組串式逆變器解決方案： 屋頂光伏電站的最佳選擇

在2014年1月14日召開(kāi)的2014年全國(guó)能源工作會(huì)上，國(guó)家能源局敲定2014年國(guó)內(nèi)光伏新增裝機(jī)14GW，其中分布式電站8GW、地面電站6GW。分布式電站有80%主要建于東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，同時(shí)因受限于東部土地資源的稀缺，其中又有80%的電站只能建在屋頂。近年，國(guó)家政策從初始投資補(bǔ)貼轉(zhuǎn)向度電補(bǔ)貼，如何降低電站運(yùn)維成本、提高發(fā)電量、提升電站整體收益率，成為我們面臨的新課題，需要我們?cè)陔娬窘ㄔO(shè)形式上深入探索。傳統(tǒng)集中式方案弊端經(jīng)過(guò)實(shí)際項(xiàng)目的調(diào)研，并與EPC，設(shè)計(jì)院以及光伏專家的研討，在屋頂電站設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)維過(guò)程中，我們對(duì)集中式逆變器組網(wǎng)方案所遇到的問(wèn)題進(jìn)行了分析總結(jié)。比較突出的是以下6類問(wèn)題：1.電站建設(shè)中最重要的是安全問(wèn)題。集中式方案中采用直流匯流箱，由于內(nèi)置直流支路熔絲，存在融不斷起火的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)橹灰泄庹?a href="http://msthinker.com/news/list/6/" target="_blank">太陽(yáng)能板就會(huì)處于工作狀態(tài)。對(duì)于分布式屋頂廠房來(lái)說(shuō)，帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。不僅電站本身經(jīng)濟(jì)收益受影響，更關(guān)鍵會(huì)影響到廠房的其他設(shè)備。給業(yè)主帶來(lái)非常大的損失。2.不規(guī)則屋頂，采用單個(gè)500KW逆變器無(wú)法充分利用屋頂面積。逆變器經(jīng)常處于過(guò)載或輕載或者超配、欠配的情況。3.多個(gè)朝向的屋頂，電池板有部分陰影遮擋導(dǎo)致組串的不一致性，單路MPPT導(dǎo)致發(fā)電量相對(duì)較低；同時(shí)，各路組串的失配損失也將導(dǎo)致發(fā)電量的損失；4.逆變器需要專業(yè)工程師維護(hù)，單個(gè)逆變器故障對(duì)發(fā)電量影響較大，對(duì)維護(hù)人員的安全也帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，同時(shí)，備件種類較多，故障定位及修復(fù)3天以上，嚴(yán)重影響客戶發(fā)電收益。直流匯流箱故障率高，無(wú)法監(jiān)控到每路組串，增加故障定位時(shí)間，由于熔絲揮發(fā)，故障率、維護(hù)成本高，需要定期更換維護(hù)；線路復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)加工的接頭多，故障率高；部份項(xiàng)目運(yùn)行1~2年后，有效發(fā)電率低于90%；下圖就是某電站直流匯流箱燒毀。5.集中式方案需要逆變器房和相應(yīng)土建工程，同時(shí)需配套相應(yīng)的風(fēng)機(jī)，風(fēng)道，煙感，溫感等設(shè)備，增加施工復(fù)雜度，初始投資和運(yùn)維成本；6.集中式逆變器需強(qiáng)制風(fēng)冷，機(jī)房消耗電力大，平均至少300W以上，需要定期掃灰，風(fēng)扇維護(hù)和防塵網(wǎng)更換；組串式解決方案優(yōu)勢(shì)結(jié)合歐美等光伏電站建設(shè)發(fā)達(dá)地區(qū)屋頂電站的成功經(jīng)驗(yàn)，組串式已經(jīng)成為屋頂電站的首選解決方案。以典型1MW屋頂組串式電站為例：電池板采用250Wp多晶，每串20塊，每臺(tái)逆變器接4串，總共采用50臺(tái)20KW逆變器，每8臺(tái)逆變器接一個(gè)交流匯流箱，并入建筑低壓配電網(wǎng)。組串式組網(wǎng)原理圖在實(shí)際的設(shè)計(jì)，建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中，組串式逆變器解決方案較集中式而言，具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)：1.組串式逆變器組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可分散室外就近安裝，根據(jù)屋頂容量選擇合適的逆變器靈活組合，充分利用屋頂面積，增加投資收益。2.設(shè)備種類簡(jiǎn)單，節(jié)省投資。直流匯流箱、直流配電柜、隔離變壓器、機(jī)房和相關(guān)土建工程可全部省去，同時(shí)降低現(xiàn)場(chǎng)施工組織難度、縮短工期。綜合計(jì)算，組串式逆變器系統(tǒng)土建工作量?jī)H為集中式逆變器系統(tǒng)的1/4；從安全可靠性而言，避免了傳統(tǒng)集中式方案直流側(cè)著火無(wú)法撲滅的風(fēng)險(xiǎn)。