逆變器作為光伏系統(tǒng)的核心設(shè)備，何種技術(shù)路線真正適應(yīng)領(lǐng)跑者項(xiàng)目，行業(yè)內(nèi)一直爭(zhēng)論不休卻沒有公論，筆者認(rèn)為，不管是集中式、集散式還是組串式，只要能夠通過技術(shù)創(chuàng)新來降低度電成本，幫助用戶實(shí)現(xiàn)最大化收益，就能在領(lǐng)跑者競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，成為真正的領(lǐng)跑者。
1、什么逆變器才能真正”領(lǐng)跑”？
“領(lǐng)跑者”對(duì)系統(tǒng)以及逆變器都提出了更高的要求，要求系統(tǒng)效率不低于81%；逆變器最大效率不低于99%，中國(guó)效率達(dá)到或超過98.2%；具有1.1倍額定功率下的過載能力，逆變器還需具備零電壓穿越功能，同時(shí)具備保護(hù)逆變器自身不受損壞的功能等；另外，由于競(jìng)價(jià)機(jī)制的推出，價(jià)格也成為領(lǐng)跑者的主要競(jìng)爭(zhēng)條件之一。所以，什么是真正的領(lǐng)跑者？只有具備高效、穩(wěn)定的性能，發(fā)電量高、投資成本低，電網(wǎng)接入性好，能夠幫助用戶達(dá)到最大化收益的才是真正的領(lǐng)跑者。
多路MPPT不代表領(lǐng)跑者，理論分析與電站實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，在某一局部區(qū)域內(nèi)，在傾角朝向一致、均無遮擋的情況下，MPPT數(shù)量多少與實(shí)際發(fā)電量無因果關(guān)系。根據(jù)地形，合理布局，選擇合適路數(shù)的MPPT，提升發(fā)電量，降低初期投資，提高收益率才能真正領(lǐng)跑。
縱觀八大領(lǐng)跑者基地，確實(shí)存在某些局部區(qū)域布局1MW方陣?yán)щy，但布局150kW-500KW的方陣相對(duì)容易。選擇組串式逆變器，成本大幅增加，選擇傳統(tǒng)集中式逆變器，又無法全部滿足至少一局部區(qū)域內(nèi)一路MPPT的需求；對(duì)于水面電站而言，安裝表面十分平坦，MPPT數(shù)量基本沒有任何影響。因此，能夠適應(yīng)不同特征地形應(yīng)用，且系統(tǒng)成本比傳統(tǒng)集中式低，發(fā)電量比組串式逆變器高，同時(shí)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的逆變器才能在領(lǐng)跑者應(yīng)用中脫穎而出。
2、集中模組式逆變器專為領(lǐng)跑而生
特變電工集中模組式逆變器，單機(jī)功率500kW～1MW，每167kW支持1路MPPT，2MW箱式逆變器支持1～12路MPPT，完全滿足至少一局部區(qū)域內(nèi)一路MPPT的需求，完美的解決了不同地貌特征下，光伏電站對(duì)逆變器的性能要求。
下面認(rèn)識(shí)一下集中模組式逆變器：
集中模組式逆變器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示，1MW單機(jī)由6個(gè)模組組成，每個(gè)模組額定167kW，MPPT支持1-6路可設(shè)置；由2臺(tái)1MW單機(jī)組成的2MW模組式集裝箱，如圖3-2所示；支持1～12路MPPT可設(shè)，可根據(jù)地形選擇MPPT路數(shù)，配置靈活方便；每個(gè)模組獨(dú)立設(shè)計(jì)，集中并網(wǎng)，支持公共直流母線和獨(dú)立直流母線兩種；集成SVG功能，對(duì)輸電線路進(jìn)行無功補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)電壓的調(diào)節(jié)，從而確保電站在弱電網(wǎng)情況下的穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)接入性更加友好。
圖2-1模組式逆變器
圖2-2模組式2MW箱式逆變器TC2000KS
3、集中模組式逆變器助力光伏電站提升投資收益率
光伏電站提升投資收益率，一方面要降低初始投資成本及運(yùn)維成本，另一方面要提升發(fā)電量，眾所周知，L=W×H×η;L——光伏電站年發(fā)電量；W——光伏電站裝機(jī)容量；H——滿載小時(shí)數(shù)；η——光伏電站系統(tǒng)總效率。由此可見，提升光伏電站投資收益率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要有降低初期投資、提高滿載小時(shí)數(shù)、提高系統(tǒng)效率及降低故障率，減少維護(hù)成本。
3.1集中模組式方案相比組串式方案，初始投資成本節(jié)省0.3元/W。
下面以50MW電站為例，常規(guī)配置:
表3-1：方案對(duì)比
表3-2投資成本對(duì)比
TC2000KS集中模組箱式逆變器方案50MW項(xiàng)目比組串式方案節(jié)省初期投資1500.1萬元，即節(jié)省約0.3元/W。
