作為光伏電站的心臟,光伏逆變器是由電路板、熔斷器、功率開關管、電感、繼電器、電容、顯示屏、風扇、散熱器,結構件等部件組成。


光伏逆變器一般將其分為三類:集中式逆變器、組串式逆變器和微型逆變器。


光伏逆變器面臨淘汰潮,逆變器選型不對光伏電站面臨巨虧,如何選型成難題


集中式逆變器


集中式逆變器的光伏逆變方式是將很多并行的光伏組串連到同一臺集中逆變器的直流輸入端,做最大功率峰值跟蹤以后,再經過逆變后并入電網。


集中式逆變器單體容量通常在500kW以上,單體功率高,成本低,電網調節性好,但要求光伏組串之間要有很好的匹配,一旦出現多云、部分遮陰或單個組串故障,將影響整個光伏系統的效率和電產能。集中式逆變器最大功率跟蹤電壓范圍較窄,組件配置靈活性較低,發電時間短,需要專用的具備通風散熱的專用機房,主要適用于光照均勻的集中性地面大型光伏電站等。


組串式逆變器


組串式逆變器是對幾組(一般為1-4組)光伏組串進行單獨的最大功率峰值跟蹤,再經過逆變以后并入交流電網,一臺組串式逆變器可以有多個最大功率峰值跟蹤模塊。組串式逆變器的單體容量一般在100kW以下,其優點是不同的最大功率峰值跟蹤模塊的組串間可以有電壓和電流的不匹配,當有一塊組件發生故障或者被陰影遮擋,只會影響其對應的最大功率峰值跟蹤模塊少數幾個組串發電量,對系統整體沒有影響。逆變器最大功率跟蹤電壓范圍寬,組件配置靈活,發電時間長,可直接安裝在室外。


相較于集中式逆變器,組串式逆變器價格略高,大量組串式逆變器并聯時需要在技術上抑制諧振的發生,主要應用于分布式發電系統,在集中式光伏發電系統亦可應用。


微型逆變器


微型逆變器是對每塊光伏組件進行單獨的最大功率峰值跟蹤,再經過逆變以后并入交流電網。


微型逆變器的單體容量一般在1kW以下,其優點是可以對每塊組件進行獨立的最大功率跟蹤控制,在碰到部分遮陰或者組件性能差異的情況提高整體效率。此外,微型逆變器僅有幾十伏的直流電壓,全部并聯,最大程度降低了安全隱患,其價格高昂,出現故障后較難維護。


逆變器選型不對就等著光伏電站巨虧


逆變器的選型是影響太陽能光伏電站投資收益比的重要因素之一,我們該怎樣進行選型呢?太陽能逆變器分為集中型逆變器、組串型逆變器和微型逆變器。集中型逆變器功率一般在500kW到4MW之間,有一路或者多路直流輸入。組串型逆變器功率在1kW到320kW之間,有1路到14路MPPT輸入。微型逆變器器,功率從0.3kw到2kW不等,MPPT數量從1路到4路不等。


我們將從以下幾個部分進行逆變器差異的說明。


一、設計階段。


集中型逆變器主要使用在超大型光伏電站。這類型電站普遍都是20MW以上,有些還在200MW以上。這類型的電站因為規模特別大,為了盡可能降低成本,提升發電效率,所有的環節都要進行專業的設計、施工和運維。所有的串聯的光伏組件數目要一致、傾斜角度要一樣,電池板的品牌、型號,哪怕是生產時間也要盡量一致。也就是說集中型逆變器電站設計、施工、建設和材料要求都非常高。


使用組串型逆變器設計相對簡單,不同的MPPT通道可以使用不同個數、不同品牌、不同型號的光伏組件。


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使用微型逆變器則無需設計、對電池組件的品牌、型號、狀態都可以隨意選擇,非常靈活方便。


二、對于運輸安裝的簡易性對比。


集中型逆變器體積大、重量大,施工需要專業的起重設備,還對場地有要求,需要專門建設。以陽光電源的SG4400UD這個逆變升壓一體機為例,重達14噸,6.6米長,2.5米寬,2.98米高,又重又大。


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組串型逆變器體積和重量適中,施工時不需要專業的設備,人工搬運即可。安裝對場地沒有專門的要求,只要安裝在墻上或者支架上即可。以錦浪最大最重的230KW組串逆變器為例,重量為110公斤,兩到三個人就能施工。