3.組件不一致性對(duì)發(fā)電量影響較小，逆變器自用電少，組串式自耗電功率為20W，僅為集中式的1.3%，根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的測(cè)試，組串式方案系統(tǒng)效率約比集中式方案至少高5%左右；4.每臺(tái)逆變器具備3路獨(dú)立MPPT，對(duì)每一路單獨(dú)跟蹤，單路故障影響小，精細(xì)化管理每路電池板輸出，全系統(tǒng)發(fā)電量高。當(dāng)出現(xiàn)部分遮擋、部分污損（如鳥(niǎo)糞）、部分故障時(shí)，除了受影響部分的發(fā)電量有影響以外，其余部分依然可以保證最大功率輸出；5.組串式逆變器無(wú)需專業(yè)工程師維護(hù)，設(shè)備模塊化，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，20分鐘可完成一臺(tái)逆變器的更換，無(wú)需專業(yè)人員值守，實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”維護(hù)；單臺(tái)逆變器故障對(duì)發(fā)電量影響較低，系統(tǒng)可靠性和年可用率較高，逆變器年故障率小于0.5%；6.每臺(tái)逆變器可實(shí)現(xiàn)6路組串智能監(jiān)測(cè)，減少故障定位時(shí)間80%，獨(dú)立偵測(cè)每一路輸入的電壓和電流，可實(shí)時(shí)采樣組串電流、電壓，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路故障、組件故障、遮擋等問(wèn)題。通過(guò)組串橫向比較、氣象條件比較、歷史數(shù)據(jù)比較等，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。而且可以和后臺(tái)網(wǎng)管配合，提供自動(dòng)運(yùn)維建議，如清洗、組串匹配優(yōu)化、逆變器協(xié)同等。7.逆變器免維護(hù)，自然散熱（無(wú)風(fēng)扇），自耗電小，IP65，能在雨水，風(fēng)沙和鹽霧環(huán)境下可靠運(yùn)行；目前國(guó)內(nèi)主流的組串式逆變器都已經(jīng)達(dá)到IP65，比如華為的組串式逆變器機(jī)身采用全鋁一體封閉式外殼，無(wú)外置風(fēng)扇設(shè)計(jì)（這點(diǎn)很關(guān)鍵，外置風(fēng)扇是逆變器中最容易出現(xiàn)故障和被腐蝕地方之一），逆變器外殼噴涂高耐候室外型涂層保護(hù)，散熱器采取加厚陽(yáng)極氧化氧化工藝，以及所有安裝部件采取不銹鋼等耐腐蝕材料，真正實(shí)現(xiàn)了IP65防護(hù)，從而滿足在鹽霧和高濕環(huán)境下的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)算，在1MW屋頂場(chǎng)景下，除逆變器外的設(shè)備投資，組串式比集中式節(jié)省約0.15~0.25元/瓦。組串式比集中式發(fā)電量提升約5%左右，減少直流匯流箱，直流配電柜，逆變器風(fēng)扇，機(jī)房散熱和直流電纜的損耗。如果按照每W年發(fā)電量1.6kWh,綜合補(bǔ)貼電價(jià)0.9元/kWh, 1MW光伏電站20年多收益86.4萬(wàn)元。目前國(guó)內(nèi)外已有大型組串式屋頂光伏電站運(yùn)行，安裝于彩鋼瓦，水泥屋頂?shù)雀鞣N場(chǎng)景，組串式逆變器以高可靠性、高效率、無(wú)需外部風(fēng)，同時(shí)采用專業(yè)的iManager電站網(wǎng)管系統(tǒng)和手機(jī)APP監(jiān)控系統(tǒng)，給客戶帶來(lái)全新的監(jiān)控體驗(yàn)，贏得了客戶的贊許。 下面幾個(gè)例子是國(guó)內(nèi)MW級(jí)以上的組串式屋頂電站。粵電順德項(xiàng)目--276臺(tái)組串式逆變器安裝于彩鋼瓦屋頂中廣核嘉興項(xiàng)目--組串式逆變器安裝于墻面屋頂建站的最佳選擇結(jié)合以上分析，我們認(rèn)為在接近的初始投資成本下，對(duì)于屋頂場(chǎng)景，組串式逆變器解決方案擁有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，很好的解決了集中式解決方案遇到的問(wèn)題。根據(jù)最新的國(guó)家能源局政策，未來(lái)我國(guó)未來(lái)光伏電站的發(fā)展將以分布式電站為主，圍繞如何提高分布式電站可靠性、提高運(yùn)維效率、提高發(fā)電量等業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)話題，我們不斷的在探索和創(chuàng)新。組串式解決方案，能為屋頂項(xiàng)目投資方帶來(lái)更大的收益，縮短投資回報(bào)周期，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。任何一個(gè)偉大的時(shí)代，都不是贏在出發(fā)的起點(diǎn)，而是贏在變革的拐點(diǎn)。組串式解決方案必將掀起光伏電站建設(shè)的新的革命，成為今后分布式電站的主流趨勢(shì)。（美的集團(tuán) 中央研究院特聘專家 劉緒偉）