摘要：本文对某办公楼屋顶搭建的9kW光伏电站5月份气象数据及发电数据进行了采集，并研究了小型家用逆变器的效率与气象环境的关联度，给出二者的联系及影响程度。结合家用逆变器实际运行的结果，为将来大规模分布式电站运用提供准确坚实的参考依据。通过验证和分析，认为外部电源失去后，在小型家用光伏系统中，应以逆变器的保护为主，使用反孤岛设备，并不是最优的选择。
关键词：家用逆变器；分布式光伏；运行
随着国家对分布式新能源发电的大力支持，近年来，太阳能、风能、燃料电池等分布式能源越来越受到重视，特别地随着太阳能光伏发电的发展，并网逆变器得到了大规模的运用。当前，小型的家用光伏电站也开始被人们接受，更多小功率的逆变器进入家庭、企业。相对于传统的大型电站使用的大功率逆变器，小型组串式逆变器的运行情况及实际效率还没有长久运行的经验积累，为此对实际中分布式光伏家用小型并网逆变器运行情况的研究有着重要意义。
1、研究背景
重要研究对象为某公司办公楼屋顶建造的容量为9kW的分布式光伏试验电站。该试验平台在屋顶铺设了36块250W的太阳能光伏发电组件，经逆变器后直接输出3个220V单相的交流电，然后按相别接入至用户侧三相配电箱，实现并网。该光伏试验电站使用的是容量为3kW的某常见型号逆变器，整个光伏系统配备了0.1级的智能仪表测量设备，记录光伏电站的发电量、输出电流、电压等电参量。重点从3个方面研究家用逆变器的运行状况，分别是家用小型逆变器的效率、家用小型逆变器的发电量与环境关联度、家用小型逆变器的保护功能。为考虑环境因素的影响，在光伏项口建设地加装一套小型气象站，采集当地光照辐射量等气象信息。因此该光伏电站有较为全面的运行监测功能，所记录的发电量及气象数据能比较全面地反应苏州地区的情况，为该地区家用并网逆变器的大规模运用打下牢固理论与实践基础。同时，也能为气候光照相近的以苏州为代表的其他江南地区一带的家用逆变器运用运行提供有益参考。
2、逆变器功率输出与环境的关联度研究
分布式光伏作为国家大力发展的新能源，有着清洁、环保、无污染的优势，而制约其发电效果的不可控因素是光照、辐射量等环境因素；人们对于光伏发电的一般认识停留在阳光越好发电量越多、阴雨天无法发电的层面；实际是上到底什么情况，本文将以3kW的单相逆变器作为独立的研究对象，对其进行简要说明。
2.1单日的逆变器功率
研究逆变器单日的功率走向，取5月12日、5月21日及5月30这3个典型气象日的数据作为研究对象。5月12日该地区天气多云转晴，温度17摄氏度到27摄氏度，存在短暂阵雨；5月21日天气晴转多云，气温20摄氏度到30摄氏度；5月30日天气晴转多云，气温23摄氏度到30摄氏度，属于该地区春夏之交较为常见的天气。光伏电站在3天内的功率呈现为曲线模式：光伏电站自早晨5:00以后开始发电，晚上6:30左右结束发电，单日总发电时长约为13h；去除较低功率时段，取逆变器1500W以上为有效发电时间，则单日逆变器的实际发电时长约为8h；取逆变器2000W以上为高效发电时长，则中日逆变器的经济发电时长约为4到5小时。经安装于电站并网端的电度表测算，5月12日、5月21日及5月30日的日发电量分别为49、44及52.8kW·h。另外，当天10:00-14:00输出功率发生了较大波动，显然此时环境温度波动并不大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆可见，环境温度与输出的关系并不明显，或者说这两者之间并没有显著的同向变化关系。
3.2特殊天气对光伏电站的影响
在该地区5月份，影响电站功率输出的主要天气为阴天和雨天。主要选择了5月17日(阴天)、5月10(中雨转阵雨)2个典型气象日，由于阴雨天气的影响，单台3kW的逆变器输出功率保持在200到300W，整个9kW光伏电站的单日发电量为7kW·h(5月17日)及5kW·h(5月l0日)，是晴天发电量的20%，仍有发电量。
3、家用逆变器的保护功能
小型的光伏电站作为家用发电设备，安全性成为用户选择逆变器等关键设备的重要考虑因素曰。就口前市场上所销售的逆变器而言，所有经过国家及其授权专业检测的产品都具有防孤岛保护及零电压穿越的能力。防孤岛保护要求，公共电网中的发电装置，在电网断电的情况下，光伏发电装置应能检测到公共电网的失压状态，会自动切断逆变器的输出，停止向公共电网输送电量。
进而可以看出，当电网出现断电情况，逆变器如若不能及时断开连接，停止发电，则会对电网的用电设备、维修人员造成许多不确定的意外伤害。为了防止这种情况发生，通常小型的逆变器都通过主动扰动法与被动检测法相结合的力一式实现防孤岛保护:当电网端断电时，逆变器的输出端接触器在0.2秒内立即断开，使光伏电站不再输出功率，保持在待机状态，直到电网端恢复正常，逆变器重新接入电网发电。
经功能测试，多次模拟上级电源失电的情况下，本试验电站所使用的3台容量为3kW的逆变器均能自动停止功率输出，符合要求。用户在平时使用时，无需额外加装低压保护设备，当经历停电事故后逆变器亦能自动回复工作状态，继续向电网送电。
当前，市场上有各类反孤岛设备的开发使用，在于在负荷匹配的特设情况下，逆变器的防孤岛保护可能失灵，投入反孤岛设备，避免小型光伏电站非计划孤岛运行，这是主要的目的。通过试验验证，可知在家用光伏电站中，逆变器孤岛运行的概率极低，当前一些反孤岛装置保护动作后，仍然需要借助逆变器的保护功能，实现最后的功率输出闭锁。因此，在家用或小型光伏电站中，没必要增设反孤岛设备；否则在安全性提高较小时，反而增加了一次性经济投入，降低经济性。
结束语：
文中分析了某地区家用小型逆变器在各种天气情况及环境条件的效率及发电量，为小型光伏电站在该地区的规模化运用，提供出扎实的实际数据及严谨的理论分析结果。从数据分析可以看出，实际运用中小型光伏逆变器的转化效率一般在70%到80%之间，很难到达90%以上；逆变器的功率输出与太阳的光照辐射度直接相关，与温度并不完全一致；阴雨天里仍然会有功率输出，并且现场运行的安全性能得到保障，相信分布式发电是一种发电持久和安全高效的清洁能源，具备逐步走进千家万户的条件。
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论文作者:薛海明
论文发表刊物:《科技中国》2017年11期
论文发表时间:2018/5/2
标签：逆变器论文; 光伏论文; 电站论文; 孤岛论文; 分布式论文; 发电量论文; 电网论文; 《科技中国》2017年11期论文;