某農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目逆變器選型分析

劉辰晨 王 勇

（1.上海交通大學(xué)，上海200240；2.上海寶網(wǎng)能源科技有限公司，上海201103）

0 引言

對(duì)于國(guó)內(nèi)常規(guī)地面光伏電站，通常存在一個(gè)潛在的認(rèn)識(shí)，即大型地面光伏電站選用集中式逆變器，而針對(duì)屋頂?shù)菳IPV類型分布式光伏電站選用組串式逆變器。關(guān)于逆變器的選擇，電力系統(tǒng)并網(wǎng)功能的滿足肯定為首要前提，其次就是建設(shè)成本的經(jīng)濟(jì)性分析。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性，在經(jīng)濟(jì)性分析時(shí)，不能僅考慮建設(shè)成本，同時(shí)應(yīng)考慮整個(gè)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)壽命周期內(nèi)的投入與產(chǎn)出，以做到綜合經(jīng)濟(jì)性最佳為原則。故大型地面光伏電站只能選用集中式逆變器的說法過于武斷，也不夠科學(xué)；因地制宜，根據(jù)光伏電站裝機(jī)規(guī)模、所處環(huán)境和電網(wǎng)接入要求，合理選擇逆變器類型，才可使項(xiàng)目投資者收益最大化。本文從浙江地區(qū)某大型農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目逆變器選型比較入手，分別從逆變器特性及不同類型逆變器對(duì)投資的影響進(jìn)行分析。

1 集中式逆變器與組串式逆變器的特點(diǎn)簡(jiǎn)析

目前市場(chǎng)化的主流光伏逆變器可分為集中式逆變器和組串式逆變器。其中集中式逆變器又分為戶內(nèi)安裝和戶外集裝箱式逆變器。相對(duì)來說，后者在大型地面電站中應(yīng)用更多。與組串式逆變器相比，通常每臺(tái)集中式逆變器有一路MPPT，光伏組件經(jīng)匯流后接入逆變器直流側(cè)。相對(duì)組串式逆變器，單臺(tái)集中式逆變器功率較大，單位成本較低，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。集中式逆變器對(duì)同一項(xiàng)目來說，設(shè)備總數(shù)少，便于運(yùn)行管理，電能質(zhì)量問題少，調(diào)度方便，同時(shí)對(duì)應(yīng)成本也較低。但集中式逆變器需專用機(jī)房或配套散熱專用設(shè)備，自用電較高，散熱設(shè)備維護(hù)成本高；直流系統(tǒng)需經(jīng)多次匯流，直流匯流箱故障率高，直流系統(tǒng)較交流系統(tǒng)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)更大；而逆變的MPPT因無法跟蹤每一串組件實(shí)時(shí)狀態(tài)，無法保證整個(gè)逆變器回路中組件都處于最佳工作點(diǎn)；同時(shí)若有部分組件遭到遮擋，發(fā)生遮擋失配會(huì)影響整個(gè)回路發(fā)電效率。

組串式逆變器通常應(yīng)用時(shí)指將一定數(shù)量光伏組件組串輸出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能的裝置。若干個(gè)光伏組串輸入一個(gè)逆變器，在直流端有最大功率峰值跟蹤功能，在交流端并聯(lián)后輸出。逆變器允許多路輸入，每路具有單獨(dú)的MPPT，能夠使組串并聯(lián)陣列較好地避免模塊差異和遮影等因素帶來的影響，減少了多路光伏組件與逆變器MPPT 不匹配情況，提高了發(fā)電量。但同時(shí)組串式逆變器由于技術(shù)正在成熟中，實(shí)際工程應(yīng)用較少，尤其是大型地面光伏電站，目前還鮮有長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，受限于單臺(tái)設(shè)備容量，零電壓穿越功能較難實(shí)現(xiàn)，不利于光伏電站獨(dú)立運(yùn)行。并且，對(duì)于投資者來說，組串式逆變器本身單位造價(jià)高于集中式逆變器，不利于項(xiàng)目初期投資成本控制。

