摘要：2016年新光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃不僅強(qiáng)調(diào)了技術(shù)先進(jìn)性，還增加了競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的內(nèi)容，對(duì)光伏領(lǐng)跑技術(shù)基地采用招標(biāo)、優(yōu)選等競(jìng)爭(zhēng)性比選方式配置項(xiàng)目資源。
前言：
2016年新光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃不僅強(qiáng)調(diào)了技術(shù)先進(jìn)性，還增加了競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的內(nèi)容，對(duì)光伏領(lǐng)跑技術(shù)基地采用招標(biāo)、優(yōu)選等競(jìng)爭(zhēng)性比選方式配置項(xiàng)目資源。將電價(jià)作為主要競(jìng)爭(zhēng)條件，這要求投資主體在保證技術(shù)先進(jìn)性的前提下具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)。對(duì)于光伏設(shè)備制造企業(yè)，只有加大技術(shù)創(chuàng)新來(lái)降低度電成本，才能在領(lǐng)跑者競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，最終促成平價(jià)上網(wǎng)光伏夢(mèng)。
逆變器作為光伏系統(tǒng)的橋梁，成本占比低但對(duì)系統(tǒng)成本和發(fā)電量影響大。陽(yáng)光電源iSolar智慧陽(yáng)光解決方案秉承“因地制宜、科學(xué)設(shè)計(jì)”的理念，結(jié)合了各領(lǐng)跑者基地環(huán)境特點(diǎn)，倡導(dǎo)不同類(lèi)型電站選擇不同類(lèi)型逆變器，不斷降低光伏系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)發(fā)電效率，幫助用戶在競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的新模式下取得收益。
1 光伏領(lǐng)跑者電站主要類(lèi)型及特點(diǎn)
縱觀八大領(lǐng)跑者基地，地理位置遍布全國(guó)，地形各有不同，逆變器選型是否合理將直接影響系統(tǒng)整體成本和發(fā)電量，最終影響各方利益。按照安裝環(huán)境，領(lǐng)跑者電站主要包括平坦地面電站、水面電站、復(fù)雜山丘電站等幾種主要類(lèi)型。
1.1 平坦地面電站
地面相對(duì)平坦，組件布局相對(duì)集中，組件朝向一致，無(wú)遮擋。
圖1 平坦地面電站應(yīng)用場(chǎng)景
1.2 水面電站
利用魚(yú)塘、塌陷區(qū)等廣闊的水面資源開(kāi)發(fā)的光伏電站。安裝面都十分平坦，朝向一致，基本不存在因遮擋和朝向不一致而帶來(lái)的失配問(wèn)題。根據(jù)水深采用打樁式或漂浮式兩種安裝方式。其中打樁式是目前較為成熟的方案，已有大量成熟的應(yīng)用案例。漂浮式還處于大范圍示范和推廣應(yīng)用階段。
圖2 水面電站應(yīng)用場(chǎng)景
1.3 復(fù)雜山丘電站
利用地形零散、朝向各異的山地、丘陵等資源開(kāi)發(fā)的光伏電站。該類(lèi)電站受地形影響，多有組件朝向不一致或早晚遮擋問(wèn)題，地形零散，組件集中布局困難。
圖3 復(fù)雜山丘電站應(yīng)用場(chǎng)景
1.4 各領(lǐng)跑基地安裝環(huán)境特點(diǎn)
不同領(lǐng)跑基地光伏電站規(guī)劃容量及安裝環(huán)境特點(diǎn)如表1所述。
表1 光伏領(lǐng)跑技術(shù)基地概述
2 “因地制宜，科學(xué)設(shè)計(jì)”——光伏領(lǐng)跑者項(xiàng)目之逆變器選型指南
2.1 “因地制宜，科學(xué)設(shè)計(jì)”選型綱領(lǐng)
因地制宜，科學(xué)設(shè)計(jì)——即根據(jù)光伏電站所處環(huán)境和電網(wǎng)接入要求，合理選擇逆變器，滿足電站建設(shè)方、投資方、運(yùn)營(yíng)方以及電網(wǎng)等相關(guān)多方在高效、安全、智能和友好方面的價(jià)值需求，使得各方共同利益最大化，促進(jìn)光伏行業(yè)健康、有序發(fā)展。光伏領(lǐng)跑者電站建設(shè)規(guī)模較大，安裝環(huán)境復(fù)雜，電網(wǎng)友好性要求高，因此，結(jié)合各類(lèi)型逆變器的特點(diǎn)，一般采用集中式逆變器或組串式逆變器。
