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光伏逆变器、组件参数解读与配比要点分析

户用光伏网 来源:纳通能源  2018/5/8 11:25:44 我要投稿

户用光伏网讯:前言:在光伏系统中,光伏组件和逆变器作为最为重要的两个部分,其技术参数对系统设计至关重要,只有读懂参数,才能更好的完成光伏系统设计和设备选型,并保障后期的高效运维,下面我们以三相逆变器及单晶组件为例,解读其关键参数。并通过几个实例,给大家介绍如何配对组件与逆变器。

一、光伏并网逆变器参数详解

我们以纳通NAC-DT系列8-12KW产品为例。

型号命名及直流侧技术参数

1.型号和命名

纳通并网逆变器是根据其额定交流输出功率来命名的,如NAC12K-DT,对应的额定交流输出功率为12KW。另外,这里的D代表Dual,即两路MPPT,T代表Three,即三相逆变器。

2.最大输入功率

指逆变器允许的最大直流接入组串功率。从参数表上来看,NAC12K-DT这款逆变器,可允许组件接入最大14kW(注意组件接入总电压和电流须在逆变器直流输入电压和电流范围内)。

3.最大输入电压

是指允许输入到逆变器的最大电压,即单个组串中所有电池板开路电压之和不能超过这个值。

如纳通NAC-DT系列8-12K逆变器,考虑天气寒冷的情况之下组件开路电压的负温度特性(随温度降低,开路电压上升),单个组串的开路电压不能超过逆变器最大输入电压1100V。

4.MPPT电压范围

更宽的MPPT电压范围能够实现早晨更早发电,日落后更多发电。当组串的MPPT电压达到逆变器MPPT电压范围(如纳通NAC12K-DT电压范围为250V-950V),逆变器就可以追踪到组串的最大功率点。

注:三相机的最佳工作电压在620V左右,此时逆变器的转化效率最高。在实际应用中,当组串工作电压低于额定电压(620V)时,逆变器升压电路开始工作,会产生一定损耗,降低效率。所以在组串配置时建议每串组件的MPPT电压略高于620V。

5.MPPT路数及每路MPPT输入组串数

是指逆变器的MPPT路数以及每路MPPT上可接入的组串数量。

以下图纳通30KW机器为例:

共有6路直流输入,分别为A、B、C、D、E、F。PV1,PV2代表两路MPPT输入。1路MPPT下的几路组串输入必须相等,不同路MPPT下的组串输入可以不相等,即A=B=C,D=E=F,但A可以不等于D。

6.最大直流电流

逆变器允许通过的最大电流,最大直流输入电流=单个组串最大输入电流*组串数量。

逆变器直流侧最大输入电流的增大,可以更灵活的配置组件。比如最近广受行业追捧的双面组件,随着双面增益的增加,开路电压和峰值功率电压基本不变,而组件峰值功率和峰值功率电流变大。下图为某知名厂家正面功率为300W的双面组件部分参数。在双面增益25%的情况下,峰值功率电流可达到11.44A。

纳通NAC-DT8-12KW系列逆变器的最大直流电流为12A,可以匹配双面组件。

逆变器交流输出侧技术参数:

1.额定输出功率

是指逆变器在额定电压电流下的输出功率,是可以长时间持续稳定输出的功率。

2.最大输出功率

最大功率也叫峰值功率,是指逆变器在极短时间内能够输出的最大功率值。由于最大功率只能维持很短的时间,所以不具备很大的参考意义。

3.功率因数

在交流电路中,电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数,用符号cosΦ表示,在数值上,功率因数是有功功率和视在功率的比值,即cosΦ=P/S,一般说来如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1,一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。当设备的功率因素小于0.9时,将会被罚款。纳通逆变器的功率因素输出为1,并可在0.8超前-0.8滞后之间进行调节。

功率因素是工商业分布式光伏项目特别需要关注的问题,它需要从系统的角度考虑,不仅需要考虑负载的类型和大小,还需要考虑无功补偿装置的性能,测试点和控制方法,建议可以观察整个光伏系统的运转,确保系统有功功率正常。

效率

逆变器就是光伏电站中将组件产生的直流电转换为交流电的设备,在将直流电转换为交流电的过程中,一小部分能量以热量的形式损耗了,所以光伏逆变器交流输出侧的能量小于直流输入侧的能量。光伏逆变器在交流端的输出功率与直流端输入功率之比称之为逆变器的转换效率。

