組串式和集中式逆變器 誰(shuí)更可靠更堅(jiān)強(qiáng)

光伏電站產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠性直接影響投資人收益，在長(zhǎng)達(dá)25年的投資回報(bào)期內(nèi)，提高發(fā)電效率、降低產(chǎn)品故障是永恒不變的主題。目前國(guó)內(nèi)光伏電站質(zhì)量長(zhǎng)期可靠性隱患重重，其中逆變器可靠性更成為了大家關(guān)注的熱點(diǎn)。 　　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(chǎng)商Phoenixsolar的首席技術(shù)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(jié)論是5~6年可以收回改造的成本，主要的原因是因?yàn)榧惺侥孀兤骶S護(hù)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(nèi)對(duì)于組串式與集中式逆變器的故障率、可靠性眾說(shuō)紛紜。那么到底誰(shuí)更可靠，誰(shuí)更堅(jiān)強(qiáng)？本文從以下幾個(gè)角度詳細(xì)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(yùn)行設(shè)計(jì)，采用IP65防護(hù)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部的環(huán)境隔離，使內(nèi)部器件保持在無(wú)塵和穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境中，大大降低了溫度、風(fēng)沙、濕氣、鹽霧等外部環(huán)境對(duì)器件壽命的影響，因此可靠性大大增強(qiáng)。同時(shí)系統(tǒng)無(wú)易損部件，無(wú)熔絲、無(wú)風(fēng)扇等需定期更換器件，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)免維護(hù)；整機(jī)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(jī)房，防護(hù)等級(jí)IP54，但因機(jī)房普遍采用直通風(fēng)式散熱方案，實(shí)際只能達(dá)到IP44或者更低，無(wú)法阻擋風(fēng)沙、灰塵和腐蝕性氣體進(jìn)入逆變器。集中式逆變器防護(hù)等級(jí)只有IP20，內(nèi)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(nèi)電路板、端子排等的累積會(huì)造成爬電距離減小，最終造成放電、起火等安全風(fēng)險(xiǎn)；濕塵在PCB或元器件間易形成漏電效應(yīng)和腐蝕效應(yīng)，造成信號(hào)的異常或高壓拉弧打火，還有可能造成電網(wǎng)對(duì)PE的短路，引起逆變器異常關(guān)機(jī)或炸毀。同時(shí)逆變器風(fēng)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(guò)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(shè)，其實(shí)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(shè)備大很多。 圖1逆變器機(jī)房的灰塵圖2逆變器設(shè)備內(nèi)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(chǎng)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(fēng)散熱，灰塵，鹽霧等會(huì)對(duì)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(lái)看，SMA在1995年推出的第一款逆變器是組串式逆變器，過(guò)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(jīng)經(jīng)歷了近20年的實(shí)際應(yīng)用考驗(yàn)，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(shù)也更成熟。 　　2.散熱對(duì)可靠性的影響：集中式大于組串式 　　組串式逆變器單個(gè)功耗數(shù)百瓦，可以實(shí)現(xiàn)自然散熱設(shè)計(jì)，且可滿(mǎn)足60℃環(huán)境溫度下可靠運(yùn)行，集中式逆變器，尤其是10尺集裝箱方案，1MW的損耗高達(dá)30千瓦，相當(dāng)于有30個(gè)1千瓦的電爐絲在10尺集裝箱內(nèi)部烘烤，單靠幾個(gè)風(fēng)扇是很難實(shí)現(xiàn)可靠散熱的，極大增加了燒機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。 　　據(jù)實(shí)際測(cè)量，西部地面電站，組串式逆變器掛在組件下面，開(kāi)曠通風(fēng)好，環(huán)境溫度21℃時(shí)內(nèi)部溫度43.8℃，溫升22.8℃，而集中式房?jī)?nèi)溫度23℃，柜體內(nèi)溫度高達(dá)53℃，溫升30℃。在炎熱夏天，機(jī)房?jī)?nèi)溫度超過(guò)50度是經(jīng)常的事情，集中式逆變器柜體內(nèi)溫度更高更惡劣。而高溫帶來(lái)的將是器件壽命降低、降額甚至炸機(jī)隱患。 　　西北風(fēng)沙嚴(yán)重地區(qū)，逆變器房中積灰導(dǎo)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(yán)重會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部IGBT器件損壞，設(shè)備不斷重啟，甚至燒壞。