率等级一般在 1kW 以上。微逆变器的设计考虑因素（ 1）变换效率高并网逆变器的变换效率直接影响整个发电系统的效率， 为了保证整个系统较高的发电效率，要求并网逆变器具有较高的变换效率。（ 2）可靠性高由于微逆变器直接与光伏组件集成，一般与光伏组件一起放于室外，其工作环境恶劣，要求微逆变器具有较高的可靠性（ 3）寿命长光伏组件的寿命一般为二十年，微逆变器的使用寿命应该与光伏组件的寿命相当。（ 4）体积小微逆变器直接与光伏组件集成在一起，其体积越小越容易与光伏组件集成。（ 5）成本低低成本是产品发展的必然趋势，也是微逆变器市场化的需求。微逆变器的关键性技术（ 1）微逆变器拓扑微逆变器的特殊应用需求决定了其不能采用传统的降压型逆变器拓扑结构， 如全桥、 半桥等拓扑， 而应该选择能够同时实现升降压变换功能的变换器拓扑， 除能够实现升降压变换功能外，还应该实现电气隔离； 另一方面，高效率、 小体积的要求决定了其不能采用工频变压器实现电气隔离，需要采用高频变压器。可选的拓扑方案包括高频链逆变器、升压变换器与传统逆变器相组合的两级式变换、基于隔离式升降压变换器的 Flyback 逆变器等几种， 其中 Flyback 变换器拓扑结构简洁， 控制简单、可靠性高，是一种较好的拓扑方案，目前 Enphase、 Involar（英伟力）等公司开发的微逆变器产品均是基于 Flyback 变换器。（ 2）高效率变换技术为了减小微逆变器的体积， 要求提高逆变器的开关频率， 而开关频率的提高必然导致开关损耗升高、 变换效率下降， 因此小体积与高效率两者之间是矛盾的， 高频软开关技术是解决两者矛盾的有效方法，软开关技术可以在不增加开关损耗的前提下提高开关频率。研究和开发简单有效的软开关技术并将软开关技术与具体的微逆变器拓扑相结合是微逆变器开发需要解决的关键问题之一， 据报道， 英伟力公司引入谐振软开关技术有效改善了微逆变器的变换效率，其发布的 MAC250 微逆变器产品最高效率达到 95以上， CEC效率达到 94.5以上。（ 3）并网电流控制技术传统的集中式并网逆变器中一般采用电流闭环控制技术保证进网电流与电网电压同频同相， 实现高质量的并网电流控制， 如采用 PI 控制、 重复控制、 预测电流控制、 滞环控制、单周期控制、 比例谐振控制等控制方法， 上述方法都需要采用电流霍尔等元件采样进网电流，进而实现并网电流的控制。由于微逆变器的小功率特色， 为了降低单位发电功率的成本， 且考虑到体积要求， 开发新型的高可靠性、 低成本小功率并网电流控制技术是微逆变器开发需要解决的另一个关键性问题。（ 4）高效率、低成本最大功率点跟踪 MPPT技术光伏发电系统的效率为电池板的光电转换效率、 MPPT 效率和逆变器效率三部分乘积，高效率 MPPT技术对光伏发电系统的效率提高和成本降低有十分重要的意义。常见的 MPPT算法包括开路电压法、短路电流法、爬山法、扰动观察法、增量电导法以及基于模糊和神经网络理论的智能跟踪算法等， 上述 MPPT方法中一般需要同时检测光伏输出侧电压和电流，进而计算出并网功率。微逆变器的光伏侧输入电压低， 因此光伏侧的电流较大， 如果采用电阻检测输入侧电流，对微逆变器的整机效率影响较大， 而采用霍尔元件采样光伏侧电流则会增加系统成本及逆变器体积， 因此针对微逆变器的特殊要求， 需要开发新型的无需电流检测的高效率 MPPT技术。据报道， 英伟力公司研究了一种无电流传感器 MPPT技术来适应微逆变器的应用需求， MPPT效果良好，跟踪精度达到 99.9以上。