光伏逆变器最大转换效率是指其在瞬时的最大转换效率,在实际使用中意义不大,因为逆变器不可能一直工作在某一个负载点上。

欧洲效率是根据欧洲的光照条件,在不同的直流输入功率点,譬如5%、10%、20%、30%、50%、100%,得出不同功率点的权值,用来估算逆变器的总体效率。

相比最大效率,欧洲效率对于评价逆变器发电量高低更具有参考意义。值得一提的是,随着中国领跑者计划的实施,“中国效率”也会越来越多的走进光伏人的视野。

MPPT效率是指静态最大功率点跟踪(MPPT)效率,在一段时间内,逆变器从太阳能电池组件获得的直流电能,与理论上太阳能组件工作在最大功率点在该时间段输出的电能的比值。逆变器的MPPT效率对于评价逆变器本身是否高效来说更有参考意义。

功能保护

1.绝缘阻抗检测

逆变器自身具备ISO(接地绝缘侦测电路)保护功能,当组件方阵的接地绝缘阻抗过低的时候,逆变器无法并网,会报ISO错误。

2.漏电保护

在逆变器接入交流电网,交流断路器闭合的任何情况下,逆变器都会进行残余电流检测。无论逆变器是否带有隔离,与之连接的光伏方阵是否接地,以及隔离形式采用何种等级(基本绝缘隔离或加强绝缘隔离),都会对过量的连续残余电流及过量残余电流的突变进行监控。限值如下:

a)连续残余电流。如果连续残余电流超过如下限值,逆变器会在0.3s内断开并发出故障发生信号:

1)对于额定输出小于或等于30kVA的逆变器,300mA;

2)对于额定输出大于30kVA的逆变器,10mA/kVA。

b)残余电流的突变。如果残余电流的突变超过下表所列的限值,则逆变器会在规定时间内断开。

3.温度保护

通常情况下逆变器可以在外部环境温度45度以下时额定功率输出,当外部环境温度大于45度时逆变器会降载运行直至停止工作。

常规参数

尺寸、重量和安装方式

体积小、重量轻、安装方式简单的光伏逆变器一直受到客户的青睐。体积小、重量轻往往意味着运输方便,减少了在运输过程中机器损坏的风险。而壁挂式的安装方式则是客户的首选,客户只需查看墙壁或者安装附着点是否稳定牢靠,减少了安装的人力和物力

工作温度范围

工作温度范围也是大家需要着重关注的技术参数,逆变器工作的温度范围往往体现了逆变器耐受低温和高温的能力,决定了逆变器的寿命。如果逆变器有较宽的环境温度范围,说明逆变器耐受低温和高温的能力更优异,性能更好。

防护等级

整体来讲,光伏逆变器分为室内用和室外用,防护等级比较低的,一般IP20或IP23,属于室内用,需要有专门的逆变器室,IP54和IP65都达到了室外用的标准,不需要逆变器室。

注:具有IP65防护等级的逆变器您可以放心安装在室外,但是一定要通过给逆变器加装盖板,或安装在屋檐下,或安装在支架上(组件下方),等三种方案,保证避免阳光直射,减少各种不利因素的影响,保障光伏系统全生命周期的投资收益。

冷却方式

很多逆变器厂家在冷却方式这点上存在分歧,有的厂家觉得完全不需要风扇散热,有的厂家觉得所有的逆变器都要加装风扇。

这两种说法各有各的道理,风扇属于易损件,如果长期使用,会容易损坏,降低逆变器的稳定性,增加运维成本。另一方面如果不加装风扇,会使逆变器的散热受到影响,尤其在外界环境温度很高的情况下,逆变器不能及时的散热,影响寿命。当然,在特定条件下,我们需要考虑带风扇的设备如何避免风沙影响的问题。

认证与标准

逆变器在不同国家并网,都需要遵照当地的并网法规。这也给逆变器的适应性提出了极大的挑战,因而,一台逆变器实际符合的法规越多,越能体现该逆变器厂家的综合实力。

在中国,中华人民共和国能源行业标准NBT32004-2013是国家能源局在2013年8月1日颁布执行的,其规定了光伏逆变器的类型、使用、安装和运输条件,规定了光伏逆变器的试验和检测方法。在逆变器生产和设计、检测过程中,需严格按照此标准执行。

二、光伏组件关键参数详解

随着光伏行业的发展,很多企业都将一些高效组件应用在户用领域。我们这里就以某一线品牌的高效单晶组件为例,截选其电气参数如下图:

电性能参数

STC指“标准测试条件”下的参数,辐照度为1000W/m2,电池温度25℃,光谱AM1.5

NOTC指“电池片标称工作温度条件”下的参数,辐照度800W/m2,环境温度20℃,光谱AM1.5,风速1m/s.

