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 文:江志宏

交流太陽能模組&微逆變器『AC Module & MIC(microinverter)』 

说明:

太阳能电池面板的整体输出功率大幅降低,主要是因为部分模块损坏(冰雹、风压、风振、雪压、雷击)、局部阴影、污垢、倾斜角度、方位、不同的老化程度、细小的裂缝..等问题,这些问题都会造成系统配置失调,导致输出效率下降的瑕疵,这 些都是传统集中式逆变器难以克服的问题。www.kson-cn.com

太阳能发电成本比例:模块(4050%)、施工(2030%)、逆变器(<10%),从成本比重来看,施工成本高达1/3,如果在生产中就直接将逆变器装在模块上,可以大幅降低整体发电成本

    为了克服这样的问题,于2008年发展出微型逆变器(microinverter)应用于太阳能模块,也就是每一个DC直流的太阳能模块都配备一个将直流(DC)直接转换成交流(AC)的小型逆变器, 它可以直接装在模块背后或是固定架上,透过micro inverter的追踪,每个模块都可以操作在95%以上的最高功率点(系统99.5%以上的时间是正常运作),这样的优点就是针对每一个模块的输出功率进行最佳化,使整个太阳能发电系统的输出功率获得最高, 对于设计架构来说,就算是部分模块受到阴影、热班、灰尘覆盖…等情况影响,也能够挽回超过57%损失的发电量,另外其电力传输 值接的是AC电源,不需要复杂与专业的串并联,直接采用 并联输出,还可以降低电源传递间的衰减,最近的研究表示模块装设微逆变器可以提高20%的能量收集,单一模块提供标准交流频率电源,每一个模块设有电弧保护,可以降低电弧发生机率。

    由于每一个模块背后都是小型逆变器,模块不需要再配置另外的通讯线材,可以直接透过交流电源的输出电线,直接进行网络通讯,只需要在插座上装置一个电力线网络桥接器(Powerline Ethernet Bridge),不需另外架设通讯线,使用者可以直接透过计算机网页、iPhone、黑莓机、平板计算机..等,观看到每一个模块的运转状态(功率输出、模块温度、故障讯息、模块识别码) ,如果有异常的话可以马上进行维修或是更换,让整个太阳能发电系统可以运作 顺畅。www.kson-cn.com

交流模块送电架构图-microship

直流模块与交流模块比较:

传统直流模块接线方式- petra solar
(传统模块采用直流串连方式会产生高电压
其电压可能会超过800V,会造成消防人员在救火时的危险性)

交流模块接线方式- petra solar
(
交流模块直接输出是交流电源可直接并联输出交流负载使用)

   

直流模块-有遮蔽的发电状况

交流模块-有遮蔽的发电状况

   

配线杂乱复杂的直流PV模块- NSPECTING
(需专业人士)

配线简单的交流PV模块- GREENRAY
(家庭可自行DIY架设)

交流模块的输出端子:交流输出(AC output)、直流输出(DC output)、控制单元(Control Interface)

交流太阳能模块的英文称呼:www.kson-cn.com
AC solar PV module
ac pv module
AC photovoltaic module
AC Module
PV systems composed of AC modules
AC module-composed
PVAC Module

专有简称:
CVCF
:定电压、定频率
EIA(Energy Information Administration)美国能源情报署
EMC:包括EMI(电磁干扰)EMS(电磁耐受性)两部份
EMI(电磁干扰):机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声
ETL:美国电子测试实验室
MFGR:制造商
HALTHighly Accelerated Life Test,加速寿命测试
HAST(Highly Accelerated Stress Test):加速应力测试
HFRE:高频整流器
HFTR:高频变压器
MEOST[Multiple Environment Over Stress Tests]:多种环境压力测试
MIC(microinverter):微逆变器
Micro-inverters:微型逆变器
MPPT[Maximum Power Point Tracking]:最大功率点追踪
MTBF:平均故障间隔时间
NEC:国家电气规范
PVAC Module:交流太阳能模块
VVVF:改变电压、改变频率

交流模块试验规范:

ETL
认证:UL 1741, CSA Standard 22.2, CSA Standard 22.2 No. 107.1-1, IEEE 1547, IEEE 929
模块(PV Module)
UL1703
通讯:47CFR, Part 15, Class B
电压突波(Surge Rated)IEEE 62.41 Class B
国家电气规范:NEC 1999-2008
电弧保护装置:IEEE 1547
电磁波:BS EN 55022FCC Class B per CISPR 22 BEMC 89/336/EEGEN 50081-1EN 61000-3-2EN 50082-2
EN 60950
微逆变器(Micro-Inverter)UL1741-calss A
典型组件故障率:MIL HB-217F

其它规范:

IEC 503IEC 62380
IEEE1547
IEEE929IEEE-P929IEEE SCC21ANSI/NFPA-70
NEC690.2
NEC690.5NEC690.6NEC690.10NEC690.11NEC690.14NEC690.17NEC690.18NEC690.64 

交流太阳能模块主要规格:
工作温度: -20℃~46℃、-40℃~60℃、-40℃~65℃、-40℃~85℃、-2090
输出电压:120/240V117V
120/208V
输出电源频率:60Hz

