[科普中國]-光伏逆變器

光伏逆變器（PV inverter或solar inverter）可以將光伏（PV）太陽能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電（AC）的逆變器，可以反饋回商用輸電系統(tǒng)，或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。光伏逆變器是光伏陣列系統(tǒng)中重要的系統(tǒng)平衡（BOS）之一，可以配合一般交流供電的設(shè)備使用。太陽能逆變器有配合光伏陣列的特殊功能，例如最大功率點(diǎn)追蹤及孤島效應(yīng)保護(hù)的機(jī)能。

簡介光伏逆變器（PV inverter或solar inverter）可以將光伏（PV）太陽能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電（AC）的逆變器，可以反饋回商用輸電系統(tǒng)，或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。光伏逆變器是光伏陣列系統(tǒng)中重要的系統(tǒng)平衡（BOS）之一，可以配合一般交流供電的設(shè)備使用。太陽能逆變器有配合光伏陣列的特殊功能，例如最大功率點(diǎn)追蹤及孤島效應(yīng)保護(hù)的機(jī)能。1

分類太陽能逆變器可以分為以下三類：

獨(dú)立逆變器（Stand-alone inverters）：用在獨(dú)立系統(tǒng)，光伏陣列為電池充電，逆變器以電池的直流電壓為能量來源。許多獨(dú)立逆變器也整合了電池充電器，可以用交流電源為電池充電。一般這種逆變器不會接觸到電網(wǎng)，因此也不需要孤島效應(yīng)保護(hù)機(jī)能。

并網(wǎng)逆變器（Grid-tie inverters）：逆變器的輸出電壓可以回送到商用交流電源，因此輸出弦波需要和電源的相位、頻率及電壓相同。并網(wǎng)逆變器會有安全設(shè)計(jì)，若未連接到電源，會自動關(guān)閉輸出。若電網(wǎng)電源跳電，并網(wǎng)逆變器沒有備存供電的機(jī)能。

備用電池逆變器（Battery backup inverters）是一種特殊的逆變器，由電池作為其電源，配合其中的電池充電器為電池充電，若有過多的電力，會回灌到交流電源端。這種逆變器在電網(wǎng)電源跳電時，可以提供交流電源給指定的負(fù)載，因此需要有孤島效應(yīng)保護(hù)機(jī)能。1

最大功率點(diǎn)追蹤主條目：最大功率點(diǎn)追蹤

光伏逆變器會用最大功率點(diǎn)追蹤（MPPT）的技術(shù)來從太陽能板抽取最大可能的功率。太陽能電池的太陽輻照度、溫度及總電阻之間有復(fù)雜的關(guān)系，因此輸出效率會有非線性的變化，稱為電流-電壓曲線（I-V curve）。最大功率點(diǎn)追蹤的目的就是在各環(huán)境下，針對太陽能模組的輸出取様，產(chǎn)生一個（太陽能模組的）負(fù)載電阻來獲得最大的功率。

太陽能電池的形狀因子（Fill factor，簡稱FF）配合其開路電壓（Voc）及短路電流（Isc）會決定太陽能電池的最大功率。形狀因子定義為太陽能電池的最大功率除以Voc和Isc乘積后的比值。

最大功率點(diǎn)追蹤有三種不同的算法：擾動觀察法（perturb-and-observe）、增量電導(dǎo)法（incremental conductance）及定電壓法（constant voltage），前兩種常會稱為“爬山法”，這些方法是依照電壓對功率的曲線，若落在最大功率點(diǎn)的左邊則提高電壓，若落在最大功率點(diǎn)的右邊則降低電壓。1

微式光伏逆變器微式光伏逆變器是只配合單一太陽能模組運(yùn)作的光伏逆變器，將太陽能模組的直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源。其設(shè)計(jì)允許以模組的方式由多臺微式光伏逆變器獨(dú)立并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)。

