并网逆变器
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并网逆变器（grid-tie inverter，简称GTI）是一种特殊的逆变器，除了可以将直流电转换给交流电外，其输出的交流电可以和和市电的频率及相位同步，因此输出的交流电可以回到市电。并网逆变器常用在一些直流电压源（如太阳能板或是小型风力发电机）和电网连接的应用中[1]。
在许多国家，有并网电力系统的住家或是公司，可以将其产生的电力再卖给电力公司。输送回电网的电力有几种不同的补贴方式。净计量电价是指有可再生能源设备的住家或公司，依其送回电网的净能量来领取补贴，例如某一个月，一个住家送回电网的电力为500千瓦-小时，而从电网用的电力为100千瓦-小时，则依400千瓦-小时来领取补贴。在美国，净能量的政策会依司法管辖区不同而不同。另一种政策是上网电价补贴政策，产生每一千瓦-小时的电依照和输电公司所订契约中列的补贴方式来进行补贴。
在美国，并网能源系统是在国家电气规范（NEC）管理范围以内，因此会对并网逆变器有一些强制性的要求。
典型的运作方式
[编辑]逆变器会将直流电源转换为交流电源，以便送回电网。并网逆变器的输出电压的频率需和电网频率（50或60 Hz）相同，一般会用机器中的振荡器达成，并且也会限制输出电压不超过电网电压。现代高品质的并网逆变器，其输出的功率因素可以为1，表示其输出的电压及电流相位是相同旳，和电网电压之间的相位差在1度以内。逆变器中有微处理器可以感测电网的交流波形，并且依此波形来产生电压送回电网。不过送回电网的电需有一定比例的无功功率，使附近电网的电力在允许的限制范围内，否则，若某一区域电网的再生能源比例较高，在高电能产出的时候（例如中午）其电压可能会上升的太高。
若电网的电力断电时，并网逆变器需要快速的和电网离线。这是美国国家电气规范（NEC）的规定[2]，以确保在电网断电时，并网逆变器也不会提供电力给电网，此时维修电网的工人才不会因此而触电。
若适当的配置，并网逆变器可以让一个家庭可以使用其自行发电的替代能源（例如太阳能或是风力发电），而不需要繁杂的配线，也不需要电池。若是替代能源不足，不足的部分仍然会用电网的电来提供。
技术
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并网逆变器架构有使用较新的高频变压器、传统的工频变压器，或是无变压器的逆变器架构。高频变压器不是直接提供120 V或240 V的AC电源，而是有电脑控制的多步程式，让电源转换为高频的交流电，再转换为直流电，最后再转换为电源需要的电压及频率[3]。无变压器的逆变器比有变压器的逆变器要轻，其效率也较好，在欧洲很流行。不过因为直流电路和交流电路之间没有的电隔离，担心有故障时，直流端的短路电流会直接跳入市电电路，因此较晚才进入美国市场[4]。不过从2005年起，美国消防协会（NFPA）的国家电气规范已取消了所有太阳能系统都需要负端接地的规定，并加上新的安全要求，因此允许无变压器（或是无电隔离）的逆变器进入美国市场。VDE 0126-1-1及IEC 6210也已允许及定义这类系统需要的安全机制。首先，需要有残留电流或是接地电路以检测异常短路的情形，并且也要进行绝缘测试以确认直流电路与交流电路之间的分离。
特性
[编辑]逆变器会针对其产品线印制资料表。各厂家资料表中的用词及内容可能会有所不同，但一般会包括以下内容：
- 额定输出功率（Rated output power）：单位可以是瓦特或是千瓦。有些逆变器可能会针对不同的输出电压有不同的额定输出功率。例如逆变器可以设定在240 VAC或208 VAC输出，两者的额定输出功率就会不同。
- 输出电压（Output voltage）：是指逆变器可以连接的电网电压。若是小型的家用并网逆变器，其输出电压多半会是240 VAC。若是商用的逆变器，其电压会是208, 240, 277, 400, 480 或600 VAC，而且可能会是三相输出。
- 峰值效率（Peak efficiency）：峰值效率是指逆变器可以输出的最佳效率（效率是以其输出交流电功率除以逆变器输入的直流电功率）。在2009年7月时，大部分市面上的并网逆变器峰值效率可以到94%，有些可以高到96%。其散失的能量主要是散失为热能。为了让逆变器输出到额定功率，其输入的电功率需大于额定功率。例如5000 W逆变器其满功率时效率为95%，因此需要5,263 W的输入功率（额定功率除以效率）。若逆变器可以在数个不同电压下输出电能，也会在各电压下有其峰值效率。
- CEC加权效率（CEC weighted efficiency）：此效率的计算方式是加州能源委员会（CEC）在其GoSolar网站公布的算法为主。和峰值效率不同，CEC加权效率是平均效率，比较可以表示逆变器在运作时的情形。若逆变器可以在数个不同电压下输出电能，也会在各电压下有其CEC加权效率[5]。
