組串式和集中式逆變器 誰更可靠更堅強

光伏電站產品的長期可靠性直接影響投資人收益，在長達25年的投資回報期內，提高發(fā)電效率、降低產品故障是永恒不變的主題。目前國內光伏電站質量長期可靠性隱患重重，其中逆變器可靠性更成為了大家關注的熱點。 　　2014年的慕尼黑的intersolar論壇上，資深的光伏從業(yè)人士ManfredBachler（曾是全球最大的EPC廠商Phoenixsolar的首席技術官）提出了用組串式逆變器改造現(xiàn)存的集中式逆變器的方案，給出的結論是5~6年可以收回改造的成本，主要的原因是因為集中式逆變器維護麻煩，可用性差，僅僅在可用度方面就比組串式逆變器差6%。 　　近日，行業(yè)內對于組串式與集中式逆變器的故障率、可靠性眾說紛紜。那么到底誰更可靠，誰更堅強？本文從以下幾個角度詳細分析，拋磚引玉。 　　1.逆變器失效率：集中式高于組串式，是其3倍 　　業(yè)界知名的組串式逆變器按照25年的系統(tǒng)可靠運行設計，采用IP65防護等級，實現(xiàn)內外部的環(huán)境隔離，使內部器件保持在無塵和穩(wěn)定的運行環(huán)境中，大大降低了溫度、風沙、濕氣、鹽霧等外部環(huán)境對器件壽命的影響，因此可靠性大大增強。同時系統(tǒng)無易損部件，無熔絲、無風扇等需定期更換器件，實現(xiàn)了系統(tǒng)免維護；整機故障率小于1%。 　　而集中式方案一般采用常規(guī)的土建房或集裝箱式機房，防護等級IP54，但因機房普遍采用直通風式散熱方案，實際只能達到IP44或者更低，無法阻擋風沙、灰塵和腐蝕性氣體進入逆變器。集中式逆變器防護等級只有IP20，內部電路器件容易暴露在惡劣的工作環(huán)境下。 　　比如灰塵在逆變器內電路板、端子排等的累積會造成爬電距離減小，最終造成放電、起火等安全風險；濕塵在PCB或元器件間易形成漏電效應和腐蝕效應，造成信號的異常或高壓拉弧打火，還有可能造成電網(wǎng)對PE的短路，引起逆變器異常關機或炸毀。同時逆變器風扇是易損件，平均使用壽命約為5年左右。 　　業(yè)界集中式逆變器故障率一般超過3%，故障率是組串式逆變器的3倍以上。北方很多電站是在戈壁灘上建設，其實際是典型的鹽堿地，灰塵中含大量的鹽離子成分。在晝夜間歇工作模式下，發(fā)生腐蝕和漏電的概率比常規(guī)的電氣設備大很多。 圖1逆變器機房的灰塵圖2逆變器設備內部的灰塵 　　另外從逆變器的輔助電源上比較，集中式輔助電源市場上的失效率一般是2~5%之間，其失效率高的主要原因也是直通風散熱，灰塵，鹽霧等會對可靠性有影響。而組串式逆變器輔助電源是自帶的電路，在全密閉環(huán)境下工作，失效概率極低。 　　從逆變器歷史來看，SMA在1995年推出的第一款逆變器是組串式逆變器，過了7年，才在2002年推出第一款集中式逆變器。室外組串式逆變器已經經歷了近20年的實際應用考驗，在歐洲用于大型地面電站的歷史比集中式逆變器更久，技術也更成熟。 　　2.散熱對可靠性的影響：集中式大于組串式 　　組串式逆變器單個功耗數(shù)百瓦，可以實現(xiàn)自然散熱設計，且可滿足60℃環(huán)境溫度下可靠運行，集中式逆變器，尤其是10尺集裝箱方案，1MW的損耗高達30千瓦，相當于有30個1千瓦的電爐絲在10尺集裝箱內部烘烤，單靠幾個風扇是很難實現(xiàn)可靠散熱的，極大增加了燒機的風險。 　　據(jù)實際測量，西部地面電站，組串式逆變器掛在組件下面，開曠通風好，環(huán)境溫度21℃時內部溫度43.8℃，溫升22.8℃，而集中式房內溫度23℃，柜體內溫度高達53℃，溫升30℃。在炎熱夏天，機房內溫度超過50度是經常的事情，集中式逆變器柜體內溫度更高更惡劣。而高溫帶來的將是器件壽命降低、降額甚至炸機隱患。 　　