摘要：本文系統地分析和介紹了戶用型光伏并網逆變器在技術發展上呈現出的新特點以及未來發展的方向，針對光伏逆變器企業如何應對技術挑戰和需求的更高要求提出了一些應對的策略和建議，最后簡要介紹了北京昆蘭新能源技術有限公司戶用型逆變器技術特點及產品情況。

　　光伏并網逆變器按照應用場合的不同通常分為戶用型，商用型和電站型等幾大類。其中戶用型和商用型通常是用于光伏建筑BIPV， BAPV或者屋頂電站等光伏系統中，具有相近的使用場景和共通的技術特點，因此通常歸為一類，稱為戶用型或組串型并網逆變器，以區別于大型電站型或者集中型逆變器。戶用型光伏并網逆變器輸出的功率等級范圍通常為1kw~30kw或者幾十千瓦以下，這類的逆變器通常要滿足以下幾個要求：

　　● 單相或三相低/中壓并網

　　● 無變壓器設計，大于96%的轉換效率

　　● 壁掛式安裝，IP65防護等級，滿足戶外使用條件

　　● 整機輕便，顯示界面友好，造型美觀等

　　以上這些基本要求實際上滿足了最終用戶、系統集成商、安裝商等各方面需求主體要求光伏系統或者光伏變器能夠產生更多的電力，能夠安全可靠的并網運行，方便安裝、維護、系統的監控和電費的計量等多方面的訴求。圖1為戶用型系統的應用場景

　　圖1 住宅型光伏系統應用場景

　　在光伏市場的發展中，最早開始的是國外的戶用型系統。在歐洲，澳大利亞等光伏市場發展較早和較快的國家，政府較早的出臺了相應的補貼政策，相關的機構出臺了并網技術規范和標準，在這些政策和標準的鼓勵推動下，這些國家的戶用型光伏市場啟動和發展的很快。光伏逆變器受到來自兩方面的需求和約束，一方面是來自用戶，無論是直接用戶還是間接用戶對逆變器廠商提出的產品功能和性能的需求，另一方面并網逆變器要應對入網國家的相關技術標準和規范，滿足產品認證的要求，以適應并網區域或者國家的電網要求。光伏市場在這些國家發展的速度很快，因此來自以上兩個方面的要求變化也很快，推動了逆變器技術、產品的創新以及更新換代。本文將全面總結和分析最近出現的針對戶用型并網逆變器在技術、產品功能等方面出現的一些新的特點和要求