微式光伏逆變器的優(yōu)點(diǎn)包括可以針對單一太陽能模組進(jìn)行功率最佳化，各個模組可以獨(dú)立運(yùn)作，即即用的安裝方式，安裝方式及防火安全上的提升，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本最低，以及在庫存上也可以降到最低。

2011年美國阿巴拉契亞州立大學(xué)的研究指出，在使用相同太陽能面板的情形下，在未屏蔽的條件下個別的逆變器會比只用一臺逆變器的串接型設(shè)備會多產(chǎn)生20%的電能，在有屏蔽的條件下，會多產(chǎn)生27%的電能。1

并網(wǎng)逆變器參見：并網(wǎng)逆變器

太陽能并網(wǎng)逆變器是將電能反饋到電網(wǎng)，若電網(wǎng)斷電時，需快速的切斷供電給電網(wǎng)的線路，這是美國國家電氣規(guī)范（NEC）的要求，以確保在斷電時，并網(wǎng)逆變器也會關(guān)閉，避免傷害維修電網(wǎng)的人員。

目前市面上的并網(wǎng)逆變器有使用許多不同的技術(shù)，包括使用較新的高頻變壓器、傳統(tǒng)的工頻變壓器，或是無變壓器的架構(gòu)。高頻變壓器不是直接提供120 V或240 V的AC電源，而是有電腦控制的多步程序，讓電源轉(zhuǎn)換為高頻的交流電，再轉(zhuǎn)換為直流電，最后再轉(zhuǎn)換為電源需要的電壓及頻率。

以往對于無變壓器，又要供電到電網(wǎng)的系統(tǒng)會有一些疑慮，主要是因?yàn)樵谥绷麟娐泛徒涣麟娐分g沒有電隔離（galvanic isolation），若直流端故障，會有大電流流到交流端。不過自2005年起，美國消防協(xié)會（NFPA）的國家電氣規(guī)范允許無變壓器的逆變器。VDE 0126-1-1及IEC 6210也已允許及定義這類系統(tǒng)需要的安全機(jī)制。首先，需要有殘留電流或是接地電路以檢測異常短路的情形，并且也要進(jìn)行絕緣測試以確認(rèn)直流電路與交流電路之間的分離。

許多太陽能逆變器都是設(shè)計(jì)連接到電網(wǎng)，若沒有偵測到電網(wǎng)，逆變器不會運(yùn)作。這類逆變器也有特殊的電路，精確的使輸出電壓的大小、頻率及相位都和電源搭配。1

太陽能充電控制器充電控制器可以用來搭配太陽能板以及用直流電的設(shè)備。充電控制器可以提供穩(wěn)定的直流電源輸出，并將多余的能量儲存在電池中，并且監(jiān)控電池的電量以避免過度充電或是過度放電。若一些較貴的模組還可以支援MPPT。逆變器可以接到太陽能充電控制器的輸出，再由逆變器推動交流的負(fù)載。1

太陽能泵變頻器主條目：太陽能泵

太陽能泵變頻器可以將太陽能模組產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電去驅(qū)動沈水泵，不需要電池或是其他的能量儲存設(shè)備。配合MPPT（最大功率點(diǎn)追蹤），太陽能泵變頻器可以調(diào)節(jié)輸出頻率以控制泵的轉(zhuǎn)速，避免驅(qū)動泵的馬達(dá)損壞。

太陽能泵變頻器一般會有數(shù)個接口，可以允許太陽能模組陣列提供直流電流，會有一個接口輸出交流電壓，也可能會有接水位感測器輸入的接口。1

市場2014年時，最先進(jìn)的光伏逆變器轉(zhuǎn)換效率可以到98%，其中串接型逆變器（string inverter）會用到住家或是中型的光伏系統(tǒng)，而中央型的逆變器會用到大型的商用系統(tǒng)甚至電網(wǎng)等級的市場。中央型逆變器及串接型逆變器的市占率分別為50%及48%，微型逆變器的市占率只有不到2%。1

相關(guān)條目逆變器

離網(wǎng)

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黎明 - 副教授 - 西南大學(xué)