西北風沙嚴重地區(qū)，逆變器房中積灰導致防塵網(wǎng)堵塞、散熱器散熱性能變差，大功耗器件溫度急劇上升，引起溫度告警，更嚴重會導致內部IGBT器件損壞，設備不斷重啟，甚至燒壞。今年上半年以來，幾乎每個月都有因為散熱問題，集中式方案出現(xiàn)炸機等嚴重事故。 　　3.系統(tǒng)可用度及其對發(fā)電量的影響：集中式的損失是組串式的17倍 　　歐洲應用的頂級組串式逆變器，其MTBF可以做到35萬小時，年失效率均在1%以下，部份廠家可以做到低于0.5%，而集中式常規(guī)的MTBF一般只能做到5萬到10萬小時。 　　集中式一般需要廠家的專業(yè)人員到場定位及維修，處理時間長，影響發(fā)電量；而組串式逆變器，可直接由現(xiàn)場運維人員進行更換處理，簡單快捷，先保證發(fā)電，然后再對故障進行分析、維修。組串式任意一臺逆變器失效時，其它逆變器可以保持工作，不影響其它的發(fā)電量。集中式方案中的任一環(huán)節(jié)系統(tǒng)設備一旦發(fā)生故障，可能整個方陣會停止工作，修復時間視現(xiàn)場定位和備件準備情況而定，一般至少為2-3天，有的長達1周，甚至一個月，對發(fā)電量的損失將遠遠超出對故障損失的預期值。 　　以10MW電站為例，按平均每天峰值日照時數(shù)6小時計算，集中式方案平均每年發(fā)電量損失將達到7154KWH，而組串式只有420KWH，相比而言，集中式的損失是組串式的17倍。 　　4.組串式維修成本遠低于集中式 　　集中式逆變器維護必須由專業(yè)維護人員進行，對技能要求高，即使是部件損壞，也需要專業(yè)運維人員到現(xiàn)場，對故障定位并更換，除部件更換費用外，人工費用，差旅費用都是高昂的維護成本。并且，集中式逆變器如果是整機完全損壞，更換極為麻煩，重型機械設備要入場，逆變器從機房移出非常困難。 　　受軟件和硬件匹配等的影響，集中式逆變器必須使用原廠家的備件，一旦廠家倒閉，未來維護將會被迫中斷，業(yè)主也只有更換新的產品。而組串式的只需要直接整機更換，不需要專業(yè)維護人員，30分鐘可以更換完畢。5年維保期內，免費替換，質保期外的故障的機器，可以借助現(xiàn)代物流平臺，低成本返廠維修，僅需收取少量維修費用，維護成本遠低于集中式大機方案。 　　目前業(yè)界逆變器品牌良莠不齊，最近有人說組串式逆變器5年后需要大量更換的說法是以偏蓋全。如果組串式逆變器在設計上沒有突破，和集中式逆變器一樣，也要風扇冷卻和熔絲，防護等級較低，那5年后和集中式一樣需要大量更換。但如果選擇IP65，自然散熱和無熔絲設計的品牌后，這些問題就不存在了。 　　對于組串式逆變器的選擇要充分考慮其品質。首選質量可靠，品質優(yōu)越，能長期保障電站良好運營，并且有大規(guī)模應用的逆變器廠家。世界頂級的組串式逆變器，年失效率均在0.5%以下，遠低于集中式方案。某些組串式品牌若干年后倒閉或不存在了，也可以重新更換一臺其他品牌的組串式逆變器，更換成本較低，對系統(tǒng)整體發(fā)電量的影響甚微。 　　綜上所述，組串式逆變器相比集中式，無論是在故障率還是運維成本方面都更占優(yōu)勢，能保證電站長期可靠的運營。在過去10多年逆變器的發(fā)展過程中，歐洲的技術領先全球市場2-3年，是技術和市場的風向標，中國、美國和日本等市場，基本上是跟隨歐洲的路線，同時吸收歐洲的經驗和教訓。 　　現(xiàn)在以SMA為代表的技術廠家在美國和歐洲正在力推組串式方案。國內越來越多的光伏電站也正在采用組串式方案。可見，組串式正在成為光伏電站建設的主流方案。當然，在選擇組串式設備的廠家時，我們也應該選擇質量可靠、口碑好的產品，才能讓我們的業(yè)主25年真正的放心無憂！