微型逆變器重量非常輕,最重的不到10公斤,直接安裝在光伏組件的底部,運輸和安裝非常方便。


三、使用階段發電效率的差異。


集中型逆變器雖然轉換最大效率高達99%,但是電站效率并不高。還是以陽光電源SG4400UD為例,4400kW的功率只有4路MPPT,每路MPPT為1100kW。以350W的光伏組件計算,這個1100KW差不多要3142塊,占地面積要11000平方米以上。要那么多的光伏組件在自然環境中保持一致的功率輸出基本上是不可能的,一路MPPT的效率非常低,只要有一塊光伏組件被遮擋或者出問題,就會影響一大片。


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組串型逆變器雖然最大效率會比集中型低一點,但是MPPT的數量多了太多了,所以整個電站發電效率要遠高于集中型逆變器。同樣以錦浪230kW為例,接1100kW光伏組件,用4臺,每臺14路MPPT,一共56路MPPT,比集中型多了56倍,發電效率明顯會高很多了。


如果是用了微逆,1100kW的電站,MPPT的數量會高達3142。雖然微逆的最大轉換效率為93%左右,但是整個電站的轉換效率反而是最高的。


總結一下,集中型逆變器電站效率一般在50%到60%左右,組串型的在70到80%左右,微逆則在80%到90%左右。所以,同樣的電站,微逆發電量最高,其次是組串,最低是集中型。但是,實際上大型和超大型電站還是組串和集中型逆變器的天下,微逆并不適合?,F在集中型逆變器可以通過帶MPPT功能的直流匯流箱來獲得跟組串型逆變器一樣的MPPT數量。


四、從整個電站系統的可靠性分析。


使用集中型逆變器的光伏電站,一旦逆變器發生故障,所有電池板全部停止發電,電費損失驚人。以4400kW的集中型逆變器為例,一旦故障,4.4萬平方米的電站全部不能發電,一天的電費損失就要1萬左右,由于維修復雜性,會導致一到兩個月不發電,損失30到60多萬。


如果是組串型逆變器,4400kW的電站只要16臺,一旦有一臺出問題,只會影響275kW光伏組件發電,頂多一天也就800多塊錢,但是一般都是能當天進行更換。


微逆的可靠性就更高了,4400kW的電站一共有12571個,壞個幾臺對整個系統影響幾乎為零。


集中型逆變器電站可靠性最低、組串型其次,微逆最高。建議交通不便、維修不便的光伏電站千萬不要使用集中型逆變器。


對于小微型、屋面特別復雜的光伏電站,建議使用微逆。對于中型到超大型的光伏電站都可以使用組串型逆變器。對于交通和維修方便,自然條件非常不錯的大型和超大型光伏電站可以考慮集中型逆變器。從全球總市場的使用量來做一個非常粗略的估算,不一定準確,組串型大概占70%左右,集中型29%左右,微逆1%左右。


光伏行業的高歌猛進,全球光伏逆變器市場正在迎來第一波更換潮


多家市場研究機構發布研報稱,隨著早期地面電站的光伏逆變器壽命到期,全球光伏逆變器升級更換需求正不斷顯現,預計今年全球光伏逆變器的更換需求將達1320萬千瓦,其中亞洲市場占比超四成,中國市場占鰲頭。


值得注意的是,早期國內集中式光伏電站逆變器產品多為進口產品,國內市場被國外光伏逆變器品牌壟斷。隨著國產光伏逆變器競爭力不斷提升,國內自主品牌全面崛起,在國內光伏逆變器市場占有率達98%,在全球光伏逆變器市場占有率也在60%左右。然而,國產產品與進口產品的輸出電壓等級并不完全相同,導致早期大型地面電站光伏逆變器更換面臨電壓等級和阻抗特性失配公認難題。如何抓住市場重大需求機遇,用最低成本做好光伏電站升級改造,使存量電站升值、達到降本增效的目的,成為目前國內光伏逆變器市場要解決的重要課題。


存量光伏逆變器技改需求攀升


據方正證券預測,今年全球光伏逆變器替換需求為1320萬千瓦,到2025年將快速增長至3730萬千瓦。而且隨著全球新增裝機規模的不斷提升,未來光伏逆變器的替換需求也將持續增長。光伏逆變器制造企業也將迎來新的重大發展機遇。


市場研究機構埃信華邁公司早前也發布報告稱,隨著早期地面電站的光伏逆變器壽命到期,或部分出現故障等,第一波光伏逆變器更換高潮已然來臨。而中國將會是全球第二大光伏逆變器更換需求市場,體量龐大。


但受光伏逆變器市場競爭以及產品更新換代技術等因素影響,要想打開這一片藍海并不容易。山東奧太電氣有限公司(下稱“山東奧太”)新能源事業部總經理張洪亮告訴記者:“2014年以前,國內地面電站多選用的是艾默生、西門子、GE等進口品牌的光伏逆變器產品,其中艾默生等光伏逆變器的輸出電壓為380伏,和目前國內光伏逆變器主流產品270伏或315伏的電壓等級并不匹配。如果單純地換上國內產品,則無法保障光伏光伏逆變器最大功率輸出,導致發電效率下降,直接降低發電量?!?