2 某農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目逆變器選型對(duì)比

浙江某農(nóng)光互補(bǔ)光伏項(xiàng)目規(guī)劃總?cè)萘?8 MWp，總占地600畝，土地為復(fù)耕丘陵地帶，部分光伏組件位于梯田陡坡地勢(shì)。該項(xiàng)目光伏組件采用265 Wp規(guī)格國(guó)產(chǎn)多晶硅組件，使用預(yù)制樁加鋼支架順地形敷設(shè)。因考慮項(xiàng)目農(nóng)光互補(bǔ)特殊性，光伏組件相對(duì)地面抬高1.6 m 以上。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期按常規(guī)地面電站設(shè)計(jì)，選擇500kW 集中式逆變器，每2臺(tái)逆變器置于一座集中逆變箱房中。項(xiàng)目一期規(guī)劃11.66MWp，根據(jù)地形分割為10個(gè)方陣，其中5個(gè)1.143 MWp方陣、1個(gè)1.096 MWp方陣、4個(gè)1.213 MWp 方陣，共使用10 座集裝箱式集中式逆變器。

正如前文所述，對(duì)于一致性良好的大型地面電站，選擇集中式逆變器無可厚非，但本項(xiàng)目因其山地環(huán)境特殊性，又考慮農(nóng)作物生長(zhǎng)需求，部分區(qū)域內(nèi)光伏組件排布無法做到大型荒漠電站般一致不變，故盲目地把所有逆變器定為統(tǒng)一的集中式逆變器顯得不夠嚴(yán)謹(jǐn)。依據(jù)本項(xiàng)目地形特點(diǎn)，針對(duì)部分北坡緩坡地帶、南坡梯田陡坡以及低洼雜散布置地點(diǎn)，選擇組串式逆變器，可確保復(fù)雜、角度不一致的區(qū)域接入同一臺(tái)組串式逆變器的方陣具有良好的一致性，以提高整個(gè)單位系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電量。依此原則，保留原設(shè)計(jì)方案中5×1.143 MWp及1.096 MWp部分集中式逆變器設(shè)置，其余地塊全部更換為組串式逆變器。

3 投資成本與后期收益對(duì)比

不同生產(chǎn)商的不同級(jí)別產(chǎn)品因功能不同，價(jià)格范圍較寬，無法直接應(yīng)用于本項(xiàng)目成本變化估算。故在本項(xiàng)目方案比選過程中，選擇陽光電源旗下集中式逆變器與組串式逆變器，使得經(jīng)濟(jì)性比較更有意義。具體對(duì)比如表1所示。

表1 逆變器選型對(duì)于1 MWp光伏電站初投建設(shè)成本對(duì)比［1］

根據(jù)市場(chǎng)行情及以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，集中式逆變器目前單價(jià)為0.26元/Wp，同品牌同水準(zhǔn)的組串式逆變器單價(jià)高出0.2～0.25元左右，一般在0.46 元/Wp以上。如表1 所示，對(duì)同一項(xiàng)目，選擇組串式逆變器時(shí)，綜合造價(jià)會(huì)提高0.25 元/Wp左右。針對(duì)本項(xiàng)目，初投資直接成本增加150萬左右。考慮到采用組串式逆變器后，單位年發(fā)電量約增加3%［2］左右，本項(xiàng)目擬采5MW組串式逆變器替換原方案中集中式逆變器，按項(xiàng)目所在地1 056h年利用小時(shí)數(shù)計(jì)算，新方案年可增加15.8萬kW·h電量，不計(jì)算補(bǔ)貼，可增加直接電費(fèi)收入15.8萬元。對(duì)投資方來說，針對(duì)方案替換部分，內(nèi)部收益率（IRR）可提高約1個(gè)百分點(diǎn)。

4 結(jié)語

由于在國(guó)內(nèi)大范圍開展光伏發(fā)電初期，國(guó)內(nèi)組串式逆變器供應(yīng)商少且技術(shù)不成熟，國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格很高，組串式逆變器方案往往限制于整體造價(jià)；同時(shí)，由于大量地面電站建設(shè)工期限制，箱式集中式逆變器易于運(yùn)輸安裝的特點(diǎn)使其成為光伏電站首選。隨著國(guó)內(nèi)組串式逆變器生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)水平的不斷提高［3］，單位綜合造價(jià)的降低，對(duì)于投資者考慮到投資回報(bào)率，組串式逆變器在大型并網(wǎng)電站中的應(yīng)用將會(huì)是趨勢(shì)。

［1］陽光電源股份有限公司.光伏電站逆變器選型［J］.電源世界，2015（2）：49－52.

［2］羅宇飛，孫韻琳，陳開漢，等.并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣效率研究［C］//第12屆中國(guó)光伏大會(huì)暨國(guó)際光伏展覽會(huì)論文（光伏系統(tǒng)及工程、系統(tǒng)部件及并網(wǎng)技術(shù)），2012.

［3］張平.組串式逆變器提高光伏發(fā)電效率［N］.中國(guó)電力報(bào)，2014－12－11（006）.