到底什么逆變器才能真正“領(lǐng)跑”?

發(fā)布時(shí)間:2016-08-19   來源:世紀(jì)新能源網(wǎng)

  逆變器作為光伏系統(tǒng)的核心設(shè)備,何種技術(shù)路線真正適應(yīng)領(lǐng)跑者項(xiàng)目,行業(yè)內(nèi)一直爭論不休卻沒有公論,筆者認(rèn)為,不管是集中式、集散式還是組串式,只要能夠通過技術(shù)創(chuàng)新來降低度電成本,幫助用戶實(shí)現(xiàn)最大化收益,就能在領(lǐng)跑者競爭中脫穎而出,成為真正的領(lǐng)跑者。

  1、什么逆變器才能真正”領(lǐng)跑”?

  “領(lǐng)跑者”對系統(tǒng)以及逆變器都提出了更高的要求,要求系統(tǒng)效率不低于81%;逆變器最大效率不低于99%,中國效率達(dá)到或超過98.2%;具有1.1倍額定功率下的過載能力,逆變器還需具備零電壓穿越功能,同時(shí)具備保護(hù)逆變器自身不受損壞的功能等;另外,由于競價(jià)機(jī)制的推出,價(jià)格也成為領(lǐng)跑者的主要競爭條件之一。所以,什么是真正的領(lǐng)跑者?只有具備高效、穩(wěn)定的性能,發(fā)電量高、投資成本低,電網(wǎng)接入性好,能夠幫助用戶達(dá)到最大化收益的才是真正的領(lǐng)跑者。

  多路MPPT不代表領(lǐng)跑者,理論分析與電站實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明,在某一局部區(qū)域內(nèi),在傾角朝向一致、均無遮擋的情況下,MPPT數(shù)量多少與實(shí)際發(fā)電量無因果關(guān)系。根據(jù)地形,合理布局,選擇合適路數(shù)的MPPT,提升發(fā)電量,降低初期投資,提高收益率才能真正領(lǐng)跑。

  縱觀八大領(lǐng)跑者基地,確實(shí)存在某些局部區(qū)域布局1MW方陣?yán)щy,但布局150kW-500KW的方陣相對容易。選擇組串式逆變器,成本大幅增加,選擇傳統(tǒng)集中式逆變器,又無法全部滿足至少一局部區(qū)域內(nèi)一路MPPT的需求;對于水面電站而言,安裝表面十分平坦,MPPT數(shù)量基本沒有任何影響。因此,能夠適應(yīng)不同特征地形應(yīng)用,且系統(tǒng)成本比傳統(tǒng)集中式低,發(fā)電量比組串式逆變器高,同時(shí)長期可靠運(yùn)行的逆變器才能在領(lǐng)跑者應(yīng)用中脫穎而出。

  2、集中模組式逆變器專為領(lǐng)跑而生

  特變電工集中模組式逆變器,單機(jī)功率500kW~1MW,每167kW支持1路MPPT,2MW箱式逆變器支持1~12路MPPT,完全滿足至少一局部區(qū)域內(nèi)一路MPPT的需求,完美的解決了不同地貌特征下,光伏電站對逆變器的性能要求。

  下面認(rèn)識一下集中模組式逆變器:

  集中模組式逆變器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示,1MW單機(jī)由6個(gè)模組組成,每個(gè)模組額定167kW,MPPT支持1-6路可設(shè)置;由2臺1MW單機(jī)組成的2MW模組式集裝箱,如圖3-2所示;支持1~12路MPPT可設(shè),可根據(jù)地形選擇MPPT路數(shù),配置靈活方便;每個(gè)模組獨(dú)立設(shè)計(jì),集中并網(wǎng),支持公共直流母線和獨(dú)立直流母線兩種;集成SVG功能,對輸電線路進(jìn)行無功補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)電壓的調(diào)節(jié),從而確保電站在弱電網(wǎng)情況下的穩(wěn)定運(yùn)行,電網(wǎng)接入性更加友好。

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圖2-1模組式逆變器

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圖2-2模組式2MW箱式逆變器TC2000KS

  3、集中模組式逆變器助力光伏電站提升投資收益率

  光伏電站提升投資收益率,一方面要降低初始投資成本及運(yùn)維成本,另一方面要提升發(fā)電量,眾所周知,L=W×H×η;L——光伏電站年發(fā)電量;W——光伏電站裝機(jī)容量;H——滿載小時(shí)數(shù);η——光伏電站系統(tǒng)總效率。由此可見,提升光伏電站投資收益率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要有降低初期投資、提高滿載小時(shí)數(shù)、提高系統(tǒng)效率及降低故障率,減少維護(hù)成本。

  3.1集中模組式方案相比組串式方案,初始投資成本節(jié)省0.3元/W。

  下面以50MW電站為例,常規(guī)配置:

  表3-1:方案對比

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  表3-2投資成本對比

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  TC2000KS集中模組箱式逆變器方案50MW項(xiàng)目比組串式方案節(jié)省初期投資1500.1萬元,即節(jié)省約0.3元/W。

