逆变器故障对光伏系统发电量有什么影响

光伏系统原理

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

光伏发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

（1） 光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。

（2） 光—电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。

光伏系统逆变器

光伏系统是由组件、支架、逆变器、电缆、配电柜等设备组成。支架是结构设备，除了风灾破坏外一般不会坏;组件和逆变器是发电设备，但组件功率密度少，如一个10kW电站，使用40块组件，总面积达64平方米，但这些能量都集中到一台面积为0.25平方米的逆变器里，逆变器功率密度高，里面便是高温高压高电流。

另外逆变器需要处理的事情也特别多，除了把直流电变成交流电外，还要承担检测组件和电网状况、系统绝缘、对外通讯等任务，计算量大，容易出错。

光伏逆变器工作原理

光伏逆变器由升压回路和逆变桥式回路构成，升压回路主要用于将直流电压升压至逆变器输出所需直流电压，逆变桥式回路主要用于将升压后的直流电压转换为固定频率的交流电压。因此，经升压回路和逆变桥式回路完成将直流电转换为交流点的功能。

逆变器故障对光伏系统发电量有什么影响

光伏逆变器是由电路板、熔断器、功率开关管、电感、继电器、电容、显示屏、风扇、散热器，结构件等部件组成。每个部件的寿命不一样，逆变器的使用寿命可以用“木桶理论”来解释，木桶的最大容量是由最短的木板决定的，逆变器的使用寿命是由寿命最短的部件决定，逆变器最容易出故障是功率开关管、电容、显示屏、风扇等4个部件。

1、功率开关管

功率开关管是把直流转换为交流的主要器件，是逆变器的心脏。

目前逆变器使用的功率开关管有IGBT、MOSET等，是逆变器最脆弱的一个部件，它有三怕：一怕过压，一个耐压600V的管子，如果两端电压超过600V，不到0.1秒种就会炸掉；二怕过流，一个额定电流为50A的管子，如果通过的电流大于50A，不到0.2秒种就会炸掉；三怕过温，IGBT节温不般有150度或者175度，一般都把它控制在120度以下，散热设计是逆变器最关键技术之一。

功率器件损坏，就意味逆变器需要整机更换。但也不必过份担心，因为逆变器在设计时，这些因素都已考虑周全，在正常情况下，使用寿命到20年没有问题。逆变器在安装时，要考虑给逆变器留有散热通道，另外电网如有过高的谐波和过于频繁的电压突变，也会造成功率器件过压损坏。

2、电解电容

电容是能量存储的部件，也是逆变器必不可少的元器件之一。

电容有电解电容、薄膜电容等，各有特点，都是逆变器所需。影响电解电容寿命的原因有很多，过电压、谐波电流、高温、急速充放电等等，正常使用情况下，最大的影响是温度，因为温度越高电解液的挥发损耗越快。需要注意的是这里的温度不是指环境或表面温度，而是指铝箔工作温度。

厂商通常会将电容寿命和测试温度标注在电容本体，电解液的挥发限制了电解电容的寿命，日本NCC电容是世界上最好的电容之一，它在规格书上标注最长寿命是15年。

3、液晶显示屏

逆变器的液晶显示屏可以显示光伏电站瞬时功率、发电量、输入电压等各种指标。如能显示故障原因，将是个很好用的部件。

多数逆变器都有显示器，但也有没有的。除了上述优点外，液晶显示器有一个致命缺陷——使用寿命短。质量一般的液晶显示器工作3-4万小时，就会严重衰减不能使用。我们按照逆变器工作时间6:00-20:00计算，液晶显示器每天工作14个小时，一年为5000小时。假设液晶显示器寿命为4万小时，那么它的使用寿命为8年。

现在户用逆变器一般保留显示器，电站用的中大功率组串逆变器，无液晶显示屏是趋势。

4、风扇

组串式逆变器散热方式主要有强制风冷和自然冷却两种。

强制风冷就要用到风扇，通过组串式逆变器散热能力对比实验发现，中大功率组串式逆变器，强制风冷的散热效果要优于自然冷却散热方式。采用强制风冷可使逆变器内部电容、IGBT等关键部件温升降低20℃左右，可确保逆变器长寿命高效工作，而采用自然冷却方式的逆变器温升高，元器件寿命降低。优质风扇的寿命为4万小时左右，智能散热的逆变器，一般是逆变器功率到30%以上才开始工作，平均每天工作时间约4-5小时，每年约1800小时，使用20年没有问题。

风扇最常见的故障是风机电源坏，或者有异物进入风扇内部，阻碍了风机转动。

总结

光伏逆变器做为一个电子产品，使用上有一定的局限性，设计和安装时要注意。有经验的EPC安装商，逆变器故障率要比没有经验的安装商低30%以上，所以经验很重要。逆变器运输和安装时，要轻拿轻放，避免里面的接头松动。温度对逆变器主要部件寿命影响较大，逆变器要避免阳光直晒，安装在通风散热的地方；组件和逆变器匹配要注意，逆变器不要长时间工作在满载状态；逆变器不要安装在谐波过高的电网环境，这可明显降低逆变器发生故障的机率，延长其使用寿命。