胡博士带你认识两大主流光伏并网发电系统

光伏发电系统的能量来自太阳，光伏电池组件把太阳光照的能量转换为间歇性变化的直流电后进入逆变器，逆变器把组件变化的直流电转换为恒定的交流电并接入国家电网，从而实现光伏并网发电，如图1所示。光伏发电系统分为并网型和离网型，离网型光伏发电主要用于无电地区的供电，当前主流光伏并网发电系统主要分为集中式和组串式，与火力发电、水力发电及核能相似，主要向国家电网售电获得发电收益。

一、集中式光伏并网发电系统

大型荒漠地面太阳能光伏电站一般采用集中式光伏并网发电系统，如图2所示，主要由太阳能光伏电池组件、直流汇流箱、交直流配电柜、光伏逆变器、及升压变压器组成，从而构成1MW光伏发电系统，可以方便实现10kV/35kV中压并网。集中式光伏并网发电系统中除了交直流功率流外，还有监控系统组成的信号流。

图2集中式光伏并网发电系统

多个光伏组件串联构成光伏组串，再由多个光伏组串并联构成光伏阵列，从而得到较高的直流电压与直流功率，多个光伏阵列进入直流汇流箱进行汇流，再由多个直流汇流箱进入直流配电柜，一般两台直流配电柜共用一台集中式逆变器，同时两台集中式逆变器共用一个升压变压器后实现并网发电，如图3所示。集中式是第一代光伏发电架构，一般只具有单路MPPT，从而MW系统就有两路MPPT。

图3集中式光伏并网发电示意图

集中式逆变器的功率等级一般为500kW，设计较先进的逆变器已经集成了直流配电柜功能，比如茂硕SC500KTL，内部结构采用了2*250kW的功率单元，同时已做到了更小的体积（宽×深）：1500×650mm，如图4所示。

图4茂硕SC500KTL集中式逆变器外形及内部结构

茂硕SC500KTL采用了自主知识产权的耦合电感多电平技术，IGBT功率模块与其他品牌集中式逆变器完全相同，同样采用成熟可靠的英飞凌器件及其驱动电路，如图5所示。这种新型技术最大的特点是输出滤波电感使用了耦合电感结构，一方面降低了输出电流谐波，另一方面减小了输出滤波电感的体积与尺寸，从而提高了逆变器性能及降低了电感成本。

图5茂硕SC500KTL集中式逆变器的拓扑结构

茂硕SC1000KTL的MW级预装式集装箱宽度仅2.5米，更小、更轻、集成更多功能，同时实现了靠墙安装前维护，优化风道设计，实现集装箱面积最小化，如图6所示。

图6茂硕SC1000KT MW级光伏发电预装式集装箱

二、组串式光伏并网发电系统

分布式光伏发电系统的发展促使光伏发电靠近负荷侧、从而减小输配电损耗。分布式光伏电站一般建在中、大型工商业厂房、及个人家庭屋顶，主要使用组串式逆变器，而无需汇流箱、直流配电柜，如图7所示。组串式光伏并网发电系统主要采用380Vac低压并网，少部分厂房屋顶分布式采用10kV中压并网。与集中式相似，组串式光伏并网发电系统中除了交直流功率流外，还有监控系统组成的信号流。

图7组串式光伏并网发电系统

组串式系统中光伏组件串联构成光伏组串，单个或两个并联的光伏组串经过组串式逆变器内部各自独立的DC/DC直流升压变换器后，再共用组串式逆变器内部的同一套逆变电路实现并网发电，如图8所示。因此，这种组串式系统架构具有多路MPPT功能。这种系统一般具有直流升压及交流逆变两级功率变换结构，输入电压较低时直流升压变换器会工作同时完成MPPT功能，而输入电压较高时，MPPT功能则由交流逆变实现。

图8组串式光伏并网发电示意图

分布式光伏发电中广泛使用组串式逆变器，一般使用于工商业或家用屋顶，也可在农业大棚、渔塘水面、荒山荒坡等地方使用分布式光伏发电。家用屋顶分布式使用单相并网逆变器，如茂硕SF系列，功率段一般从1.6~5kW。其他中大功率场合使用三相并网逆变器，如茂硕ST系列，功率段一般从5~60kW。

图9茂硕SF/ST全系列组串式逆变器

茂硕SF3/5KTL家用单相组串式逆变器采用了自主知识产权的改进型H6拓扑结构，如图10所示，这种新型高效低漏电流技术担保人身与系统安全。同时单极性软件调制方式进一步提高了工作效率和产品体积与重量，另外采用了农村弱电网的软件算法及家电化外观设计，这些特点让SF系列组串式逆变器尤其适用于农村家庭环境。

图10茂硕单相组串式逆变器的改进型H6拓扑结构

茂硕ST系列三相组串式逆变器采用了新型耦合电感交错并联技术及T型三电平拓扑结构，IGBT功率模块与其他品牌集中式逆变器完全相同，同样采用成熟可靠的Vincotech器件及其驱动电路，如图11所示。这种新型技术的直流升压变换器使用了耦合电感交错并联技术，一方面降低了电流纹波，使MPPT跟踪控制更加稳定；同时类似多缸发动机技术，减小了直流母线电容损耗，延长了电容寿命。另一方面耦合电感技术减小了Boost储能电感的体积与尺寸，从而提高了升压变换器性能及降低了电感成本。特别是ST50/60KTL采用自然对流设计完全取消了散热风扇，降低了后期维护成本；同时具有5路MPPT，提高了组串式光伏系统的发电量。

图11茂硕三相组串式逆变器的T型三电平拓扑结构

三、总结

两大主流光伏并网发电系统中，集中式系统的出现已接近20年，技术成熟应用案例较多，最大的优点是初装成本低，但是MPPT路数少影响了系统发电量；组串式系统伴随分布式光伏发电的引爆而发展，这种技术方案的出现已超过10年，两级功率变换结构存在MPPT的切换不稳定问题，同时并机台数过多时影响并网点谐波。

集中式与组串式光伏发电系统由于存在光伏组件的串联、光伏组串并联，不可避免存在“木桶效应”，这个缺陷一方面造成光伏组件的热斑问题，影响了系统长期工作的稳定性和安全性；更严重的是“木桶效应”导致失配损耗，降低系统的长期发电收益。因此，光伏发电系统急需能够解决“木桶效应”的创新技术，以降低度电成本。

本文发自：茂硕电源（ID:mosopower-002660）