　　● 能夠接收來自電網的指令，進行并網電氣參數的調整

　　在2012年德國最新頒布的逆變器并入低壓電網的《VDE-AR-N 4105》標準中，有兩個重要的技術要求，第一是明確要求由電網管理者降低有功，其要點如下：

　　◆ 出于安全考慮：電網過載。

　　◆電網管理者能過遠程降低有功功率。

　　◆逆變器需在技術能以小于10%Pn的步長降有功。

　　◆ 通常的功率降低水平是100%，，60%，，30%，0%

　　◆響應時間1分鐘以內。

　　另一項是關于無功功率控制的新要求，具體要求如下：

　　◆ 系統最大總視在功率ΣSmax≤3.68KVA，不需無功可調，功率因數范圍是±0.95。

　　◆系統最大總視在功率3.68KVA《 ΣSmax ≤13.8KVA，在±0.95范圍內按電網管理者提供特征曲線運行。

　　◆ 系統最大總視在功率13.8KVA《 ΣSmax ，在±0.90范圍內按電網管理者提供特征曲線運行。

　　以上描述的VDE4105標準明確要求對無功，有功功率進行調節和控制，同時提出了調節的方式，這些對逆變器廠商，系統提供商和其它的配套產品提供商都提出了新的要求，特別是逆變器。為了滿足新的標準，低壓并網型逆變器必須在技術上做升級，這些升級包含幾個方面的具體細節，第一是在控制上增加輸出功率額度可調的功能，第二是功率因數cosθ能夠在一定范圍內可調，即增加無功可調功能，通常為了實現cosθ在±0.9范圍內可調付出的代價并不大。第三為了滿足逆變器能夠接受電網指令來完成以上要求的參數調整，逆變器必須在通信上能夠提供接受電網指令的接口，通信協議能夠兼容一些配套的監控設備，當然逆變器廠商并不一定提供此類產品。因此在VDE4105標準出臺以后，立刻對國內外的小功率逆變器廠商制造了一個新的技術門檻，不能滿足新標準，意味著此類產品將不能再德國售賣，同時歐洲的其它國家也會參照德國的新標準制定本國的標準，在這些技術點上將出臺類似的要求，很快這些標準將在整個歐洲國家內，甚至于在全球推廣開來。

　　作為國內的逆變器廠商，其戶用型產品的市場一直在國外，因此包括VDE4105標準等新頒布的并網技術標準對這些企業提出了新的挑戰，目前國內有些企業，包括北京昆蘭在內都已經通過了該項認證，但也有很多的企業持觀望態度，并沒有提供類似功能，或者沒有做此類認證。從短期利益考慮，目前在歐洲的許多國家以及其他的國家并沒有明確提出類似VDE4105標準的技術要求，因此抱著觀望態度的這些企業在當前利益沒有收到影響或者影響很小的驅動下，并沒有認真考慮這些技術要求。但是從未來的發展趨勢分析，德國作為光伏技術，標準和市場發展最為先進的國家，往往起到風向標的作用，它的政策，標準的影響力很大，其它歐洲國家及歐洲以外的國家都有效仿和跟隨的態勢，一旦該標準大面積推廣，那些不能滿足該標準新要求的企業勢必遭受到挫折和損失。另一方面德國出臺新的標準從技術上而言是對分布式發電的一項約束和貢獻的要求，約束體現在電網管理者會更具電網的承受能力，局部電網的穩定性考慮等原因要求分布式發電裝置降低發電功率，動態的調整輸出功率，貢獻體現在逆變器除了輸出有功功率外，也可以向電網輸出無功功率，并且輸出的額度，輸出容型有功還是感性無功是可以調節的，該點要求完全是基于現代電力電子技術能夠做到無功補償這一事實而提出的，在較早的電力電子技術中，不可控和半可控器件以及落后的控制技術等方面制約了類似的要求被實現出來。國內的逆變器廠商也應該充分的認識到新標準要求后面的深刻技術背景，分布式發電要作為電網的一個補充，首先要做到安全，可靠，受控，清潔（電網的清潔指的是諧波含量盡可能小），因此接受來自電網的指令，完成相應的參數調整是完全必要而且是必須的，微電源的優勢之一恰恰就在于雙向可控。

　　●多路MPPT追蹤，提高系統發電效率

　　在光伏逆變器的第一個技術競爭大潮中，追求單機轉換效率，MPPT追蹤效率成為了大家競相比拼的技術點，擁有更高轉換效率的逆變器無疑能夠贏得在這類競爭。當前一方面組串型逆變器還在技術朝著提高單機整體效率，單路MPPT效率等方面發展，另一方面的事實也必須引起我們的關注，即在電力電子器件，新型成熟的拓撲結構在較長的時間內沒有重大突破的現實下，提高效率的空間已經不大，國內的小功率逆變器廠商的產品和國外的主流逆變器廠商產品在效率參數上已經看齊，在某些機型上甚至超過了國外產品。但組串型，無變壓器設計的逆變器的整機效率已經達到了98%以上，逆變器廠商開始了在“小數點”上的掙扎，單機效率的提升已經到了一個飽和線，進一步提升的空間已經不大，但帶來的代價也許很大。舉例而言，多電平技術能夠提升一定的系統效率，但代價是單管使用量加大，三相三電平如果采用傳統的二電平全橋，使用6個IGBT，如果改到三電平拓撲，則要在逆變部分增加到12個IGBT，增加器件意味著增加了整機的成本，但能夠提升的效率空間在個位數以下，這些性能的提高往往并不能被客戶所埋單，客戶更加青睞性價比綜合較優的機器選擇，而不會單純的追求單機效率。

