集中式與組串式逆變器方案在大型并網(wǎng)光伏電站中的投資成本分析

中國電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 ■ 高立剛

甘肅中電投吉能新能源有限公司 ■ 范憲國

0 引言

近年來，國家政策從初始投資補(bǔ)貼轉(zhuǎn)向度電補(bǔ)貼，如何降低電站運(yùn)維成本、提高發(fā)電量、提升電站整體收益率，成為光伏電站投資者關(guān)注的焦點(diǎn)。國際上計(jì)算發(fā)電成本使用平準(zhǔn)化成本LCOE(Levelized Cost of Energy)來衡量電站投資的可行性。LCOE是系統(tǒng)生命周期內(nèi)產(chǎn)生的所用相關(guān)費(fèi)用之和與發(fā)電量總額之比，即每度電的發(fā)電成本(單位：元/kWh)，也適用于光伏發(fā)電領(lǐng)域。

通常項(xiàng)目業(yè)主比較重視組件、支架、逆變器、箱變、線纜等設(shè)備的成本分析，其實(shí)電站的施工成本也是一個(gè)較大占比。本文將對(duì)集中式逆變器和組串式逆變器的建設(shè)成本，包括物料安裝和施工成本進(jìn)行詳細(xì)分析，并采用同一廠家的組件、逆變器、線纜等，進(jìn)行平準(zhǔn)化發(fā)電成本分析。

1 并網(wǎng)逆變器簡(jiǎn)介

目前市場(chǎng)上并網(wǎng)逆變器的產(chǎn)品主要有兩種主流的發(fā)展方向：一種是組串式逆變器，另一種是集中式逆變器。兩種方案在大規(guī)模并網(wǎng)光伏電站的應(yīng)用均較為廣泛。

集中式逆變器的規(guī)格以單機(jī)500 kW為主要產(chǎn)品，隨著技術(shù)的更新也出現(xiàn)了630 kW的產(chǎn)品、1 MW的并網(wǎng)逆變器及一體化機(jī)房。圖1為陣列區(qū)逆變器室，因逆變器需強(qiáng)制冷卻，因此逆變器外墻上設(shè)專用風(fēng)道(采用冷風(fēng)時(shí))。圖2為集裝箱逆變器房。集中型逆變器一般采用單路MPPT(最大功率跟蹤)跟蹤，組件串經(jīng)直流匯流后接入并網(wǎng)逆變器，再經(jīng)升壓箱變并入電網(wǎng)。采用集中型逆變器后，每個(gè)組串至逆變器的路徑有一定差異，使得壓降和線路損耗不同。因此，集中式逆變器直流母線電壓側(cè)并不能真實(shí)地反映每個(gè)組串的電壓，而集中型逆變器的跟蹤是以直流側(cè)母線電壓電流為依據(jù)，實(shí)際上，這種跟蹤方式屬于“偽跟蹤”，并不能跟蹤到整個(gè)1 MWp子方陣的最大功率點(diǎn)。

圖1 陣列區(qū)逆變器室

圖2 集裝箱逆變器房

圖3 組串式逆變器(支架安裝)

組串式逆變器是以組串為單位，在組串式逆變器的進(jìn)線側(cè)設(shè)2～3路MPPT，每1～2個(gè)組串接入1路MPPT，每4～5個(gè)組串(約30～40 kW)對(duì)應(yīng)1臺(tái)并網(wǎng)逆變器。采用組串式逆變器多路MPPT方案可跟蹤到每個(gè)組串的最大功率點(diǎn)。減少組串不匹配，理論上可提高發(fā)電量。

2 大型地面光伏電站項(xiàng)目比較

大型并網(wǎng)光伏電站的主要發(fā)電設(shè)備為電池組件、逆變器、升壓箱變等。其施工主要包括平整土地、打樁、支架安裝、組件安裝、設(shè)備安裝、布線、逆變器室建設(shè)等方面。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的促進(jìn)，組串式逆變器的成本快速降低，組串式逆變器與集中式逆變器的價(jià)格差距已縮至0.15～0.20元/W。