  3.2交流輸出1.2倍長期過載,支持1.3倍以上的容配比設(shè)計(jì),初始投資節(jié)省7.2分/W

  以50MW為例,同按集中式方案做對比,一般容配比為1.1:1,能夠配55MW光伏組件。而集中模組式逆變器支持1.3倍以上的容配比設(shè)計(jì),55MW光伏組件只需配42MW逆變器,相比可以減少4臺2MW逆變器及96臺直流匯流箱、4臺變壓器和交直流線纜,初始投資節(jié)省358萬元,即節(jié)省7.2分/W。

  3.3提高滿載小時(shí)數(shù),發(fā)電量提升2.7%

  光伏電站如何提高滿載小時(shí)數(shù),其中一個(gè)最有效簡單的辦法就是提高電站的容配比。

  模組式逆變器強(qiáng)大的過載能力,3000m海拔,55℃環(huán)溫輸出1.2倍長期過載,推薦系統(tǒng)容配比:I類地區(qū)推薦1.2~1.25;II類地區(qū)推薦1.25~1.3;III類地區(qū)推薦1.3倍以上。

  以國內(nèi)II類地區(qū)某電站為例,容配比按1.3倍設(shè)計(jì),使用500kW集中模組式逆變器,其功率曲線如圖3-1所示。

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圖3-1功率曲線圖

  從功率曲線圖可以看出,500kW逆變器交流輸出功率可達(dá)到580kW左右,按每年交流過載輸出60天計(jì)算,發(fā)電量提升2.7%。

  而組串式逆變器過載能力很弱,而且屬于全封閉戶外電源,陽光越強(qiáng),對散熱的要求越高,實(shí)測內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度相差20℃以上,在塵土或雜物覆蓋時(shí)溫差更大,很容易達(dá)到降額運(yùn)行,因降額給客戶造成巨大的發(fā)電量損失。

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圖3-2實(shí)際降額曲線對比圖

  3.4相比組串式逆變器,系統(tǒng)效率提升2.83%

  影響系統(tǒng)效率的主要因素有:環(huán)境因素—溫升、設(shè)備因素—組件衰減、轉(zhuǎn)換效率、施工因素—系統(tǒng)可靠性、設(shè)計(jì)因素—交直流線損及運(yùn)維管理因素—故障損失等。

  集中模組式逆變器3000m海拔,55℃環(huán)溫不降額運(yùn)行;中國效率98.44%(晶硅)、98.525(薄膜),行業(yè)領(lǐng)先;集成PID防護(hù)及修復(fù)功能,有效預(yù)防組件PID衰減,避免組件發(fā)生PID現(xiàn)象;由于組串式逆變器數(shù)量太多,接線較為復(fù)雜,可靠性降低,同時(shí),不易管理,特別對于山地,故障后整機(jī)更換效率低。根據(jù)主要因素評估系統(tǒng)效率對比如表3-3所示。

  表3-3系統(tǒng)效率對比

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  3.525年可靠壽命,節(jié)省維護(hù)成本

  1)25年壽命來源于精心設(shè)計(jì)和多年技術(shù)沉淀

  光伏電站的投資回報(bào)周期較長,為獲得預(yù)期收益必須保證電站穩(wěn)定運(yùn)行20年以上。如此一來,器件選型對逆變器的壽命起著決定作用,同時(shí),電容是逆變器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)能量交換的重要器件之一,其使用壽命直接關(guān)系到逆變器的整機(jī)壽命,而逆變采用高頻斬波技術(shù),母線電容將承擔(dān)很大的高頻紋波電流。如圖3-3所示。

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圖3-3

  對于組串式逆變器而言,部分組串式逆變器廠家使用不滿足長期設(shè)計(jì)壽命的電解電容,如圖3-4所示,根據(jù)電容的壽命計(jì)算,電解電容的壽命在金膜電容的1/4以下,計(jì)算壽命不足8年,電解電容任意工況下理論最大壽命值不足15年。因此,在電站生命周期內(nèi)需要更換整機(jī)3次!極大增加了客戶維護(hù)投入成本。100MW更換一次需要費(fèi)用超過4000萬元。

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圖3-4

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圖3-5

  與此同時(shí),組串式逆變器電容通常直接集成在主電路板上,更換電容意味著整機(jī)更換,超過5年質(zhì)保期后的維護(hù)成本必將大于重新采購成本!

  而集中式逆變器使用金屬膜電容,10萬小時(shí)壽命,工作溫度-40℃至105℃,輕松保障25年的運(yùn)行周期。

  組串式逆變器內(nèi)部使用軸流風(fēng)機(jī),小型軸流風(fēng)機(jī)由于內(nèi)部材料因素的影響,其運(yùn)行溫度范圍較小,通常只在-10℃至70℃的范圍內(nèi),且溫度高的情況下工作時(shí),其壽命會(huì)急劇降低。在電站環(huán)境太陽光直射的情況下,電池板周邊溫度很高,達(dá)到或超過50℃是較為常見的。而逆變器在此時(shí)往往功率輸出也大,腔體內(nèi)溫度比環(huán)境溫度高20℃以上,因而軸流風(fēng)機(jī)往往運(yùn)行在70℃以上的高溫環(huán)境中。如圖3-6所示,使用軸流風(fēng)機(jī)的組串式逆變器在電站生命周期內(nèi)需要更換風(fēng)機(jī)2.5次!

