光伏電站組串式逆變器集中化布局方案探討

作為一個(gè)朝氣蓬勃的年（cai）輕（niao）光伏電站系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)師，你是否會(huì)遇到這些煩惱？

光伏逆變器的選擇要考慮哪些因素？

怎樣的布局才能減少發(fā)電損失？

哪里可以找到最新、最權(quán)威的方案參考？

看似都是細(xì)節(jié)，但對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)舉足輕重。

如果自己一點(diǎn)點(diǎn)啃，可能需要花個(gè)幾年時(shí)間累積經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，運(yùn)氣好的話，大概能研究個(gè)半精通出來。

今天，SMA 技術(shù)團(tuán)隊(duì)為您量身打造了一條快速通道——《光伏電站組串式逆變器集中化布局方案探討》，將行業(yè)專業(yè)知識(shí)和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)高度提煉，為您一一呈現(xiàn)。眾所周知，不同類型光伏電站使用不同功率的光伏逆變器，大型地面電站推薦使用集中式逆變器，目前主流集中式逆變器單機(jī)功率已達(dá)到3MW以上；而小型地面電站及工商業(yè)屋頂電站推薦使用組串式逆變器，50KW – 200KW 功率范圍內(nèi)的組串式逆變器都有較好的應(yīng)用；而針對(duì)戶用型光伏電站，因其一般規(guī)模較小，普遍采用25KW 以下的組串式逆變器。

其中，針對(duì)小型地面電站及工商業(yè)屋頂電站逆變器的布局，相比于將組串式逆變器分散放置于靠近組件端的傳統(tǒng)分散式布局，SMA 經(jīng)過大量的項(xiàng)目實(shí)踐后認(rèn)為，將組串式逆變器集中化架構(gòu)的布局模式具有可以減少發(fā)電損失、通訊快速穩(wěn)定、便于安裝施工以及后期運(yùn)維等優(yōu)勢(shì)

減少發(fā)電損失

① 組串式逆變器傳統(tǒng)分散式架構(gòu)

② SMA推薦的組串式逆變器集中化架構(gòu)

如上圖所示，組串式逆變器如采用傳統(tǒng)的分散式架構(gòu)布局，所用的直流線纜短，交流線纜長(zhǎng)；如采用集中化架構(gòu)布局，則直流線纜長(zhǎng)，交流線纜短。而直流線纜損耗相比交流線纜損耗要少，采用集中化架構(gòu)布局逆變器，總的線纜傳輸損耗要少。另一方面，為了降低LCOE（平準(zhǔn)化發(fā)電成本），直流側(cè)超配在如今的電站設(shè)計(jì)中運(yùn)用的越來越普遍，從之前的超配10％，到超配20％，有些地區(qū)甚至超配到50％。超配比例越高，逆變器輸出削峰的時(shí)間則越多，在部分光照強(qiáng)烈，超配比例高的光伏電站中，一天中有80％的光照時(shí)間逆變器都能夠滿功率輸出。

▲ 高超配比例下光伏逆變器輸出功率削峰曲線（點(diǎn)擊圖片查看原圖）

而逆變器集中化架構(gòu)布局在超配削峰的環(huán)境下可以更好的補(bǔ)償發(fā)電量損失。下面我們來對(duì)比看下集中化架構(gòu)布局和分散式架構(gòu)布局在超配下的發(fā)電量損失情況。如下圖所示，左圖為分散式架構(gòu)的功率傳輸路徑，右圖為集中化架構(gòu)的功率傳輸路徑。對(duì)于電站業(yè)主來說，更重要的是電網(wǎng)連接點(diǎn)POC處的發(fā)電量，而不單純是逆變器輸出點(diǎn)的發(fā)電量。

▲ 逆變器分散式架構(gòu)和集中化架構(gòu)功率傳輸比對(duì)圖

讓我們假設(shè)在分散式和集中化這兩種架構(gòu)下直流線損都是0．5％，交流線損都是1．5％（實(shí)際上分散式架構(gòu)總線損會(huì)比集中式架構(gòu)大）。在削峰時(shí)逆變器端保持100％功率輸出，如采用分散式架構(gòu)，最終在交流電網(wǎng)連接點(diǎn)POC得到的功率為98．5％，如采用集中化架構(gòu)，經(jīng)過直流功率傳輸后逆變器才進(jìn)行削峰，最終在電網(wǎng)連接點(diǎn)POC得到的功率為99．5％?？梢?，采用集中化架構(gòu)布局，最終的上網(wǎng)電量會(huì)更高。

更快的通訊

逆變器集中化架構(gòu)布局，逆變器之間的通訊線纜可以更短，逆變器到數(shù)據(jù)采集器之間的通訊距離一般也可以做到在20～30m之內(nèi)。SMA SUNNY HIGHPOWER PEAK3 逆變器采用以太網(wǎng)通訊，以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)速最高可達(dá)100Mbit／s，足夠在1S內(nèi)實(shí)現(xiàn)所有電站控制。

▲ 集中化架構(gòu)為電站更好的提供魯棒性控制

而對(duì)于采用PLC通訊的組串式逆變器，其節(jié)省的通訊線纜長(zhǎng)度不過數(shù)十米，但是通常需要額外增加適配器，并且PLC通訊速度最大為115．2Kbit／s，這在日益復(fù)雜及高要求的電站級(jí)別控制上還是顯得有些緩慢。

安裝施工及后期運(yùn)維更便利

組串式逆變器由于單機(jī)功率較小，一個(gè)電站中往往有幾十甚至上百臺(tái)組串式逆變器。以一個(gè)20MW的中小型地面電站為例，占地面積超過300畝，如果采用分散式布局，上百臺(tái)組串式逆變器分散在各個(gè)角落，不僅安裝調(diào)試耗時(shí)耗力，后期日常巡檢維護(hù)或是逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，更是會(huì)出現(xiàn)滿山遍野尋找逆變器的尷尬場(chǎng)面。

PEAK3 150kW 組串式逆變器

SUNNY HIGHPOWER PEAK3 作為SMA在小型地面電站及工商業(yè)領(lǐng)域推出的組串式逆變器，秉承了SMA逆變器高功率密度集成的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，采用了最新的SIC（碳化硅）技術(shù)，最大效率可達(dá)99．1％， 直流超配比例可達(dá)150％ 。

針對(duì)PEAK3 逆變器的應(yīng)用，SMA在此推薦一個(gè)典型的設(shè)計(jì)示范。

▲ PEAK3 典型方案設(shè)計(jì)圖

如設(shè)計(jì)圖所示，PEAK3 直流輸入最大電壓1500V，組件通過直流匯流箱接入PEAK3 逆變器，支持高達(dá)150％超配，逆變器直流交流側(cè)可應(yīng)用銅芯或者鋁芯線纜，逆變器交流側(cè)通過低壓面板后接入箱變。

PEAK3 采用以太網(wǎng)通訊，通過SMA Data Manager M（可接入多達(dá)50臺(tái)逆變器）將數(shù)據(jù)上傳至SMA Sunny Protal云平臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)免費(fèi)的數(shù)據(jù)監(jiān)控。

▲ PEAK3 典型設(shè)計(jì)示范圖