（ 5）孤岛检测技术孤岛检测是光伏并网发电系统必备的功能， 是人员和设备安全的重要保证。 针对微逆变器的特殊应用需求， 开发简单、 有效、零检测盲区、 不影响进网电流质量的孤岛检测技术是微逆变器开发需要解决的一个重要课题。（ 6）无电解电容变换技术光伏组件的寿命一般为 2025 年， 要求微逆变器的寿命必须接近光伏组件， 而电解电容式功率变换器寿命的瓶颈， 要使微逆变器达到光伏组件的寿命， 必须减少或避免电解电容的使用，因此研究和开发无电解电容功率变换技术是微逆变器开发需要解决的另一个课题。（ 7）信息通信技术当多个微逆变器组成分布式发电系统时， 系统需要实时收集每个微逆变器的信息， 以实现有效的监测与管理，因此需要低成本、 高效、高可靠性信息通信技术作为保证， 可以利用的通信技术包括 PLC、 ZigBee、 Z-Wave、 6LowPA、 PoE、 GPRS、 GSM 技术等。英伟力微逆变器产品分析英伟力新能源科技 上海 有限公司最近发布的一款微逆变器产品 MAC250 主要参数如下额定输出功率 180VA；峰值输出功率 220VA 输入电压 20V50V；输入电压 187VAC242VAC；工作频率范围 49.5Hz50.5Hz；最大效率 95；CEC效率 94 工作环境温度 -4065℃重量 2.4kg 体积 240mm*138mm*35mm 保修期 15 年。从上述指标可知， 该款微逆变器产品已经满足了上述设计和使用要求， 变换效率等指标达到了集中式并网逆变器的技术水平。总结本文分析了微逆变器的发展现状，重点分析了微逆变器开发所需要解决的关键性问题，分析表明， 微逆变器与传统重大功率集中并网逆变器存在明显的不同， 为了掌握微逆变器的核心技术，需要解决包括逆变器拓扑、软开关、并网电流控制、 MPPT等多个关键性核心技术。微逆变器在建筑集成光伏系统中的应用能源危机和环境污染问题日益严重， 促使各国纷纷开发新型可再生能源。 太阳能具有取之不尽用之不竭、清洁无污染、不受地域限制等优点，大力发展和推进太阳能光伏发电技术是解决当前能源和环境危机的有效手段。建筑集成光伏（ BIPV）系统通过将光伏组件安装在建筑表面，实现太阳能光伏发电与建筑的完美结合，被认为是最先进、最具发展潜力的高科技绿色节能建筑。 BIPV 系统中光伏组件与建筑相结合，光伏组件不额外占用地面空间，特别适合于土地资源紧张的城市建筑；全球建筑物自身耗能约占世界总能耗的三分之一以上，采用 BIPV 技术，可以将建筑物从耗能型转变为功能型，将有效缓解城市反战与能源供应的巨大矛盾，创造低能耗、高舒适度的健康居住环境， 实现城市建筑的可持续发展； 另一方面，目前光伏组件的生产成本较高，太阳能光伏发电的成本远远高于常规能源，大大限制了光伏发电系统的发展和应用，采用 BIPV 系统，将光伏组件与建筑表面材料有机结合，可以大大降低光伏发电的成本，缩短投资回报周期。BIPV 系统中，光伏组件的安装首先涉及到光伏组件的安装角度和安装方向问题，安装角度就是光伏组件的倾角问题，倾角的选择直接关系到光伏组件的发电效率。 同一块电池板， 选择不同的安装角度接收到的辐射量是不一样的，由于各个墙面朝向的问题，不同安装位置的光伏组件其安装角度和方向不可能完全一致， 这就决定了其发电效率、 发电的瞬时功率无法保证完全一致。BIPV 系统中需要解决的另一个关键问题是阴影遮挡问题。产生阴影的原因是多种多样的，阴影的产生有随机的，也有系统的。阴影主要来自于周围建筑物、 树木的遮挡、各个光伏组件之间的相互遮挡、 云层等。 