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圖3-6軸流風(fēng)機(jī)壽命分析

  集中式逆變器采用EBM離心式風(fēng)機(jī),較傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)散熱效率提高20%,且實(shí)現(xiàn)器件級更換,極大的降低運(yùn)維成本。

  另外,集中模組式逆變器采用專利的智能啟停設(shè)計(jì),根據(jù)其光照強(qiáng)度確定運(yùn)行模組數(shù)量,累積發(fā)電量確定模組運(yùn)行優(yōu)先級,來平衡模組運(yùn)行時(shí)間,使單模組平均運(yùn)行時(shí)間減少20%,整機(jī)壽命提升20%。具體工作過程如圖3-7所示。

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圖3-7智能起停工作過程

  2)可維護(hù)性–障礙越野或直接運(yùn)輸?shù)轿唬?/span>

  組串式逆變器安裝數(shù)量多,且一般實(shí)行整機(jī)更換,在相當(dāng)數(shù)量的區(qū)域無法保證安裝位置平坦或易于到達(dá),大部分廠家組串式逆變器都在50公斤左右,若要更換可能需要兩人抬著整機(jī)越過多重障礙!

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圖3-8組串式安裝位置示意圖

  集中模組式逆變器必然安裝在道路兩側(cè),維護(hù)人員可以快速的到達(dá)現(xiàn)場。設(shè)備的備品備件也可以通過汽車等交通工具運(yùn)輸。徹底解決人員運(yùn)輸?shù)谋锥恕?/span>

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圖3-9集中式安裝位置示意圖

  3)任意模組故障不影響整機(jī)運(yùn)行,可在不停機(jī)的情況下進(jìn)行模組的維修和保養(yǎng)

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圖3-10模組故障消除示意圖

  故障時(shí)冗余不停機(jī):部分模塊出現(xiàn)故障時(shí),只需維護(hù)故障模塊,其余模塊正常工作。單模組維護(hù)時(shí)間小于20分鐘,避免因故障而損失過多發(fā)電量。

  4、優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量輸出,電網(wǎng)接入性更加友好

  現(xiàn)場電網(wǎng)對逆變器的瞬態(tài)響應(yīng)、低電壓穿越等響應(yīng)速度要求很高,組串式逆變器數(shù)量巨大,在各個(gè)逆變器輸出側(cè)端口電壓有差異的情況下,很容易形成動(dòng)作的不一致性。

  在組串式逆變器組成的1MW系統(tǒng)中,共需要20臺逆變器,根據(jù)逆變器布置位置,逆變器距離箱式變壓器最遠(yuǎn)可至數(shù)百米;如圖4-1所示。

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圖4-1組串式逆變器布置位置

  對于50kW的組串式逆變器,輸出電壓為480V時(shí),輸出電流為:I=Pn/(√3Un)=50000/(√3*480)=60.14A,假設(shè)A逆變器距離箱變100米,B逆變器距離箱變500米,由于電壓差異,將會(huì)造成A逆變器正常運(yùn)行時(shí)但B逆變器已經(jīng)欠壓保護(hù)停機(jī)的情況!或者B經(jīng)常性進(jìn)入低穿補(bǔ)償無功,將使整個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性變差,導(dǎo)致極差的電網(wǎng)適應(yīng)性和電能質(zhì)量。

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圖4-2組串式方案交流線纜壓降

  集中模組式逆變器集中并網(wǎng),避免系統(tǒng)出現(xiàn)諧波震蕩及弱電網(wǎng)現(xiàn)象,同時(shí),根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行模組投切、變頻控制,使全功率范圍內(nèi)均能輸出優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量。

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圖4-3電能質(zhì)量輸出對比

  5、總結(jié)

  逆變器集中式和組串式技術(shù)路線行業(yè)內(nèi)一直爭論不休卻沒有公論,集中式逆變器投入成本低,性能可靠;組串式逆變器初期投資大,后期維護(hù)成本巨大;集中模組式逆變器在傳統(tǒng)集中式逆變器的基礎(chǔ)上,通過技術(shù)創(chuàng)新,不斷優(yōu)化,得到業(yè)界一致好評,并取得廣泛應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)初期投資成本比傳統(tǒng)1MW集中式方案降低0.1元/W,比組串式方案降低0.3元/W的強(qiáng)大優(yōu)勢,不僅解決了復(fù)雜地形應(yīng)用的問題,還通過自身的超配能力、優(yōu)質(zhì)電能質(zhì)量等特點(diǎn)提升系統(tǒng)發(fā)電量,真正幫助用戶達(dá)到最大化收益。

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