光伏逆變器是光伏系統非常重要的一個設備，主要作用是把光伏組件發出來的直流電變成交流電，除此之外，逆變器還承擔檢測組件、電網、電纜運行狀態，和外界通信交流，系統安全管家等重要功能。在光伏行業標準NB32004-2013中，逆變器有100多個嚴格的技術參數，每一個參數合格才能拿到證書。國家質檢總局每一年也會抽查，對光伏并網逆變器產品的保護連接、接觸電流、固體絕緣的工頻耐受電壓、額定輸入輸出、轉換效率、諧波和波形畸變、功率因數、直流分量、交流輸出側過/欠壓保護等9個項目進行了檢驗。一款全新的逆變器，從開發到量產，要兩年多時間才能出來，除了過欠電壓保護等功能外，逆變器還有很多鮮為人知的黑科技，如漏電流控制、散熱設計、電磁兼容、諧波抑制，關鍵器件保護，效率控制等等，需要投入大量的人力和物力去研發和測試。

本文主要介紹逆變器如何提升效率

逆變器的效率直接關系到系統的發電量，因此是客戶高度關注的一個重要指標。

2018年1月，工信部發布的《光伏制造行業規范條件》要求：含變壓器型的光伏逆變器中國加權效率不得低于96%，不含變壓器型的光伏逆變器中國加權效率不得低于98%(單相二級拓撲結構的光伏逆變器相關指標分別不低于94.5%和96.8%)，微型逆變器相關指標分別不低于94.3%和95.5%。這個標準不算高，是入門級的，大部分廠家都可以達到。而效率的不斷提升，是逆變器生產廠家一直追求的目標，集中式逆變器的效率，2010年平均約96%，2018年上升到99%，“單相二級拓撲結構的光伏逆變器相關指標分別不低于94.5%和96.8%”，可能是單相含變壓器效率不低于94.5%，不含變壓器效率不低于96%，組串式逆變器大部分是不含變壓器的，單相中國效率可以達到98%。

1、逆變器轉換效率的重要性

提高逆變器的轉換效率有很大的重要性。比如我們提高1%的轉換效率，500KW的逆變器，平均每天算4小時，逆變器每天可以多發出將近20度電，那么一年既可以多發出將近7300度電，十年即可多發出73000度電。這樣就相當于一臺5KW逆變器的發電量。這樣客戶可以節省一臺5KW逆變器的電站。所以為了提高客戶的最大利益，我們需要盡可能的提高逆變器的轉換效率。

2、逆變器效率的影響因素

提高逆變器效率唯一的措施就是降低損耗，逆變器的主要損耗來自于IGBT、MOSFET等功率開關管，以及變壓器、電感等磁性器件。損耗和元器件的電流，電壓以及選用的材料采取的工藝有關系。

 

 

IGBT的損耗主要有導通損耗和開關損耗，其中導通損耗和器件內阻、經過的電流有關，開關損耗和器件的開關頻率，器件承受的直流電壓有關。

電感的損耗主要有銅損和鐵損，銅損指電感線圈電阻所引起的損耗，當電流通過線圈電阻發熱時，一部分電能就轉變為熱能而損耗，由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損，銅損可以通過測量變壓器短路阻抗來計算。鐵損包括兩個方面：一是磁滯損耗，另一是渦流損耗，鐵損可以通過測量變壓器空載電流來計算。

3、如何提升逆變器效率

目前有三種技術路線：一是采用空間矢量脈寬調制等控制方式，降低損耗，二是采用碳化硅材料的元器件，降低功率器件的內阻，三是采用三電平，五電平等多電平電氣拓撲以及軟開關技術，降低功率器件兩端的電壓，降低功率器件的開關頻率。

電壓空間矢量脈寬調制(SVPWM)

是一種全數字控制方式，具有直流電壓利用率高，易于控制等的優點，被廣泛應用逆變器中。直流電壓利用率高，可以在相同大小的輸出電壓下，采用更低的直流母線電壓，從而降低了功率開關器件的電壓應力，器件上的開關損耗更小，逆變器的變換效率得到了一定的提升。在空間矢量合成中，有多種矢量序列組合方法，通過不同的組合和排序，可以獲得減小功率器件開關次數的效果，從而能夠進一步減小逆變器功率器件的開關損耗。

采用碳化硅材料的元器件

碳化硅器件的單位面積的阻抗僅為硅器件的百分之一。利用碳化硅材料制作的IGBT(絕緣柵雙極晶體管)等功率器件，其通態阻抗減為通常硅器件的十分之一，碳化硅技術可以有效減小二極管反向恢復電流，從而能降低功率器件上的開關損耗，主開關所需的電流容量也能相應減小。因此，將碳化硅二極管作為主開關的反并二極管，是改善逆變器效率的途徑。

與傳統快恢復硅反并聯二極管相比，采用碳化硅反并聯二極管后，二極管反向恢復電流顯著減小，并可以改善1%的總變換效率。采用快速IGBT后，由于開關速度加快，并能改善2%整機變換效率。當把SiC反并二極管與快速IGBT相結合后，逆變器的效率將進一步改善。

軟開關與多電平技術

軟開關技術利用諧振原理，使開關器件中的電流或者電壓按正弦或者準正弦規律變化，當電流自然過零時，關斷器件;當電壓自然過零時，開通器件。從而減少了開關損耗，同時極大地解決了感性關斷，容性開通等問題。當開關管兩端的電壓或流過開關管的電流為零時才導通或者關斷，這樣開關管不會存在開關損耗。

三電平逆變器拓撲主要應用在于高壓大功率場合。與傳統兩電平結構相比，三電平逆變器輸出增加了零電平，功率器件的電壓應力減半。因為這個優點，在相同的開關頻率下，三電平逆變器可以比兩電平結構采用更小的輸出濾波電感，電感損耗、成本和體積都能有效減小;而在相同的輸出諧波含量下，三電平逆變器可以比兩電平結構采用更低的開關頻率，器件開關損耗更小，逆變器的變換效率得到提高。

總結：

光伏行業不能一味依賴政府補貼，要實現平價上網才有可能發展。要實現這個目標，一是要降低成本，二是要提高發電量收益。當前光伏行業各個產業鏈，包括組件和逆變器廠家都在不遺余力地努力。為了提高收益，從系統層面看，需要優化系統設計，從設備層面看需要提高各部件的效率。光伏組件效率提升0.1%的背后是無數汗水和無數的創新，同樣的道理也適用于逆變器。逆變器效率每提高0.1個百分點，背后都隱含著研發人員大量努力的工作。