光伏系統原理

太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場的作用下，空穴由n區流向p區，電子由p區流向n區，接通電路后就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。

光伏發電方式太陽能發電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。

（1） 光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光—熱轉換過程；后一個過程是熱—電轉換過程，與普通的火力發電一樣。太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。

（2） 光—電直接轉換方式該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產生電流。當許多個電池串聯或并聯起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優點。太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發電、核能發電相比，太陽能電池不會引起環境污染。

光伏系統逆變器

光伏系統是由組件、支架、逆變器、電纜、配電柜等設備組成。支架是結構設備，除了風災破壞外一般不會壞;組件和逆變器是發電設備，但組件功率密度少，如一個10kW電站，使用40塊組件，總面積達64平方米，但這些能量都集中到一臺面積為0.25平方米的逆變器里，逆變器功率密度高，里面便是高溫高壓高電流。

另外逆變器需要處理的事情也特別多，除了把直流電變成交流電外，還要承擔檢測組件和電網狀況、系統絕緣、對外通訊等任務，計算量大，容易出錯。

光伏逆變器工作原理

光伏逆變器由升壓回路和逆變橋式回路構成，升壓回路主要用于將直流電壓升壓至逆變器輸出所需直流電壓，逆變橋式回路主要用于將升壓后的直流電壓轉換為固定頻率的交流電壓。因此，經升壓回路和逆變橋式回路完成將直流電轉換為交流點的功能。

逆變器故障對光伏系統發電量有什么影響

光伏逆變器是由電路板、熔斷器、功率開關管、電感、繼電器、電容、顯示屏、風扇、散熱器，結構件等部件組成。每個部件的壽命不一樣，逆變器的使用壽命可以用“木桶理論”來解釋，木桶的最大容量是由最短的木板決定的，逆變器的使用壽命是由壽命最短的部件決定，逆變器最容易出故障是功率開關管、電容、顯示屏、風扇等4個部件。

1、功率開關管

功率開關管是把直流轉換為交流的主要器件，是逆變器的心臟。

目前逆變器使用的功率開關管有IGBT、MOSET等，是逆變器最脆弱的一個部件，它有三怕：一怕過壓，一個耐壓600V的管子，如果兩端電壓超過600V，不到0.1秒種就會炸掉；二怕過流，一個額定電流為50A的管子，如果通過的電流大于50A，不到0.2秒種就會炸掉；三怕過溫，IGBT節溫不般有150度或者175度，一般都把它控制在120度以下，散熱設計是逆變器最關鍵技術之一。

功率器件損壞，就意味逆變器需要整機更換。但也不必過份擔心，因為逆變器在設計時，這些因素都已考慮周全，在正常情況下，使用壽命到20年沒有問題。逆變器在安裝時，要考慮給逆變器留有散熱通道，另外電網如有過高的諧波和過于頻繁的電壓突變，也會造成功率器件過壓損壞。

2、電解電容

電容是能量存儲的部件，也是逆變器必不可少的元器件之一。

電容有電解電容、薄膜電容等，各有特點，都是逆變器所需。影響電解電容壽命的原因有很多，過電壓、諧波電流、高溫、急速充放電等等，正常使用情況下，最大的影響是溫度，因為溫度越高電解液的揮發損耗越快。需要注意的是這里的溫度不是指環境或表面溫度，而是指鋁箔工作溫度。

廠商通常會將電容壽命和測試溫度標注在電容本體，電解液的揮發限制了電解電容的壽命，日本NCC電容是世界上最好的電容之一，它在規格書上標注最長壽命是15年。

3、液晶顯示屏

逆變器的液晶顯示屏可以顯示光伏電站瞬時功率、發電量、輸入電壓等各種指標。如能顯示故障原因，將是個很好用的部件。

多數逆變器都有顯示器，但也有沒有的。除了上述優點外，液晶顯示器有一個致命缺陷——使用壽命短。質量一般的液晶顯示器工作3-4萬小時，就會嚴重衰減不能使用。我們按照逆變器工作時間6:00-20:00計算，液晶顯示器每天工作14個小時，一年為5000小時。假設液晶顯示器壽命為4萬小時，那么它的使用壽命為8年。

現在戶用逆變器一般保留顯示器，電站用的中大功率組串逆變器，無液晶顯示屏是趨勢。

4、風扇

組串式逆變器散熱方式主要有強制風冷和自然冷卻兩種。

強制風冷就要用到風扇，通過組串式逆變器散熱能力對比實驗發現，中大功率組串式逆變器，強制風冷的散熱效果要優于自然冷卻散熱方式。采用強制風冷可使逆變器內部電容、IGBT等關鍵部件溫升降低20℃左右，可確保逆變器長壽命高效工作，而采用自然冷卻方式的逆變器溫升高，元器件壽命降低。優質風扇的壽命為4萬小時左右，智能散熱的逆變器，一般是逆變器功率到30%以上才開始工作，平均每天工作時間約4-5小時，每年約1800小時，使用20年沒有問題。

風扇最常見的故障是風機電源壞，或者有異物進入風扇內部，阻礙了風機轉動。

總結

光伏逆變器做為一個電子產品，使用上有一定的局限性，設計和安裝時要注意。有經驗的EPC安裝商，逆變器故障率要比沒有經驗的安裝商低30%以上，所以經驗很重要。逆變器運輸和安裝時，要輕拿輕放，避免里面的接頭松動。溫度對逆變器主要部件壽命影響較大，逆變器要避免陽光直曬，安裝在通風散熱的地方；組件和逆變器匹配要注意，逆變器不要長時間工作在滿載狀態；逆變器不要安裝在諧波過高的電網環境，這可明顯降低逆變器發生故障的機率，延長其使用壽命。