光伏组件的输出特性决定了受到局部遮挡或阴影后，其发电效率将会大大减小，从而对整个系统的发电量产生显著影响。为了使 BIPV 系统的发电效率最大化，除了在安装时尽量做好规划设计外，还需要采用合适的光伏发电系统结构。图 1 为目前 BIPV 系统中常用的电气结构示意图。图 1 中，集中式系统首先根据设计的电压和功率等级，把大量光伏组件通过串联或并联等方式连接起来， 然后经过一个集中式逆变器将光伏阵列输出的直流电能转换为交流电能； 串式和多串式系统将多个光伏组件串联形成光伏组件串，每个串经过一个 DC-DC 变换器升压后，再经逆变器输出交流电能。上述三种系统中，均存在光伏组件的串联或并联，系统的最大功率点跟踪时针对整个串进行的， 因此无法保证每个组件均运行在最大功率点， 也无法获得每个光伏组件的状态信息；另一方面，由于建筑表面各个组件的安装方向和角度不同， 各个组件的发电效率彼此各不相同， 采用集中式的最大功率点跟踪， 将大大降低系统的发电效率；当部分组件受到遮挡时，整个系统的发电效率更会严重降低，大大降低了系统的能量转换效率，甚至可能形成热斑，导致系统损坏。图 1 建筑集成光伏系统常用电气结构连接图微逆变器技术提出将逆变器直接与单个光伏组件集成， 为每个光伏组件单独配备一个具备交直流转换功能和最大功率点跟踪功能的逆变器模块， 将光伏组件发出的电能直接转换成交流电能供交流负载使用或传输到电网。 采用微逆变器取代传统的集中式逆变器具有以下优点 1保证每个组件均运行在最大功率点，具有很强的抗局部阴影能力； 2将逆变器与光伏组件集成，可以实现模块化设计、实现即插即用和热插拔，系统扩展简单方便； 3并网逆变器基本不独立占用安装空间，分布式安装便于配置，能够充分利用空间和适应不同安装方向和角度的应用； 4系统冗余度高、可靠性高， 单个模块失效不会对整个系统造成影响。 因此，将微逆变器应用于 BIPV系统可以完全适应建筑集成光伏发电系统的应用需求，适应不同光伏组件安装角度和方位，避免局部阴影对系统发电效率产生的影响，实现 BIPV系统发电效率的最大化。采用微逆变器的建筑光伏发电系统的结构如图 2 所示。图 2 应用微逆变器的建筑集成光伏发电系统结构如图 2 所示， 微逆变器直接与光伏组件相连， 将光伏组件发出的电能直接传输到电网或供本地负载使用，多个微逆变器直接并联接入电网，各个微逆变器和光伏组件之间相互没有任何影响， 单个模块失效也不会对整个系统产生影响。将微逆变器技术与电力线载波通信技术相结合， 通过电网交流母线就可以采集各个微逆变器和光伏组件的输出功率和状态信息，很方便的实现整个系统的监控， 同时不需要额外的通信线路， 对系统连线没有任何负担， 极大的简化了系统结构。通过上述分析， 可以得出如下结论 建筑集成光伏发电系统是光伏发电应用极具发展潜力的应用方向，而传统的集中式光伏发电系统结构无法适应建筑集成光伏发电系统的应用需求， 采用微逆变器技术可以完全适应建筑集成光伏发电系统的应用需求，实现发电效率的最大化。逆变器是太阳能光伏系统中的关键设备。它太阳能电池将光能转换为直流电，再通过逆变器将直流电逆变成 50 赫兹、 230/400 伏的三相或 230V 的单相交流电。逆变器的输出端通过配电柜与变电所内的变压器低压端（ 230/400 伏）并联，对负载供电，并将多余的电能通过变压器送入电网。目前全球第一位的逆变器厂家是德国的艾思玛公司 （ SMA） ,即使在金融危机的情况下，也逆势增长， 2009 年销售额为近 10 亿欧元。约占世界逆变器总销售量的 40，连续几年保持着超过 100的增长速度，且在未来数年仍会保持强劲的增长态势。