1.3 逆变器技术
逆变器技术也是的主要组成部分。对逆变器的主要要求有以下三点。
(1)可靠,能满足使用条件要求国大多数独立型太阳能发电设备用于边远地区和海岛,要求逆变器能承受恶劣的使用条件,能保证在少维护条件下长期工作。大多数并网型太阳能发电设备用于家庭,要求逆变器的电磁干扰少,不影响人的生活环境,也不妨碍其他家用电器工作。
(2)效率高国由于现在常用的太阳电池矩阵的光电转换效率小于15%,如果逆变器效率低,将太阳电池好不容易转换来的电能损耗掉,十分可惜。这样势必要增加矩阵中太阳电池组件的数量,增大矩阵所占的面积,从而大大增加太阳能发电设备的投资和土建费用。所以,要求逆变器效率要大于90%。
(3)波形畸变小,功率因数高国并网型太阳能发电设备要并网,逆变器输出波形必须与外电网一致,波形畸变小于5%,高次谐波含量小于3% ,功率因数接近于1。独立型太阳能发电设备中的逆变器波形畸变可以大一些,小于10%。
太阳能发电用逆变器分为以下几种形式。
(1)工频变压器绝缘方式国用于独立型太阳能发电设备,可靠性高,维护量少,开关频率低,电磁干扰小。
(2)高频变压器绝缘方式国用于并网型太阳能发电设备,体积小,重量轻,成本低。要经两级变换,效率问题比较突出,采取措施后,仍可达到90%以上,高频电磁干扰严重,要采用滤波和屏蔽措施。
(3)无变压器非绝缘方式国本来希望进一步降低成本,从两级变换变为单级变换,提高效率,使它成为并网型太阳能发电设备中更理想的逆变器,但是使用中出现一系列问题。无变压器非绝缘方式逆变器不能使输入的太阳电池与输出电网绝缘隔离,输入的太阳电池矩阵正、负极都不能直接接地。太阳电池矩阵面积大,对地有很大的等效电容存在,将在工作中产生等效电容充放电电流。其中低频部分,有可能使供电电路的漏电保护开关误动作。其中高频部分,将通过配电线对其他用电设备造成电磁干扰,而影响其他用电设备工作。这样,必须加滤波和保护,达不到降低成本的预期效果。
(4)正激变压器绝缘方式国是在无变压器非绝缘方式使用效果不佳之后开发出来的,既保留了无变压器非绝缘方式单级变换的主要优点,又消除无绝缘隔离的主要缺点,是到目前为止并网型太阳能发电设备比较理想的逆变器。
我国从上世纪80 年代起开始对太阳能发电设备用逆变器进行研究开发,现在已有专门的单位研究开发和生产。由于我国并网型太阳能发电设备还未形成规模生产,如何正确选定并网型太阳能发电设备用逆变器,将是近期必须面对的一个重要课题。最近报道,国内有人开发出“零功耗光伏并网逆变器”。在这里对此发表一点不同的意见,供研究开发者参考。“零功耗”,或者“无功耗”,虽然据研究开发者说,实际上有功耗只不过功耗小到接近于零,是略有夸张之意的一种说法。但是,有与无,大与小,零与微小是两种不同概念。绝不能把“小”说成“无”,把“微小”说成“零”。这样,“零功耗”,效率将达到100%,是不是开发出一种新的“永动机”了吗?有时,真理和谬误只相差一步,迈过这一步,就会闹出大笑话!作为科技工作者,要使用严谨的科学用词,不能使用广告式的语言,希望与有关的朋友共勉吧。
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材料是决定技术产业发展的大问题。和研究开发阶段不同,在规模生产阶段,开发出来的产品,需要有足够的原材料才能批量生产。如果没有可靠稳定的材料来源,技术产业的发展很可能停滞,甚至夭折,这方面的经验教训相当不少,值得注意。 我国现在生产的太阳电池所用的,90%以上采用提炼的纯净硅(包括单晶硅和多晶硅)。据资料报导,2005 年我国太阳电池需用多晶硅2 691 吨,其中无锡尚德太阳能电力有限公司和保定英利新能源有限公司两家生产太阳电池的大企业就需用多晶硅1000吨左右。国内目前只有峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅有限公司生产多晶硅,2004年产量为60 吨。90%以上的多晶硅只能从国外进口。但是,在我国多晶硅供需严重失衡的情况下,国外多晶硅主要生产企业结成企业联盟,严格控制技术转让并垄断全球多晶硅材料,抬高多晶硅价格,从13 美元/kg上涨到2005 年的80 美元/kg。更有,由于我国出口的太阳电池组件价格低于某些多晶硅供应国生产出口的太阳电池组件价格,他们对我国采取限购甚至禁购多晶硅材料的办法,以维护自身的市场。使我国某些太阳电池生产企业,即使出高价也购买不到足够的多晶硅材料,形成非常尴尬的局面。太阳电池90%以上的多晶硅材料依赖进口,已经成为制约我国产业的瓶颈。