3.2交流輸出1.2倍長(zhǎng)期過載，支持1.3倍以上的容配比設(shè)計(jì)，初始投資節(jié)省7.2分/W
以50MW為例，同按集中式方案做對(duì)比，一般容配比為1.1：1，能夠配55MW光伏組件。而集中模組式逆變器支持1.3倍以上的容配比設(shè)計(jì)，55MW光伏組件只需配42MW逆變器，相比可以減少4臺(tái)2MW逆變器及96臺(tái)直流匯流箱、4臺(tái)變壓器和交直流線纜，初始投資節(jié)省358萬元，即節(jié)省7.2分/W。
3.3提高滿載小時(shí)數(shù)，發(fā)電量提升2.7%
光伏電站如何提高滿載小時(shí)數(shù)，其中一個(gè)最有效簡(jiǎn)單的辦法就是提高電站的容配比。
模組式逆變器強(qiáng)大的過載能力，3000m海拔，55℃環(huán)溫輸出1.2倍長(zhǎng)期過載，推薦系統(tǒng)容配比：I類地區(qū)推薦1.2～1.25；II類地區(qū)推薦1.25～1.3；III類地區(qū)推薦1.3倍以上。
以國(guó)內(nèi)II類地區(qū)某電站為例，容配比按1.3倍設(shè)計(jì)，使用500kW集中模組式逆變器，其功率曲線如圖3-1所示。
圖3-1功率曲線圖
從功率曲線圖可以看出，500kW逆變器交流輸出功率可達(dá)到580kW左右，按每年交流過載輸出60天計(jì)算，發(fā)電量提升2.7%。
而組串式逆變器過載能力很弱，而且屬于全封閉戶外電源，陽光越強(qiáng)，對(duì)散熱的要求越高，實(shí)測(cè)內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度相差20℃以上，在塵土或雜物覆蓋時(shí)溫差更大，很容易達(dá)到降額運(yùn)行，因降額給客戶造成巨大的發(fā)電量損失。
圖3-2實(shí)際降額曲線對(duì)比圖
3.4相比組串式逆變器，系統(tǒng)效率提升2.83%
影響系統(tǒng)效率的主要因素有：環(huán)境因素—溫升、設(shè)備因素—組件衰減、轉(zhuǎn)換效率、施工因素—系統(tǒng)可靠性、設(shè)計(jì)因素—交直流線損及運(yùn)維管理因素—故障損失等。
集中模組式逆變器3000m海拔，55℃環(huán)溫不降額運(yùn)行；中國(guó)效率98.44%（晶硅）、98.525（薄膜），行業(yè)領(lǐng)先；集成PID防護(hù)及修復(fù)功能，有效預(yù)防組件PID衰減，避免組件發(fā)生PID現(xiàn)象；由于組串式逆變器數(shù)量太多，接線較為復(fù)雜，可靠性降低，同時(shí)，不易管理，特別對(duì)于山地，故障后整機(jī)更換效率低。根據(jù)主要因素評(píng)估系統(tǒng)效率對(duì)比如表3-3所示。
表3-3系統(tǒng)效率對(duì)比
3.525年可靠壽命，節(jié)省維護(hù)成本
1）25年壽命來源于精心設(shè)計(jì)和多年技術(shù)沉淀
光伏電站的投資回報(bào)周期較長(zhǎng)，為獲得預(yù)期收益必須保證電站穩(wěn)定運(yùn)行20年以上。如此一來，器件選型對(duì)逆變器的壽命起著決定作用，同時(shí)，電容是逆變器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)能量交換的重要器件之一，其使用壽命直接關(guān)系到逆變器的整機(jī)壽命，而逆變采用高頻斬波技術(shù)，母線電容將承擔(dān)很大的高頻紋波電流。如圖3-3所示。
圖3-3
對(duì)于組串式逆變器而言，部分組串式逆變器廠家使用不滿足長(zhǎng)期設(shè)計(jì)壽命的電解電容，如圖3-4所示，根據(jù)電容的壽命計(jì)算，電解電容的壽命在金膜電容的1/4以下，計(jì)算壽命不足8年，電解電容任意工況下理論最大壽命值不足15年。因此，在電站生命周期內(nèi)需要更換整機(jī)3次！極大增加了客戶維護(hù)投入成本。100MW更換一次需要費(fèi)用超過4000萬元。
圖3-4
圖3-5
與此同時(shí)，組串式逆變器電容通常直接集成在主電路板上，更換電容意味著整機(jī)更換，超過5年質(zhì)保期后的維護(hù)成本必將大于重新采購(gòu)成本！
而集中式逆變器使用金屬膜電容，10萬小時(shí)壽命，工作溫度-40℃至105℃，輕松保障25年的運(yùn)行周期。
組串式逆變器內(nèi)部使用軸流風(fēng)機(jī)，小型軸流風(fēng)機(jī)由于內(nèi)部材料因素的影響，其運(yùn)行溫度范圍較小，通常只在-10℃至70℃的范圍內(nèi)，且溫度高的情況下工作時(shí)，其壽命會(huì)急劇降低。在電站環(huán)境太陽光直射的情況下，電池板周邊溫度很高，達(dá)到或超過50℃是較為常見的。而逆變器在此時(shí)往往功率輸出也大，腔體內(nèi)溫度比環(huán)境溫度高20℃以上，因而軸流風(fēng)機(jī)往往運(yùn)行在70℃以上的高溫環(huán)境中。如圖3-6所示，使用軸流風(fēng)機(jī)的組串式逆變器在電站生命周期內(nèi)需要更換風(fēng)機(jī)2.5次！