　　事實上，要使太陽能逆變器的效率提高 1%非常困難，然而由于系統設計不當，而導致發電效果降低10%的情況，卻并不少見，有些甚至可能導致系統無法長期正常運行。從這個事實出發，對逆變器設計提出了新的要求，即滿足更加靈活的系統配置。在單路MPPT追蹤的情況下，所有的PV組件串接起來，接入逆變器，如果組串中有PV組件失效情況發生，則該路的整體MPPT效率會受到影響，從而有可能使得系統的效率大大下降，無論逆變器有多高的轉換效率和追蹤效率，都無法發揮作用。為了減少這種失效帶來的系統效率降低的風險，戶用型小功率逆變器出現了多路獨立MPPT追蹤的技術趨勢，多路MPPT能夠減小單路MPPT失效帶來的損失，給系統的配置帶來了更大的靈活性。圖2為一種2路MPPT獨立追蹤的三相三電平并網逆變器電路拓撲圖

　　圖2 一種兩路獨立MPPT逆變拓撲電路

　　由于采用了新型的拓撲設計，提供了多路的MPPT追蹤通道，單通道的效率依然可以做到很高，但同時給用戶提供了更加靈活的系統配置以及降低了潛在的系統效率損失的風險，毫無疑問多路MPPT追蹤是受用戶歡迎的一個新功能。

　　●多重通信解決方案，滿足靈活的監控需求

　　戶用型逆變器安裝，使用的場合較為復雜，可以適用于住宅，倉庫，公用建筑，辦公樓宇，車棚等環境，這也對逆變器的監控提出了更加靈活多變的需求。以前的逆變器設計中，通信多采用有線，如基于RS485的通信接口，客戶免不了要在安裝時進行布線，同時客戶端監控的手段多為基于PC機的應用軟件，可以實現一對多的監控。現在這一模式受到了很大的挑戰，客戶不在滿足于有線的方式，而是更多的要求逆變器能夠提供無線的監控方案，這一變化一方面要求逆變器本身能夠兼容無線通信協議和接口，另一方面能夠提供整體的監控方案，特別是客戶端的無線監控方案。對于逆變器的設計而言，突破了傳統工業系統通信接口和系統監控方案設計的技術路線將對許多從傳統電力行業轉型過來的逆變器企業構成了挑戰。新型的通信和監控方案更多的是基于IT通信領域的技術開發，和傳統的電氣技術開發截然不同，并且這類產品和解決方案有一定的獨立性，可以單獨進行產品銷售。因此對于逆變器廠商完全可以同專門進行監控產品開發的廠商合作，并提供整體解決方案給客戶，逆變器廠商只要開放其部分協議給監控廠商，這種合作模式在目前的逆變器行業中是較為普遍的一種。

　　監控產品并不只限于對逆變器等光伏系統產品的監控，前面分析提到，逆變器同樣要接收來自電網的指令并完成一些電氣的控制動作，也就是說監控系統和逆變器的通信是雙向的，并且下行指令（監控系統到逆變器）具有一定的實時性要求。因此監控類產品逐漸的具有更強的專業性，提供此類產品的公司應當更加廣泛而深入的了解新的技術標準，更加緊密的和逆變器等下游產品合作，不斷完善產品和解決方案。圖3為KLNE提供的戶用系統監控方案。

　　圖3 戶用系統監控方案

　　●更加的注重外觀、結構的設計

　　在最近的幾場光伏展會上，越來越少有全新的產品推出來，各逆變器廠商在產品功能，性能等關鍵因素上趨于相同，競爭的差異化不在于核心技術，而是轉向了產品外觀設計、顯示面板、機構設計等非核心技術的差異化。