今年上半年以來(lái)，幾乎每個(gè)月都有因?yàn)樯釂?wèn)題，集中式方案出現(xiàn)炸機(jī)等嚴(yán)重事故。 　　3.系統(tǒng)可用度及其對(duì)發(fā)電量的影響：集中式的損失是組串式的17倍 　　歐洲應(yīng)用的頂級(jí)組串式逆變器，其MTBF可以做到35萬(wàn)小時(shí)，年失效率均在1%以下，部份廠(chǎng)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(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)。 　　集中式一般需要廠(chǎng)家的專(zhuān)業(yè)人員到場(chǎng)定位及維修，處理時(shí)間長(zhǎng)，影響發(fā)電量；而組串式逆變器，可直接由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員進(jìn)行更換處理，簡(jiǎn)單快捷，先保證發(fā)電，然后再對(duì)故障進(jìn)行分析、維修。組串式任意一臺(tái)逆變器失效時(shí)，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(shè)備一旦發(fā)生故障，可能整個(gè)方陣會(huì)停止工作，修復(fù)時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)定位和備件準(zhǔn)備情況而定，一般至少為2-3天，有的長(zhǎng)達(dá)1周，甚至一個(gè)月，對(duì)發(fā)電量的損失將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出對(duì)故障損失的預(yù)期值。 　　以10MW電站為例，按平均每天峰值日照時(shí)數(shù)6小時(shí)計(jì)算，集中式方案平均每年發(fā)電量損失將達(dá)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(yuǎn)低于集中式 　　集中式逆變器維護(hù)必須由專(zhuān)業(yè)維護(hù)人員進(jìn)行，對(duì)技能要求高，即使是部件損壞，也需要專(zhuān)業(yè)運(yùn)維人員到現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)故障定位并更換，除部件更換費(fèi)用外，人工費(fèi)用，差旅費(fèi)用都是高昂的維護(hù)成本。并且，集中式逆變器如果是整機(jī)完全損壞，更換極為麻煩，重型機(jī)械設(shè)備要入場(chǎng)，逆變器從機(jī)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(chǎng)家的備件，一旦廠(chǎng)家倒閉，未來(lái)維護(hù)將會(huì)被迫中斷，業(yè)主也只有更換新的產(chǎn)品。而組串式的只需要直接整機(jī)更換，不需要專(zhuān)業(yè)維護(hù)人員，30分鐘可以更換完畢。5年維保期內(nèi)，免費(fèi)替換，質(zhì)保期外的故障的機(jī)器，可以借助現(xiàn)代物流平臺(tái)，低成本返廠(chǎng)維修，僅需收取少量維修費(fèi)用，維護(hù)成本遠(yuǎn)低于集中式大機(jī)方案。 　　目前業(yè)界逆變器品牌良莠不齊，最近有人說(shuō)組串式逆變器5年后需要大量更換的說(shuō)法是以偏蓋全。如果組串式逆變器在設(shè)計(jì)上沒(méi)有突破，和集中式逆變器一樣，也要風(fēng)扇冷卻和熔絲，防護(hù)等級(jí)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(wú)熔絲設(shè)計(jì)的品牌后，這些問(wèn)題就不存在了。 　　對(duì)于組串式逆變器的選擇要充分考慮其品質(zhì)。首選質(zhì)量可靠，品質(zhì)優(yōu)越，能長(zhǎng)期保障電站良好運(yùn)營(yíng)，并且有大規(guī)模應(yīng)用的逆變器廠(chǎng)家。世界頂級(jí)的組串式逆變器，年失效率均在0.5%以下，遠(yuǎn)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(tái)其他品牌的組串式逆變器，更換成本較低，對(duì)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(wú)論是在故障率還是運(yùn)維成本方面都更占優(yōu)勢(shì)，能保證電站長(zhǎng)期可靠的運(yùn)營(yíng)。在過(guò)去10多年逆變器的發(fā)展過(guò)程中，歐洲的技術(shù)領(lǐng)先全球市場(chǎng)2-3年，是技術(shù)和市場(chǎng)的風(fēng)向標(biāo)，中國(guó)、美國(guó)和日本等市場(chǎng)，基本上是跟隨歐洲的路線(xiàn)，同時(shí)吸收歐洲的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。 　　現(xiàn)在以SMA為代表的技術(shù)廠(chǎng)家在美國(guó)和歐洲正在力推組串式方案。國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的光伏電站也正在采用組串式方案?？梢?jiàn)，組串式正在成為光伏電站建設(shè)的主流方案。當(dāng)然，在選擇組串式設(shè)備的廠(chǎng)家時(shí)，我們也應(yīng)該選擇質(zhì)量可靠、口碑好的產(chǎn)品，才能讓我們的業(yè)主25年真正的放心無(wú)憂(yōu)！