集中式逆變器：主要特點(diǎn)是單機(jī)功率大，每瓦系統(tǒng)成本低，設(shè)備數(shù)量相對(duì)少，后期運(yùn)維方便，運(yùn)維成本低，可靠接受電網(wǎng)調(diào)度，接入電網(wǎng)更友好。因此在全球5MW以上容量的大型電站中使用率為98%。目前國(guó)內(nèi)的主流機(jī)型以500/630kW為主，功率、電壓等級(jí)和集成度不斷提高，集成升壓變壓器和環(huán)網(wǎng)柜的應(yīng)用需求不斷增多。歐洲及北美等地區(qū)主流機(jī)型單機(jī)功率1MW甚至更高，德國(guó)SMA公司今年推出了單機(jī)功率5MW、集成中壓變壓器的一體化解決方案。
組串式逆變器：?jiǎn)螜C(jī)功率在2.5~100kW之間。主流機(jī)型單機(jī)功率30~60kW，單個(gè)或多個(gè)MPPT，一般為6~20kW一路MPPT。該類(lèi)逆變器每瓦系統(tǒng)成本相對(duì)較高，由于單機(jī)功率小，具有多路MPPT，因此主要用于復(fù)雜山丘、農(nóng)業(yè)大棚等電站。
根據(jù)平坦地面電站、水面電站、復(fù)雜山丘電站安裝環(huán)境特點(diǎn)，根據(jù)“因地制宜，科學(xué)設(shè)計(jì)”的逆變器選型理念，給出不同電站的推薦方案如表2所示。
表2 光伏電站類(lèi)型及適用逆變器方案
2.2 平坦地面電站——集中式方案優(yōu)勢(shì)明顯
（1）集中式初始投資節(jié)省0.22元/W，度電成本LCOE降低2分/kWh
光伏領(lǐng)跑者基地投資主體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)中電價(jià)水平占總分值的30%左右，是占比最大一塊，因此電站建設(shè)除了關(guān)注技術(shù)先進(jìn)性指標(biāo)外，需更加注重投資成本及光伏電站生命周期內(nèi)LCOE（Levelized Cost of Electricity, 度電成本）。分析顯示，集中式1.25MW比1.6MW組串式方案初投資節(jié)省約0.22元/W，100MW可節(jié)省2200萬(wàn)。以陽(yáng)泉50MW電站為例，1.25MW集中式比1.6MW組串式方案，系統(tǒng)度電成本LCOE降低2分/kWh左右，內(nèi)部收益率IRR提升0.7%。
圖4 1.25MW集中式與1.6MW組串式方案投資收益對(duì)比
（2）多個(gè)實(shí)際電站運(yùn)行結(jié)果表明：平坦地面電站，集中式和組串式發(fā)電量持平
選取運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一年以上的多個(gè)實(shí)際電站，進(jìn)行發(fā)電量數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在安裝面平坦、組件朝向一致、無(wú)遮擋的電站，集中式與組串式方案發(fā)電量持平，如表3所示。
表3 實(shí)際電站集中式與組串式方案發(fā)電量對(duì)比（發(fā)電量取自35kV側(cè)電表）
（3）100MW電站，集中式25年運(yùn)維成本節(jié)省超1000萬(wàn)元
通過(guò)對(duì)比集中式和組串式方案在100MW電站的運(yùn)維數(shù)據(jù)可以看出，發(fā)電量損失二者相當(dāng)。由于組串式成本高，設(shè)備數(shù)量多，因此維護(hù)成本集中式更低。同時(shí)，百M(fèi)W級(jí)大規(guī)模電站占地面積大，逆變器安裝分散，維護(hù)人員花在路途上的時(shí)間將遠(yuǎn)高于進(jìn)行設(shè)備更換的時(shí)間，且需要投入更多運(yùn)維人員，運(yùn)維人力成本高。
表4 集中式和組串式運(yùn)維費(fèi)用對(duì)比（100MW電站，假設(shè)0.5%的逆變器故障率計(jì)算）
（4）集中式方案設(shè)備數(shù)量減少10倍以上，電網(wǎng)接入更友好
各領(lǐng)跑者項(xiàng)目基地規(guī)劃電站容量均500MW以上，電站規(guī)模較大，因此，在調(diào)度響應(yīng)、故障穿越、限發(fā)、超發(fā)、平滑、諧波限制、功率變化率、緊急啟停等方面都有嚴(yán)格要求。相同容量電站，組串式逆變器數(shù)量是集中式的10倍以上，且集中式逆變器單機(jī)功能強(qiáng)大，通訊控制簡(jiǎn)單，能夠穿越故障的概率遠(yuǎn)大于組串式逆變器。集中式逆變器臺(tái)數(shù)少，可快速實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，組串式方案數(shù)量多存在調(diào)度可靠性的風(fēng)險(xiǎn)。