交流模块的优点: www.kson-cn.com
1.
尽量提高每一逆变电源模块的发电量,跟踪最大功率,由于对单块组件的最大功率点进行跟踪,可大大提高光伏系统的发电量,可提高25%
2.通过调整每一排太阳能板的电压和电流,直至全部取得平衡,以免系统出现失配。
3.每一模块都具备监控功能,降低系统的维护成本,操作更加稳定可靠。
4.配置灵活,在家用市场可以按照用户财力安装太阳能电池大小
5.无高压电、使用上更安全,安装简单,更快捷,维护安装成本低廉,对安装服务商依赖性减少,使太阳能发电系统可以由用户自己DIY安装。
6.成本与集中式逆变器相比差不多,甚至更低
7.安装简单(安装时间减少了一半)
8.
降低采购与安装成本
9.降低太阳能整体发电成本
10.无特殊接线与安装程序
11.单一交流模块故障不会影响到其它模块或系统
12.模块异常可自动切断电源开关
13.维修时只需要进行简单的中断程序
14.可以在任何方向安装,不会影响在系统的其它模块
15.可以填满整个设置空间,只要放的下都可以
16.减少直流线路与电缆桥接
17.减少直流连接器(DC connectors)
18.
减少直流接地故障检测与设置保护设备
19.减少直流间线盒(DC junction boxes)
20.
减少太阳能模块的旁路二极管
21.不需要购买安装维护大型逆变器
22.不需要购买电池
23.
每一个模块安装防电弧装置,符合UL1741
规范要求
24.模块透过交流电源输出电线直接进行通讯,不需另外架设通讯线
25.减少40%的组件

交流模块测试方法:
1.
输出效能测试:已现有模块测试设备,针对无inverter的模块进行相关测试
2.电应力测试:进行不同条件的温度循环测试,评估在inverter在操作温度与待机温度条件下的特性
3.
机械应力试验:找出黏附较脆弱的微逆变器与焊接在PCB板上不牢靠的电容
4.使用太阳光仿真器进行整体测试:需使用大尺寸且均匀性佳的稳态脉冲式太阳仿真器
5.室外试验:户外环境下纪录模块输出I-V曲线,及inverter的效能转换曲线
6.单独测试:在室内将模块的各个组件分开测试,以公式计算综合效益
7.电磁波干扰试验:由于模块上有inverter组件,需评估在太阳光仿真器照射下,其模块运转时对EMC&EMI的影响。

交流模块常见故障原因:
1.电阻值不正确
2.
二极管装反
3.逆变器故障原因:电解电容失效、湿气、灰尘

交流模块试验条件:

HAST试验
110/85%R.H./206h(Sandia国家实验室)
高温试验(UL1741)
50℃、60
温度循环-40℃←→90/200cycle
湿冷冻
85/85%R.H.←→-40/10cycles110 cycles(Enphase-ALT试验)
湿热试验
85/85%R.H/1000h
多种环境压力测试(MEOST)-50℃~120℃、30G50G振动
防水:
NEMA 6/24小时
雷击测试:
容忍浪涌电压达
6000V
其它(请参考UL1703)喷水试验、拉伸强度试验、防电弧试验

太阳能相关组件MTBF传统逆变器1015years、微逆变器331yearsPV模块600years、微逆变器600years[未来]


微逆变器介绍:www.kson-cn.com
说明:微型逆变器(microinverter)应用于太阳能模块,每一个DC直流的太阳能模块都配备一个,可降低电弧发生机率,微逆变器可以直接透过交流电源的输出电线,直接进行网络通讯,只需要在插座上装置一个电力线网络桥接器(Powerline Ethernet Bridge)
,不需另外架设通讯线,使用者可以透过计算机网页、iPhone、黑莓机、平板计算机..等,直接观看到每一个模块的运转状态(功率输出、模块温度、故障讯息、模块识别码),如果有异常的话可以马上进行维修或是更换,让整个太阳能发电系统可以运作顺畅,由于微逆变器是安装在模块的背后,所以紫外线对于微逆变器的老化影响也较低

微逆变器与传统逆变器输出能源比较:约>7%- enphase

 

 

装置于固定架上的微型逆变器-ieee

装置于模块背后的微型逆变器-ieee

 

 

微逆变器外观-enecsys

微逆变器内部架构与相关零组件-J.S.Shaffer

 

 

微逆变器规范:
UL 1741
CSA 22.2, CSA 22.2, No. 107.1-1
IEEE 1547
IEEE 929
FCC 47CFR, Part 15, Class B
Compliant with the National Electric Code (NEC 1999-2008)
EIA-IS-749(
纠正过的主要应用寿命测试,电容所使用的规范)

微逆变器测试:www.kson-cn.com
1.微逆变器牢靠度测试:微逆变器重量+65*4
2.微逆变器防水测试:NEMA 6[水中1米连续运转24小时]
3.
符合IEC61215的测试方式湿冷冻:85/85%R.H.←→-45/110

4.微逆变器的加速寿命试验测试[110天,需在额定功率下动态测试,已确保微逆变器可耐用20年以上:
步骤一:湿冷冻85/85%R.H.←→-45/10
步骤二:温度循环-45℃←→85/50
步骤三:湿热85/85%R.H./50

 

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