因地制宜地進(jìn)行光伏電站設(shè)備選型

賀強(qiáng) 張海林

【摘 ?要】光伏電站從偏遠(yuǎn)的西北荒漠，發(fā)展到中東部的復(fù)雜山地、農(nóng)業(yè)大棚、漁業(yè)養(yǎng)殖等多種類型，光伏電站的類型越來(lái)越多，可光伏發(fā)電的逆變器也涌現(xiàn)出各種品牌，以集中式、集散式、組串式以及優(yōu)化器、微逆為代表的四種類型。其中：平坦荒漠電站 選集中式逆變器;復(fù)雜地形電站，選組串式，或集散式逆變器;但集中式、集散式、組串式逆變器，都存在并聯(lián)失配問(wèn)題。目前市場(chǎng)上以“優(yōu)化器、微型逆變器”為代表的新型解決方案。從根本上解決了串聯(lián)失配。

【關(guān)鍵詞】光伏;集中式;逆變器

一、電力現(xiàn)貨市場(chǎng)概況

光伏電站從偏遠(yuǎn)的西北荒漠，發(fā)展到中東部的復(fù)雜山地、農(nóng)業(yè)大棚、漁業(yè)養(yǎng)殖等多種類型，光伏電站的類型越來(lái)越多，筆者結(jié)合這些年參與光伏電站建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)不同類型電站，提出設(shè)備選型的一點(diǎn)參考意見。

縱觀光伏電站類型，主要以早期西北地區(qū)的大型荒漠電站、中東部復(fù)雜山丘電站、農(nóng)業(yè)大棚的農(nóng)光互補(bǔ)電站、新泰和兩淮領(lǐng)跑者為代表的水面電站、以及分布式電站。

在光伏電站中，并網(wǎng)逆變器雖然成本占比不大，但在系統(tǒng)中卻占據(jù)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。既要滿足直流側(cè)組件的高效發(fā)電，又要具備交流側(cè)的電網(wǎng)友好性。橋梁的重要性，不言而喻。

逆變器行業(yè)發(fā)展至今，也涌現(xiàn)出各種品牌，以集中式、集散式、組串式以及優(yōu)化器、微逆為代表的四種類型。

二、平坦荒漠電站 選集中式逆變器

國(guó)內(nèi)光伏最早起步于西北地區(qū)，西北有著廣袤、平坦的土地資源。西北的電站，從早期的敦煌特許權(quán)10MW項(xiàng)目（在2009年，10MW的容量，也相當(dāng)于現(xiàn)在的100MW），到目前常見的50MW、100MW，單體容量一般較大。對(duì)應(yīng)的設(shè)備數(shù)量多，投資成本高昂。

而且在西北略顯薄弱的電網(wǎng)環(huán)境下，投資者更應(yīng)注意單體大容量電站的電網(wǎng)友好性，能及時(shí)有效地響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度需求。

在此背景下，集中式逆變器解決方案成為平坦荒漠電站的最佳首選。理由如下：

集中式方案更簡(jiǎn)潔、維護(hù)成本更低：設(shè)備數(shù)量少;逆變器集成度高，易檢修維護(hù)，按照相同的故障率計(jì)算，集中式方案的維護(hù)成本是其它類型逆變器的幾分之一。

集中式方案收益更高：初始投資成本更低，1.25MW集中式方案比組串式方案成本節(jié)省0.2元/W以上，2.5MW集中式方案比組串式節(jié)省0.3元/W以上;平坦/緩地形，多個(gè)電站實(shí)際發(fā)電量表明，集中式與組串式發(fā)電量持平;

集中式方案并網(wǎng)更友好：更好的低電壓、高電壓穿越能力，滿足電網(wǎng)30ms無(wú)功響應(yīng)要求，具備替代SVG的能力;設(shè)備少，可快速閉環(huán)響應(yīng)上一級(jí)調(diào)度，并聯(lián)數(shù)量減少，無(wú)諧振風(fēng)險(xiǎn)。

集中式逆變器應(yīng)用至今，技術(shù)新能更加穩(wěn)定。強(qiáng)大的過(guò)載運(yùn)行能力，使集中式逆變器在中午時(shí)段的發(fā)電量明顯優(yōu)于其它類型的逆變器。

在青海共和的百兆瓦實(shí)證基地的運(yùn)行結(jié)果，也證明集中式逆變器在西北地區(qū)（多晴朗天氣），發(fā)電量和組串式式持平的。

組件的排布一致，且組件的衰減、電性能參數(shù)差，均正態(tài)分布在電站中。類似于中東部的水面電站，由于組件在水平面排布的一致性更好，基本上都選擇集中式逆變器解決方案。

