逆变器：将直流电转换为交流电

逆变器是太阳能系统的重要组成部分，它将太阳能电池板或电池产生的直流电（DC）转换为与家用电器和电网兼容的交流电（AC）。这种转换至关重要，因为大多数家用设备和电网都依赖于交流电。

直流电与交流电：基础知识

直流电（DC）的特点是电压和电流恒定，并且仅朝一个方向流动。直流电通常用于电子设备，如电池、传感器和电动机，这些设备需要稳定的电源。

交流电（AC）则会随着时间波动，呈现出正弦波的形式，在图表上用绿色线条表示。在大多数国家，交流电的频率为50或60 Hz，这意味着它每秒完成50或60个循环。交流电是家用电器和电网的标准，因为它可以通过变压器和逆变器轻松转换为不同的电压和功率水平。

纯正弦波与改进型正弦波

比较图，展示纯正弦波与改进型正弦波输出的差异，说明纯正弦波逆变器提供的更平滑、稳定的电源与改进型正弦波逆变器的更多台阶式输出

在选择逆变器时，输出波形是一个关键因素。纯正弦波逆变器产生的波形平滑、周期性，与电网提供的交流电非常接近。这种类型的逆变器非常适合敏感的电子设备和家用电器，包括冰箱、空调和计算机。这些设备设计用于运行在纯正弦波上，以确保最佳性能和使用寿命。

图 c) 显示的是纯（干净、准确的）正弦波。纯正弦波是由正弦函数数学描述的信号，具有平滑的周期形态。其图形呈现出一个不断重复的波形，具有相同的周期、幅度和相位。

然而，改进型正弦波逆变器生成的波形平滑度较差，并可能导致某些电器的问题。尽管可以用于LED灯、手机充电器和电磁炉等简单设备，但不建议用于具有电感负载或电动机的设备，因为这可能导致不正常的工作、噪音增加，以及随着时间的推移可能造成损坏。

图 a) 和 b) 显示的改进型正弦波与纯正弦波相比有不同的偏差。改进型正弦波是一种类似正弦波的电流，但其准确性较低，峰值和零点之间的过渡不均匀。它可以使用一组组成不同频率和幅度的矩形信号生成。

本地电网和家用电器的参数是什么？

本地电网和家用电器经过几十年的设计，适合于纯正弦波运作，因此选择一个提供纯正弦波的逆变器是必不可少的。

如果家用电器连接到一个以改进型正弦波为输出的逆变器，会发生什么呢？大多数具有电感负载和电动机的电器（如燃气锅炉、冰箱、空调、泵、计算机）可能无法正常工作，并可能发出异常噪音，最终导致故障。

可以在改进型正弦波下工作的设备包括LED灯、手机充电器和电磁炉，这些设备可能在改进型正弦波下正常工作。

大多数家用电器的设计目的是与纯正弦波配合，因此选择一个与您家的电网规格匹配的逆变器至关重要。

提供纯正弦波的逆变器类型

由于家用电器通常需要纯正弦波，我们将只关注提供此功能的逆变器。

逆变器分为以下几类：

  1. 交互式离线不间断电源（UPS）：这包括一个逆变器，有时还有一个用于电网的电压稳定器（AVR），以及一根来自电网的“输入”电缆（AC in）、一个供负载使用的“输出”插座（AC out）、用于UPS的电池输入电缆和来自电网的充电器。 不间断电源（UPS）设备的图像，用于提供后备电源并保护电子设备免受电流冲击和停电

    • 离线与在线UPS：除了离线UPS，还有在线UPS或双转换UPS。二者的区别在于，离线UPS在电网断电的20毫秒内切换到电池操作，而在线UPS在0毫秒内切换，这对某些敏感设备至关重要。
    • 小容量UPS：这些通常配备内置电池，具有为负载供电5-15分钟的能力，允许有足够的时间正确关闭计算机、机器或类似设备。这种UPS通常具有改进型正弦波，因此我们不会详细讨论它们。

  2. 独立离线太阳能逆变器（太阳能电池板的UPS）：该系统包含一个逆变器，一个来自电网的充电器，一个PWM或MPPT太阳能充电控制器（一个或多个输入）、电池输入、电网输入（AC in，可能有一个或多个）、负载输出（AC out，可能有一个或多个）以及各种通信端口。这种逆变器也有在线版本，但技术通常是伪在线的。 离线太阳能逆变器的图像，是一种将太阳能电池板产生的直流电转换为家用交流电的设备，通常用于电网为主的系统，太阳能是补充电源

  3. 并网逆变器（在线）：包括一个逆变器，一个MPPT太阳能控制器（一个或多个）和一个与电网同步的单元。该类型的逆变器无法连接电池。 并网逆变器图像，能将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电并与电网进行同步，直接供使用或反馈至电网

    • 应用：

      • 向电网销售电力。
      • 当与特殊发电限流器连接时，大多数型号可以在连接电网时为家庭消费者供电。
      • 对于高电费公司，连接到发电限流器可以降低电力成本。
      • 在电网电力有限时，可以增加自用电力（需要发电限流器）。

    • 缺点：这种逆变器的主要缺点是电网断电时停止工作，且不允许连接电池。

    • 微型逆变器：这是并网逆变器的一个子类别，但它们连接到一或两个太阳能电池板，而不是大型阵列。 微型逆变器的图像，是附在每个太阳能电池板上的小设备，直接在面板级将直流电转换为交流电，从而优化能量生产和监控

  4. 混合逆变器（并网 + 离线）：它结合了所有其他类型的逆变器，并能够为电网产生电力。它包含一个逆变器，一个MPPT太阳能控制器（一个或多个）、电池输入、一个与电网同步的单元、电网输入（AC in，可能有一个或多个）、负载输出（AC out，可能有一个或多个）以及各种通信端口。

    • 重要说明：一些卖家可能错误地将任何带有太阳能输入的逆变器标记为混合逆变器，但这并不准确。
    • 应用：
      • 向电网销售电力。
      • 通过部分或完全自用太阳能为家庭或公司节省能源。
    • 优点：结合了所有其他类型的逆变器，在电网可用和不可用时均可工作，某些型号可以仅使用太阳能电池板而不需电池。
    • 缺点：主要缺点是这些逆变器的价格通常高于其他类型。

总之，每种任务都有特定类型的逆变器适合，或者可以用价格稍高的通用混合逆变器替代任何类型的逆变器。

结论

为您的家庭或商业选择合适的逆变器，对于确保太阳能系统的效率和持久性至关重要。虽然改进型正弦波逆变器可能价格低廉，但它们并不适用于所有应用。对于大多数家用电器，尤其是电动机或敏感电子设备，纯正弦波逆变器是更好的选择。在选择逆变器时，请考虑您的具体能源需求和您打算供电的设备类型，以确保最佳性能和可靠性。