国内从事太阳能逆变器的龙头企业是合肥阳光电源公司， 由当时合肥工业大学教师曹仁贤白手起家创办，经过近 10 年的发展，已启动 IPO,正在进入上市辅导期。上述两家公司主导产品是集中式逆变器。 所谓集中式逆变器， 就是将一个太阳能电池串联后，达到一个高压直流，在通过逆变器转换为交流。【微逆变器】 太阳能电池面板，局部的阴影、不同的倾斜角度及面向方位、污垢、不同的老化程度、细小的裂缝以及不同光电板的不同温度等容易造成系统失配导致输出效率下降的弊端， 进而导致整体的输出功率大幅降低。 这是集中式逆变器难以解决的问题。为了解决这一问题，近年来出现即“微逆变器”及“微型转换器” 新架构。既在每个太阳能电池模块配备微型逆变电源，通过对各模块的输出功率进行优化，使得整体的输出功率最大化。 （和讯财经原创）即使部分电池板受到阴影、灰尘覆盖等情况的影响，逆变电源优化器仍可以跟踪最佳的局部 MPP最大功率点 ，可挽回超过 57损失的发电量。同时，电源优化器将输入电压 /电流转换为不同的输出电压 /电流，以最大限度提高系统中的能量传输。微型逆变器有几大优点1、尽量提高每一逆变电源模块的发电量 ,跟踪最大功率，由于对单块组件的最大功率点进行跟踪，可大大提高光伏系统的发电量，可提高 25。2、通过调整每一排光电板的电压和电流，直至全部取得平衡，以免系统出现失配。3、此外，每一模块都具备监控功能，降低系统的维护成本，操作更加稳定可靠。4、配置灵活，在家用市场可以按照用户财力安装光伏电池大小5、无高压电、更安全，安装简单，更快捷，维护安装成本低廉，对安装服务商依赖性减少，使太阳能发电系统能由用户 DIY. 6、成本与集中式逆变器相比成本相当，甚至更低。【微逆变器主要企业和近期发展动向】微逆变器的概念由来已久。 10 年前艾思玛公司就考虑开发该产品，但是最后又决定不做了。从那时起，其他的公司就不断改进硬件和软件，使得微逆变器更具吸引力。 位于美国加州的 ,由 3 名来自 NASA的工程师创立的 Enphase 公司08 年开始商业化的量产，并且已经销售了好几万套产品。2009 年五月份的时候，该公司还获得 2250 万美元的投资， 2010 年 4 月又再次获得了4000 万美元的第三轮融资，预计在今年年底或者明年年初会 IPO 。据最新报道， 伟创力 Flextronics公司日前决定开始在其位于加拿大安大略省的工厂为 Enphase 代工微逆变器，今年可以达到 50 万台的销售， 明年达到 100 万台的销售， 位于苏州工业园区的伟创力也有可能将为 Enphase 进行代工生产。在美国超过 10 家该领域的创业公司得到了风投的投资， 累计投资总额超过 2 亿美元， ，包括 Enphase、 Enecsys和 SolarBridge。分布式逆变器的两种分支的两个分支，微型逆变器领先者 Enphase，分布式最大功率跟踪 集中直流转交流领先者 National Semi 和 SolarEdge。 Enphase 在美国市场已达到了批量生产的水平， National Semi 已经开始大力推广它的 SolarMagic产品。在逆变器行业最引人注目的事件是该行业龙头艾思玛 2009 年 9 月宣布，为增加其在光伏技市场的技术领先优势，已经收购了位于荷兰的从事微逆变器研发的 OKE公司。 OKE成立于 1984 年，是较早进行微逆变器开发的厂商， SMA将采用 OKE的技术开发自己的产品线。 SMA 计划在明年发布自己的组件逆变器系列。业界认为这次收购将改变微逆变器市场的格局。