- 最大输入电流（Maximum input current）：是逆变器可以使用的最大直流电流。若系统（例如太阳能电池）输出的电流超过此一上限，逆变器无法使用此一电流。
- 最大输出电流（Maximum output current）：是指逆变器可以连续提供的最大交流电流。此数值一般会用来确认过电流保护设备（保险丝或无熔丝开关）的最小电流额定，以及将电路断开相关设备的最小电流额定。若逆变器可以在数个不同的交流电压下输出，也有可能在各电压有不同的最大输出电流。
- 峰值功率追踪电压（Peak power tracking voltage）：这表示逆变器的最大功率点追踪（MPPT）可以运作的直流电压范围。系统设计者需确认系统的串接已经过优化，在一年的大多数时间，串接后产生的电压是在上述范围内。因为电压可能会波动，而且会随着温度而变化，这可能是个困难的工作。
- 启动电压（Start voltage）：不是所有的逆变器都会标示此项数值，此数值是指逆变器要启动及开始运转需要的最低直流电压，在太阳能的应用下格外重要，因为系统设计者需确认已有够多的光伏模组串联，其电压可以超过启动电压。若厂商未标示此一数值，系统设计者一般会以峰值功率追踪电压的下限为逆变器的最低电压。
- 国际防护等级认证（IPxx rating）：防护等级或是IP编号分类是针对产品有关固体异物（在防护等级的第1码表示）以及水（在防护等级的第2码表示）的防护能力。数字越大表示防护能力越好。美国的NEMA外壳类型用途也是类似国际防护等级。大部分用在室外逆变器是IP45（不防尘）或IP65 （防尘），或者在美国则是NEMA 3R（无扬尘保护）或是NEMA 4X（防尘、防直接溅水，及额外的防腐蚀保护）。
参考资料
[编辑]- ^ http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/463622-TtEMSp/webviewable/463622.pdf OSTI
- ^ NEC Handbook 2005, Section 705, "Interconnected Electric Power Production Sources," Article 705.40 "Loss of Primary Source"
- ^ Solar Energy International (2006). Photovoltaics: Design and Installation Manual, Gabriola Island, BC: New Society Publishers, p. 80.
- ^ Summary Report on the DOE High-tech Inverter Workshop (PDF). Sponsored by the US Department of Energy, prepared by McNeil Technologies. eere.energy.gov. [2011-06-10]. （原始内容 (PDF)存档于2012-02-27）.
- ^ gosolarcalifornia.org, "List of Eligible Inverters" 互联网档案馆的存档，存档日期2009-02-10., accessed July 30, 2009,
相关条目
[编辑]外部链接
[编辑]- California List of Eligible Inverters （页面存档备份，存于互联网档案馆） - This is the official California Energy Commission (CEC) list of inverters that are eligible for California's rebate program. Other states use this list as well.
- Grid Tie Inverter Comparison Tool （页面存档备份，存于互联网档案馆） - website that allows people to compare the data sheets of various grid-tie inverters. One can also use the website to filter and search inverters by technical data.
- Grid-Tie Wind Inverters Versus Solar Inverters - describes in detail the differences between existing grid tied inverters.