在实际应用中,通常都参考STC(标准测试条件)参数。

1.最大功率

我们常说300Wp光伏组件。下表的“p”为peak的缩写,代表其峰值功率为300W。

2.开路电压Voc

开路电压是指电池片没有接负载时的端电压,该值乘以逆变器一路输入组件的数量应小于逆变器最大直流输入电压。

3.短路电流Isc

短路电流是电池片短路时的输出电流。

4.峰值功率电压Vmp

又被称为最大功率点工作电压,代表组件最大功率时的工作电压。

5.峰值功率电流Imp

又被称为最大功率点工作电流,代表组件最大功率时的工作电流。

6.组件效率

理论上,尺寸、标称功率相同的组件,效率肯定是相同的。光伏组件是由电池片组成,一块光伏组件通常由60片(6×10)或72片(6×10)电池片组成,面积分别为1.635m²(0.991m×1.65m)和1.94m²(0.992m×1.956m)。辐照度为1000W/m²时,1.635m²组件上接收的功率为1635W,当输出为300W时,效率为18.3%,输出为305W时,效率为18.7%。

温度系数

温度系数分电压温度系数,电流温度系数和功率温度系数。通常组件温度降低时,电池片的输出电流会随之降低,而电压随之升高,因而,在进行串并联方案设计时,要用开路电压、工作电压、温度系数、当地昼间极端低温进行最大开路电压和MPPT电压范围的计算,防止组串电压超出逆变器的标称范围。

工作参数

1.工作温度

组件的工作温度,通常指组件可以工作的外部环境温度范围,一般光伏组件的工作温度是可以满足环境温度的。

2.功率公差

0~+5W代表是正公差。如300W的组件,功率范围在300W到305W之间为合格品

3.最大系统电压

系统电压是指若干太阳能板组成一个太阳能发电系统,这个发电系统的最大直流电压;最大可以是1000V.(假设光伏组件开路电压Voc的电压温度系数为-0.32%,STC下的Voc=44.7V,在极端工作低温-40℃下的Voc=44.7*(1+0.32%*(25+40))=54V,一般要求每个组串中设计串联组件数≤1000/54=18)。目前流行太阳能板的标准系统电压是600V(美国标准)和1000V(欧洲标准)

三、光伏逆变器和组件的配比

通过前面对逆变器和组件的参数的介绍,我们可以知道,在对组件和逆变器进行配比时,需要从功率,开路电压,最佳工作点电压等方面综合考虑,以尽可能提升系统效率。考虑到现场实际情况,需要特别注意以下几点:

1.考虑温度系数的组串开路电压必须小于逆变器最大输入电压;

2.考虑温度系数的组串MPPT电压要在逆变器MPPT跟踪范围之内;

3.三相机的最佳工作电压在620V左右,单相机的最佳工作电压为360V左右,此时逆变器的转化效率最高。所以在组串配置时建议每串组件的MPPT电压尽量接近620V/360V,组串MPPT电压和逆变器最佳工作电压的差距越大(不管是偏低还是偏高),效率就会越低,

4.单路MPPT下接的每串组件,要保证接入的组件数量一致。

这里,我们不妨以纳通逆变器参与的几个现场实际应用为例,来说明组件和逆变器的配置方法。

实例1:

 

下面,我们来看下“组件+逆变器配置”的两种配置方案。

配置方案1:

MPPT1:15块一串接入

MPPT2:15块一串接入

常温下每串组件的开路电压=15X38.1=571.5V,小于逆变器的最大输入电压600V;

常温下每串组件MPPT电压=15X31.3=466.5V,在逆变器的MPPT电压范围100-550V以内。

这样的方案看似可行,但如果我们考虑组件的温度系数:

极端低温(-19度)下每串组件的开路电压=15X38.1X(1+0.32%X(25+19))=651.9V,超过了逆变器最大输入电压600V.