鑒于各廠家的組串式和集中式逆變器的性能、質(zhì)量存在差異，為便于比較，在新疆哈密地區(qū)某大型光伏電站選取國內(nèi)某知名品牌廠商的集裝箱集中式逆變器(1 MW)和組串式逆變器(40 kW)進(jìn)行建設(shè)成本(不計(jì)入相同部分，如組件等)比較。目前的市場(chǎng)價(jià)格，集裝箱式逆變器為0.32～0.38元/W，組串式為0.45～0.50元/W。

經(jīng)濟(jì)比較：由表1、2可知，使用組串式方案要比使用集中式總體造價(jià)節(jié)約0.01元/Wp?？紤]各種實(shí)際布局因素，兩種方案初始投資成本基本持平。

表1 采用集中式逆變器的1 MWp光伏電站

表2 采用組串式逆變器的1 MWp光伏電站

通過比較西部大型地面光伏電站，組串式逆變器在地面電站中發(fā)電量可提升約3%，因此可帶來更高的發(fā)電收益，從而間接降低成本。以西部典型電站為例，組串式逆變器每年每W提升的發(fā)電收益為1.6 kWh/W×3%×0.9元/kWh×1a=0.0432元/W。每50 MW的大型地面光伏電站每年可增加216萬元的發(fā)電量收入，采用組串式逆變器，其LCOE指數(shù)較低。

技術(shù)比較：集中式方案無法適應(yīng)多樣化的場(chǎng)景和需求，如地面起伏不平、朝向不一致、局部遮擋、組件型號(hào)不同、可安裝的面積大小不同和相對(duì)零散等；運(yùn)維中存量管理問題突出，面臨監(jiān)控困難、故障定位難、服務(wù)響應(yīng)慢等挑戰(zhàn)。

集中式方案采用集裝箱形式，地基施工成本跟兆瓦房相當(dāng)，但是增加了設(shè)備，同時(shí)增加了很多故障點(diǎn)，如風(fēng)扇、熔絲、配套設(shè)備，給后續(xù)運(yùn)維帶來了諸多問題。特別是西部風(fēng)沙嚴(yán)重地區(qū)，集裝箱的散熱和防塵一直是困擾業(yè)主的問題，也增加了大量的運(yùn)維成本。

利用組串逆變器進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)降低了施工工藝難度。相對(duì)于集裝箱式逆變器，組串逆變器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小巧輕便，無需進(jìn)行土建施工、重型機(jī)械吊裝，運(yùn)輸安裝更加方便，無需高級(jí)技工參與即可完成安裝、接線和調(diào)試，自然散熱，IP65防護(hù)等級(jí)，更安全可靠。

更為重要的是，組串式逆變器多路MPPT方案可跟蹤到每個(gè)組串的最大功率點(diǎn)，減少組串不匹配，提高運(yùn)行效率。

3 結(jié)論與建議

由經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較可知，使用組串式逆變器解決方案，促成了系統(tǒng)建設(shè)成本的整體降低，提升了系統(tǒng)的發(fā)電量；同時(shí)組串式逆變器簡(jiǎn)單靈活的組網(wǎng)方式和精細(xì)化管理也在工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)維、設(shè)備維護(hù)等方面為客戶帶來了更多的價(jià)值和便利；并且能適應(yīng)不同類型，如地面電站、山地電站等。綜合投入與產(chǎn)出，組串式解決方案為投資方將帶來更低的LCOE。

在大型地面光伏電站、山地光伏電站建設(shè)中，由于組件串到逆變器的直流壓降接觸電阻等方面的影響，使得集中逆變器直流側(cè)的跟蹤方式為“偽跟蹤”；逆變器的單路MPPT難以跟蹤整個(gè)500 kW陣列的最佳工作點(diǎn)，木桶“短板效應(yīng)”顯著。在山地、丘陵等安裝區(qū)域，大型設(shè)備交運(yùn)、吊裝、安裝空間有限，增加電纜長度，加劇了損耗，不利于優(yōu)化設(shè)計(jì)。

因此，在大型地面并網(wǎng)光伏電站等項(xiàng)目中采用組串式逆變器優(yōu)點(diǎn)突顯，值得推廣。

[1] 傅國軒， 李雪， 高旭冬. 并網(wǎng)光伏電站基于匯流箱組串電流離散率的分析方法及應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源， 2014， (11)： 109－113

[2] 柴亞盼， 童亦斌. 陰影遮擋下組串式MPPT應(yīng)用研究[J]. 變流技術(shù)與電力牽引，2014， (4)： 20－24.