三、復(fù)雜地形電站，選組串式，或集散式逆變器

西北地區(qū)雖然具備良好的光照資源，及廣袤的平坦荒地。但受限于本地消納有限、送出成本高昂等因素。目前光伏電站的建設(shè)趨勢(shì)，在往中東部轉(zhuǎn)移，中東部的地形條件更為復(fù)雜。在土地資源有限的情況下，電站更多地以山丘、山地形式來(lái)建設(shè)。針對(duì)此種應(yīng)用場(chǎng)景，推薦采用多路MPPT的組串式，或者集散式逆變器。

在復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景下，多路MPPT的逆變器方案，能有效改善因地勢(shì)坡度多變、組件朝向不一致、陰影遮擋帶來(lái)的失配損失，能提升發(fā)電量。

國(guó)內(nèi)企業(yè)的組串式逆變器，早期基本上是出口到德國(guó)、澳大利亞等居民屋頂電站較發(fā)達(dá)的市場(chǎng)。這兩年隨著中東部電站建設(shè)興起、戶用電站爆發(fā)，很多企業(yè)的組串逆變器開始“出口轉(zhuǎn)內(nèi)銷”，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的比重逐步增大。

和光伏組件的發(fā)展趨勢(shì)一樣，組串式逆變器也有早期的20kW～40kW，發(fā)展到現(xiàn)在的60～80kW，功率越大，越有利于降低系統(tǒng)成本。中東部的復(fù)雜山地電站、工業(yè)廠房分布式電站，夏季溫度很高，尤其廠房屋頂形如“鐵板燒”。針對(duì)逆變器的散熱方式，此時(shí)推薦風(fēng)扇散熱，但前提是要保證風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)的高穩(wěn)定可靠性。

集散式逆變器最早由美國(guó)賽康公司提出，但因?yàn)闆](méi)有解決該方案的穩(wěn)定可靠性，最終消失。國(guó)內(nèi)部分企業(yè)針對(duì)這種技術(shù)路線，也在進(jìn)行不斷的嘗試、改進(jìn)。目前集散式逆變器方案的穩(wěn)定可靠性，和集中式、組串式逆變器相比，在穩(wěn)定可靠性上，還是有不小差距，市場(chǎng)占有率很小。但相信隨著時(shí)間、經(jīng)驗(yàn)的積累，集散式逆變器方案的穩(wěn)定可靠性，也會(huì)取得進(jìn)步。

四、優(yōu)化器和微型逆變器方案

目前集中式、集散式、組串式逆變器，都只能解決并聯(lián)失配。眾所周知，每一串組件的發(fā)電量，是受這一串內(nèi)表現(xiàn)最差的組件來(lái)決定的，即“短板效應(yīng)”。如何解決串聯(lián)失配呢？目前市場(chǎng)上也出現(xiàn)了以“優(yōu)化器、微型逆變器”為代表的新型解決方案。從根本上解決了串聯(lián)失配。

優(yōu)化器類似組件接線盒，可以實(shí)現(xiàn)每一塊組件的MPPT優(yōu)化和直流升壓。再將每一塊組件的能量，統(tǒng)一送至最后的逆變器集中逆變。有些類似于集散式逆變器將MPPT優(yōu)化功能放至前端的直流匯流箱內(nèi)。但“優(yōu)化器方案”將MPPT優(yōu)化的觸角伸得更細(xì)，實(shí)現(xiàn)組件級(jí)的功率優(yōu)化。

微型逆變器，目前在海外市場(chǎng)有一定的應(yīng)用，即每一塊組件對(duì)應(yīng)一個(gè)逆變器。組件輸出為交流。由于電能傳輸路徑短，損耗很小，能最大化組件的發(fā)電量。但每一塊組件上的逆變器，都需要并網(wǎng)，期間產(chǎn)生的諧波問(wèn)題也是個(gè)很大的困擾。

這兩種新型方案，由于成本很高，目前只推薦在單體容量小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、遮擋較嚴(yán)重的屋頂上運(yùn)用。

分布式電站的無(wú)功補(bǔ)償替代方案

針對(duì)分布式電站，也是堅(jiān)持“因地制宜”的原則。平坦的廠房屋頂，如果組件容量能達(dá)到500～630kW，則推薦集中式逆變器并網(wǎng);復(fù)雜、面積較小的屋頂，則推薦組串式逆變器。但針對(duì)6MW以內(nèi)的分布式項(xiàng)目，電 ??力公司原則上不強(qiáng)制要求單獨(dú)配置SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。如果用戶選擇“自發(fā)自用余電上網(wǎng)”的模式，由于廠區(qū)內(nèi)的機(jī)器負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)拉低并網(wǎng)點(diǎn)的功率因數(shù)，造成電力公司的罰款。

但由于集中式逆變器具備替代SVG功能，因此在這種工業(yè)分布式電站里，推薦選用集中式逆變器方案，即節(jié)省了SVG投資成本，還有助于改善并網(wǎng)點(diǎn)的功率因數(shù)。

（作者單位：中國(guó)華電）