圖5 集中式與組串式方案調(diào)度響應(yīng)對(duì)比
實(shí)際應(yīng)用案例。集中式解決方案不斷發(fā)展,從最初的集中式逆變器加配電房，發(fā)展到以集裝箱為載體的箱式逆變器，再到集成中壓系統(tǒng)的箱式中壓逆變器，整體方案不斷成熟完善。集中式逆變器已廣泛應(yīng)用于高溫、低溫、高海拔、沙漠、沿海等各種惡劣環(huán)境中。
圖6 平坦地面電站應(yīng)用案例
2.3 水面電站——推薦集中式方案
無(wú)論是打樁式還是漂浮式，組件安裝面均十分平坦，不存在朝向不一致和遮擋問(wèn)題，集中式方案除了在系統(tǒng)成本和度電成本、電網(wǎng)接入等方面具有與平坦地面電站相同優(yōu)勢(shì)外，在后期運(yùn)維便利性、防腐能力、組件PID防護(hù)上優(yōu)勢(shì)更加明顯。
（1）合理布局利于后期運(yùn)維
集中式逆變器放置于維護(hù)通道兩旁，水面光伏專(zhuān)用智能匯流箱沿子陣邊緣擺放，當(dāng)逆變器或匯流箱出現(xiàn)故障時(shí)，運(yùn)維人員駕車(chē)即可抵達(dá)故障點(diǎn)，響應(yīng)時(shí)間短，可減少因故障停機(jī)造成的發(fā)電量損失，如圖7所示。
圖7 集中式逆變器沿道路擺放，后期運(yùn)維方便
圖8 IP67防護(hù)等級(jí)MC4端子，連接更簡(jiǎn)單可靠
（2）防護(hù)等級(jí)達(dá)IP67，耐腐蝕能力強(qiáng)
水面光伏專(zhuān)用高防護(hù)智能匯流箱直流輸入采用IP67防護(hù)的MC4端子，安裝簡(jiǎn)單，接線更可靠，減少現(xiàn)場(chǎng)施工量，如圖8所示。匯流箱整機(jī)具備IP67高防護(hù)等級(jí)，意味著設(shè)備即使浸入水中，也不會(huì)有水浸入箱體內(nèi)部，可抵抗浪花拍打。
箱式逆變器和水面光伏專(zhuān)用匯流箱外殼采用的鍍鋅鋼板是國(guó)內(nèi)外知名廠家的高品質(zhì)鋼板產(chǎn)品，并施涂三層重防腐涂層（富鋅底漆、環(huán)氧中間漆、丙烯酸面漆），總厚度達(dá)到280微米以上，保證在高濕高鹽霧環(huán)境下不會(huì)腐蝕。
圖9 三層油漆結(jié)構(gòu)，耐腐蝕能力強(qiáng)
（3）專(zhuān)利PID防護(hù)方案
高濕環(huán)境加劇了光伏組件的PID衰減。電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選型時(shí)，除了選擇具備抗PID能力的組件外，還需要選擇具備防PID功能的逆變器。陽(yáng)光電源集中式逆變器采用了基于虛擬電位專(zhuān)利技術(shù)的PID防護(hù)和修復(fù)解決方案，可有效防止組件在潮濕環(huán)境下易發(fā)生PID衰減，并可對(duì)已發(fā)生PID現(xiàn)象的組件進(jìn)行修復(fù)，表5為實(shí)際項(xiàng)目中進(jìn)行對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)，PID防護(hù)效果非常明顯。
表5 陽(yáng)光電源基于虛擬電位的專(zhuān)利防/反PID方案實(shí)際應(yīng)用案例
實(shí)際應(yīng)用案例。集中式逆變器在國(guó)內(nèi)水面電站中已有很多成熟的應(yīng)用案例，如圖10所示。
圖10 水面電站典型應(yīng)用案例
2.4 復(fù)雜山丘電站 —— 推薦組串式方案
復(fù)雜山丘電站地形高低起伏不平，所安裝的組件存在朝向不同和局部遮擋現(xiàn)象，組串式逆變器多路MPPT可在一定程度上減少失配帶來(lái)的發(fā)電量損失。因此，復(fù)雜山丘電站推薦組串式逆變器。針對(duì)復(fù)雜山丘電站的特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)及組串式逆變器選型時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面：
（1）逆變器具備更強(qiáng)的“吞吐”能力