圖3-6軸流風(fēng)機(jī)壽命分析
集中式逆變器采用EBM離心式風(fēng)機(jī)，較傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)散熱效率提高20%，且實(shí)現(xiàn)器件級(jí)更換，極大的降低運(yùn)維成本。
另外，集中模組式逆變器采用專利的智能啟停設(shè)計(jì)，根據(jù)其光照強(qiáng)度確定運(yùn)行模組數(shù)量，累積發(fā)電量確定模組運(yùn)行優(yōu)先級(jí)，來平衡模組運(yùn)行時(shí)間，使單模組平均運(yùn)行時(shí)間減少20%，整機(jī)壽命提升20%。具體工作過程如圖3-7所示。
圖3-7智能起停工作過程
2）可維護(hù)性–障礙越野或直接運(yùn)輸?shù)轿唬?/span>
組串式逆變器安裝數(shù)量多，且一般實(shí)行整機(jī)更換，在相當(dāng)數(shù)量的區(qū)域無法保證安裝位置平坦或易于到達(dá)，大部分廠家組串式逆變器都在50公斤左右，若要更換可能需要兩人抬著整機(jī)越過多重障礙！
圖3-8組串式安裝位置示意圖
集中模組式逆變器必然安裝在道路兩側(cè)，維護(hù)人員可以快速的到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。設(shè)備的備品備件也可以通過汽車等交通工具運(yùn)輸。徹底解決人員運(yùn)輸?shù)谋锥恕?/span>
圖3-9集中式安裝位置示意圖
3）任意模組故障不影響整機(jī)運(yùn)行，可在不停機(jī)的情況下進(jìn)行模組的維修和保養(yǎng)
圖3-10模組故障消除示意圖
故障時(shí)冗余不停機(jī)：部分模塊出現(xiàn)故障時(shí)，只需維護(hù)故障模塊，其余模塊正常工作。單模組維護(hù)時(shí)間小于20分鐘，避免因故障而損失過多發(fā)電量。
4、優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量輸出，電網(wǎng)接入性更加友好
現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)對(duì)逆變器的瞬態(tài)響應(yīng)、低電壓穿越等響應(yīng)速度要求很高，組串式逆變器數(shù)量巨大，在各個(gè)逆變器輸出側(cè)端口電壓有差異的情況下，很容易形成動(dòng)作的不一致性。
在組串式逆變器組成的1MW系統(tǒng)中，共需要20臺(tái)逆變器，根據(jù)逆變器布置位置，逆變器距離箱式變壓器最遠(yuǎn)可至數(shù)百米；如圖4-1所示。
圖4-1組串式逆變器布置位置
對(duì)于50kW的組串式逆變器，輸出電壓為480V時(shí)，輸出電流為：I=Pn/(√3Un)=50000/(√3*480)=60.14A，假設(shè)A逆變器距離箱變100米，B逆變器距離箱變500米，由于電壓差異，將會(huì)造成A逆變器正常運(yùn)行時(shí)但B逆變器已經(jīng)欠壓保護(hù)停機(jī)的情況！或者B經(jīng)常性進(jìn)入低穿補(bǔ)償無功，將使整個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致極差的電網(wǎng)適應(yīng)性和電能質(zhì)量。
圖4-2組串式方案交流線纜壓降
集中模組式逆變器集中并網(wǎng)，避免系統(tǒng)出現(xiàn)諧波震蕩及弱電網(wǎng)現(xiàn)象，同時(shí)，根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行模組投切、變頻控制，使全功率范圍內(nèi)均能輸出優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量。
圖4-3電能質(zhì)量輸出對(duì)比
5、總結(jié)
逆變器集中式和組串式技術(shù)路線行業(yè)內(nèi)一直爭(zhēng)論不休卻沒有公論，集中式逆變器投入成本低，性能可靠；組串式逆變器初期投資大，后期維護(hù)成本巨大；集中模組式逆變器在傳統(tǒng)集中式逆變器的基礎(chǔ)上，通過技術(shù)創(chuàng)新，不斷優(yōu)化，得到業(yè)界一致好評(píng)，并取得廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)初期投資成本比傳統(tǒng)1MW集中式方案降低0.1元/W，比組串式方案降低0.3元/W的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，不僅解決了復(fù)雜地形應(yīng)用的問題，還通過自身的超配能力、優(yōu)質(zhì)電能質(zhì)量等特點(diǎn)提升系統(tǒng)發(fā)電量，真正幫助用戶達(dá)到最大化收益。