　　圖4 新型戶用型逆變器外觀設計

　　戶用型逆變器的終端用戶是個人，家庭，因此逆變器的外觀設計向著家用電器類的產品設計靠攏，美觀，體積小巧，安裝方便，整機重量輕巧，做工細膩，顯示面板圖形化，直觀。這些特征恰恰符合了人們對一個進入家庭的日用產品的需求，很多情況下，家用型逆變器是放置在室內使用的，因此產品本身應該滿足噪音低，美觀，體積小，顯示界面直觀，美觀，重量小的特點，對于逆變器廠商而言，應該充分的研究目標市場用戶對這類電氣產品在外觀，審美，安裝等方面的需求，滿足客戶的差異化需求，使得逆變器產品除了具備安全性，高效率等條件外，也能夠符合用戶對外觀，界面顯示，安裝等方面的需求，以更好的滿足客戶需求，促進市場發展和產品更新換代。

　　國內逆變器廠商在產品的性能方面已經和國外的同行站到了同一起跑線上，但在產品的穩定性，特別是產品的外觀設計方面還整體落后于國外產品，產品外觀設計缺乏創意，外觀較為古板，顯示面板簡單樸素，顏色材質也很單一，這樣在和國外同類產品在同一市場競爭缺乏優勢。造成這一結果的原因是多方面，既有主觀的，也有客觀的原因，主觀的原因在于國內的逆變器產品是跟在國外逆變器產品后面發展起來的，開始是在產品的穩定性，性能方面投入了大量的盡力和關注度，并沒有非常的重視非核心技術方面的產品特征，另一方面的客觀原因是產品設計并不是很了解國外客戶對產品外觀等方面的需求，同時也缺乏這方面的研發人才，這并不是逆變器產品的個例，實際上國內很多產品在外觀，客戶體驗方面都和國外產品有很大差距，因此這也是造成這一結果的一個原因。在當前戶用型變器產品在國際市場競爭日益激烈的情況下，特別是產品的功能，性能等方面趨同的情況下，國內逆變器產品應該更加的重視產品的外觀設計，培養和引進產品外觀，結構設計方面的專業人才，深入研究和了解國外用戶的需求，借鑒國外同行產品在這方面的經驗，大力縮小這一差距。

　　以上總結了戶用型逆變器出現的一些新的技術特點，毫無疑問，市場當前和未來不僅僅追求一個高效率的發電裝置，來自各方面的技術約束條件和需求使得這類逆變器要更要著重整機的外觀設計，體積重量將進一步減小，功率密度增大，具有高級顯示面板和圖形化的顯示界面，具備進行無線通信的接口，具有多路MPPT追蹤以及更寬的MPPT電壓范圍，能夠接受電網側的調節指令進行無功，有功功率等實時調節，低電壓穿越的功能（德國BDEW技術標準要求）。國內的逆變器產品在國外銷售具有很強的價格優勢，但一位的追求低價并不是一個企業長遠發展的策略，也不利于國內光伏逆變器企業在國外整體的競爭，一味的低價勢必導致類似于電池組件遭遇的“雙反”懲罰，給整個行業的發展帶來危機。因此國內的逆變器企業應該做好產品的細節，主動適應最新的技術要求和規范，在提升產品的綜合競爭力上下功夫。

　　北京昆蘭新能源技術有限公司是一家國際化的光伏逆變器企業，掌握有光伏并網逆變器的核心技術，在戶用型并網逆變器技術，市場方面一直處于國內的領先地位。逆變器品牌KLNE Sunteams系列，Solatec系列逆變器先后榮獲Photon實驗室A級能效評測結果，整機性能優異。新推出的Sunteams 10-15Kw系列中功率逆變器已經通過了VDE4105標準認證，具備多路MPPT追蹤，圖形化的顯示界面方便直觀客戶查看關鍵運行數據。基于先進數字化技術平臺推出的SolartecD系列戶用型逆變器具有2路獨立MPPT追蹤，滿足VDE4105標準，圖形化顯示界面，支持藍牙通信，提供手機監控方案和各種無線監控方案，產品的外觀設計新穎，美觀，是昆蘭基于對市場，技術，客戶需求良好把握的前提下推出的重量級產品。北京昆蘭將繼續在保證產品質量，保持技術先進性的前提下，提供給客戶優質性價比的產品，走長遠，穩健的發展道路。

　　圖5 KLNE Solartec家用型并網逆變器