经过计算,当气温在低于10度的时候,每串的开路电压就会超过600V.所以此方案不可行。

配置方案2:

MPPT1:10块一串,2串接入

MPPT2:10块一串,1串接入

常温下每串组件的开路电压=10X38.1=381V,小于逆变器的最大输入电压600V;

常温下每串组件MPPT电压=10X31.1=311V,在逆变器的MPPT电压范围100-550V以内;

极端低温(-19度)下每串组件的开路电压=10X38.3X(1+0.34%X(25+19))=440.2V,小于逆变器的最大输入电压600V;

极端低温(-19度)下每串组件的MPPT电压=10X31.1X(1+0.32%X(25+19))=354.8V,在逆变器的MPPT电压范围100-550V以内,且接近逆变器最佳工作电压360V,效率较高。

对比方案1与方案2,我们不难发现:虽然方案1通过减少一路组件串接,节省了一定的施工工作量,但开路电压较高所带来的故障隐患将进一步增加,特别是在一些寒冷地区更是如此;而方案2,则不仅保证了电压的安全性,同时也使最佳工作点电压落在了满载MPPT电压范围内,尽可能地提高了逆变器的转换效率。

实例2

配置方案1:

MPPT1:14块一串,2串接入;

MPPT1:14块一串,2串接入.

常温下每串组件的开路电压=14X39.85=557.9V,小于逆变器的最大输入电压1000V;

常温下每串组件MPPT电压=14X32.26=469.5V,在逆变器的MPPT电压范围250-950V以内。

极端低温(-21度)下每串组件的开路电压=14X39.85X(1+0.30%X(25+21))=634.89V,小于逆变器的最大输入电压1000V,

极端低温(-21度)下每串组件的MPPT电压=14X32.26X(1+0.30%X(25+21))=440.2V=513.97V,在逆变器的MPPT电压范围250-950V以内。

按此方案配置,组件的开路电压和MPPT电压都在可接受的范围内。但是,MPPT电压偏低,远低于逆变器的最佳工作电压620V,逆变器的效率会降低。所以此方案不可行。

配置方案2:

MPPT1:18块一串,2串接入;

MPPT2:20块一串,1串接入.

常温下MPPT1下每串组件的开路电压=18X39.85=717.3V,小于逆变器的最大输入电压1000V;

常温下MPPT2下每串组件的开路电压=20X39.85=797V,小于逆变器的最大输入电压1000V;

常温下MPPT1下每串组件MPPT电压=18X32.26=580.68V,在逆变器的MPPT电压范围250-950V以内,且接近逆变器最佳工作电压620V,效率较高。

常温下MPPT2下每串组件MPPT电压=20X32.26=645.20V,在逆变器的MPPT电压范围250-950V以内,且接近逆变器最佳工作电压620V,效率较高。

套用实例1中的计算公式,可以计算出在极端低温-21度时,组串的开路电压和MPPT电压也在范围之内。此方案可行。

对比方案1与方案2,我们可以看出,虽然两种接法都可以让逆变器工作在MPPT电压范围内,但方案2的工作电压更接近逆变器的最佳工作电压,效率最高,且方案减少了一路组串连接,节约了成本。

实例3

该用户有一批300W单晶的组件,想配置一个33KW左右的系统,给客户选用了纳通NAC33K-DT三相逆变器,关键参数如下:

极端低温情况下单块组件开路电压Voc=40.1*(1+0.286%*(25+9.2))=44.02

极端低温情况下单块组件MPPT电压Vmp=32.8*(1+0.286%*(25+9.2)=36.01V

根据上面提到的前三点注意事项,可以算出,最佳组件的串联个数应为18-22块。

根据单路MPPT下接的每串组件,要保证接入的组件数量一致的原则,可以得出下面四种

可行的配置方案:

通过以上的实际案例给大家介绍了组件和逆变器的配置方法,在实际应用中,还应该综合考虑现场施工及组件和逆变器性能参数(比如,当逆变器PV输入有且只有两路时,需考虑以功率段较低的组件产品匹配逆变器参数)来做灵活调整。只有这样,我们的配置方案,才会是安全与高效的。

结论

本文详细介绍了逆变器和组件的关键技术参数,并通过实例介绍了组件和逆变器的匹配的几大要点,希望能给大家带来帮助。

原标题:光伏逆变器、组件参数解读与配比要点分析

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