市場調查顯示,要想找到以前的進口產品十分困難。如今,我國光伏逆變器產品在全球市場競爭力有目共睹,國產品牌的國內市場占有率已達98%,全球光伏市場占有率更是60%以上。當年壟斷中國光伏逆變器市場的歐美品牌產品早已被迫退出。以艾默生為例,其在2014年就已停產,且不再提供升級服務。一旦光伏逆變器出現問題,只能更換兼容艾默生光伏逆變器的單元模塊,這種方式不僅費用高昂,還存在散熱差、達不到現行國家標準等的問題。


技改要“少花錢、多辦事”


“2014年開始,就有客戶向我們反映光伏逆變器技改難題,不是找不到合適的光伏逆變器更換,就是即使千辛萬苦找到了,也負擔不起更換費用?!睆埡榱帘硎?。山東奧太作為山東大學的校辦企業,率先的參與了國內光伏市場,依靠托我國新能源并網控制專家、山東大學講席教授張承慧及其團隊的核心技術,完成了系列光伏光伏逆變器技術革新,實現了產品的推陳出新和升級換代。


在多年光伏逆變器技術研發和經驗積累下,張承慧帶領團隊研發了光伏逆變器自升壓技術,解決了早期存量光伏逆變器的更換難題。自升壓技術主要解決的是光伏逆變器更換時的電壓匹配問題。


據了解,這一技術有兩大優勢。一是“花最少的錢辦最多的事”?!敖当驹鲂А笔枪夥袠I的永恒主題。作為電站的重要電能變換裝備,光伏逆變器也要本著這一大目標出發。在運用自升壓技術后,既不用改變組件排列方式,也不用花大價錢去找原配件。在更換新光伏逆變器后,只需要增加占總容量15%的自升壓裝置就可滿足現場需求,有“四兩撥千斤”之功效,成本極低。二是,實現組件最大功率輸出,一舉多得。


“以軟代硬”高級算法促升級


業內人士指出,光伏逆變器是連接組件發電側和電網輸出側的咽喉,只有咽喉暢通了,才能促使電站發揮其最大效用。因此,僅實現電壓匹配還不夠。如何最大的利用控制算法等軟件手段讓電站展現最好的狀態,讓效率、發電量和收益最大化,才是光伏逆變器技術發展的主旋律。


增設自升壓裝置后,光伏逆變器輸出電壓與電網電壓匹配了,同時光伏逆變器工作電壓范圍也拓寬了。要達到最高發電量,就要尋找到最優峰,這就需要通過高級自動尋優算法來實現,而張承慧提出的自動尋優技術則是從軟件方面尋找最大功率點以提高發電量的技改技術。


事實上,光伏發電受天氣影響光伏波動大,加之電網質量差、不確定性強,為了讓光伏電保持較好的并網同步性和穩定性,張承慧還將非線性控制和電力電子融合,攻克了電網故障和多源擾動下的光伏精準并網控制難題。


張承慧表示:“光伏發電看似清潔,但是輸出功率波動大,對電網干擾也大,我們要做的就是通過升級控制系統、優化控制算法,增強光伏逆變器的穩定性和安全性,以軟件代硬件,開發光伏逆變器新功能,以提高光伏供電品質,做到給電網只幫忙不添亂?!?


顯然,利用控制理論解決實際工程問題已成發展必然,山東大學還基于“以軟代硬”思想,提出光伏逆變器漏電流抑制、直接并聯擴容等控制技術,借助于零阻抗旁路+低共模調制、虛擬阻抗匹配等軟件手段取代了共模電抗器、阻尼電阻、隔離變壓器等傳統硬件,其中,直接并聯技術比歐洲還要早兩年,促進了我國光伏產業實現從跟跑到并跑,再到領跑的跨越。


目前,張承慧及其團隊研發的上述技術已實現大規模產業化,成果成功應用在山東奧太等企業的光伏逆變器產品上,并研制出國際首臺自升壓式光伏逆變產品。其中,國內第一批地面電站青海華能格爾木50萬千瓦光伏電站的光伏逆變器完成了國產化更換升級。實際運行數據顯示,在完成技改后,該電站的發電量較此前增加了9%。這項成果被華能、華電等集團推廣,在全國380V光伏電站升級改造工程占比約68%,成效顯著。面臨全球光伏逆變器市場第一波更換潮,存量電站技術升級改造工程方興未艾。


文章來源: 中國能源報,三美瑞電子,莫莫在蘇杭

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