在實(shí)際光伏系統(tǒng)中，由于灰塵遮擋、朝向不同和局部遮擋帶來(lái)的損失、組件衰減、電纜損耗等因素，實(shí)際傳輸?shù)侥孀兤髦绷鱾?cè)功率約為組件容量的90%以下，特別是光照資源相對(duì)較差的II III類(lèi)資源區(qū)，傳輸?shù)侥孀兤髦绷鱾?cè)的功率遠(yuǎn)小于組件額定標(biāo)稱容量。若接入組件容量小于等于逆變器交流功率額定值時(shí)，逆變器、變壓器及后端電氣系統(tǒng)將長(zhǎng)期處于輕載，系統(tǒng)利用率降低，間接地增加了系統(tǒng)投資成本，如圖11(a)所示。因此，對(duì)于II、III類(lèi)資源區(qū)，一般推薦接入組件容量是逆變器額定容量的1.2倍以上，組串式逆變器直流側(cè)需配置足夠的輸入端子，即“吞”的能力要強(qiáng)。
圖11 50kW組串式逆變器合理設(shè)計(jì)的價(jià)值
當(dāng)輻照度較好或溫度等環(huán)境條件變化時(shí)，組件輸出功率短時(shí)會(huì)超過(guò)規(guī)格書(shū)中標(biāo)定的最大功率，即“組件超發(fā)”，這就要求組串式逆變器需具備將組件能量全部轉(zhuǎn)化的能力，即“吐”的能力要強(qiáng)，否則將會(huì)出現(xiàn)棄光的現(xiàn)象，降低發(fā)電量，影響用戶收益，如圖11(b)所示。
（2）合理設(shè)計(jì)容配比，初始投資節(jié)省7分錢(qián)/W，度電成本降低1分錢(qián)/kWh
根據(jù)1.6MW典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案成本計(jì)算表明，系統(tǒng)按照1.1倍以上的容配比設(shè)計(jì)，可有效的降低系統(tǒng)初始投資成本和度電成本。以50kW組串式逆變器為例，1.1倍以上超配，要求逆變器直流側(cè)至少需要接入9路組串，相對(duì)于接入8串方案，逆變器數(shù)量減少了12%以上，同時(shí)減少交流匯流箱和交流線纜成本，節(jié)省系統(tǒng)初投資0.07元/W，100MW可節(jié)約初始投資700萬(wàn)。以包頭50MW電站為例，直流側(cè)接9串方案比8串方案，系統(tǒng)度電成本LCOE降低1分/kWh左右，內(nèi)部收益率IRR提升0.3%。
圖12 直流側(cè)接入不同路數(shù)對(duì)投資收益的影響
（3）逆變器需要更強(qiáng)的散熱能力，避免高溫降額運(yùn)行
組串式逆變器常處在一個(gè)相對(duì)封閉的狹小空間內(nèi)，空氣流通不暢，導(dǎo)致逆變器內(nèi)部環(huán)境及器件溫度也相應(yīng)升高。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，采用自然冷卻的組串式逆變器，在周?chē)峥臻g不同時(shí)內(nèi)部環(huán)境溫度相差高達(dá)11.3℃，而對(duì)于智能風(fēng)扇散熱的機(jī)器僅差3.4℃，如圖13(a)所示。組串式逆變器散熱能力差，會(huì)導(dǎo)致逆變器降額運(yùn)行，尤其是在山丘電站中“窩在”電池板下方的逆變器。國(guó)內(nèi)某山丘電站現(xiàn)場(chǎng)的組串式逆變器，由于自身散熱能力差，在中午發(fā)電量最佳的時(shí)刻出現(xiàn)了降額運(yùn)行現(xiàn)象，造成發(fā)電量損失超過(guò)1%，直接影響了電站投資收益，如圖13(b)所示。因此，要重點(diǎn)關(guān)注機(jī)器的散熱能力，選用散熱能力好，高溫適應(yīng)性好的強(qiáng)制風(fēng)冷逆變器。
圖13 某山丘電站組串式逆變器內(nèi)部環(huán)境溫度對(duì)比及降額運(yùn)行記錄
（4）選擇重量輕的逆變器，降低運(yùn)維難度
復(fù)雜山丘安裝場(chǎng)所道路崎嶇逆變器周?chē)鷽](méi)有道路，車(chē)輛無(wú)法將逆變器送到故障點(diǎn)，只有靠人工搬運(yùn)。大部分廠家的組串式逆變器重量達(dá)到了五六十公斤，至少需要2人搬運(yùn)，在地形復(fù)雜的山丘上空手行走都困難，在負(fù)重五六十公斤的情況下上山或下山難度可想而知，稍有不慎就會(huì)造成運(yùn)維人員腳部扭傷，如圖14所示。因此，在使用組串式逆變器的應(yīng)用場(chǎng)合，重量成了產(chǎn)品選擇的關(guān)鍵指標(biāo)。陽(yáng)光電源50kW組串式逆變器重量?jī)H為39kg，業(yè)內(nèi)最輕。
圖14 山丘電站地勢(shì)復(fù)雜，行走困難
實(shí)際應(yīng)用案例。陽(yáng)光電源組串式逆變器在復(fù)雜山丘電站中已有很多成熟的應(yīng)用案例，如圖15所示。
圖15 復(fù)雜山丘電站應(yīng)用案例
3 總結(jié)
逆變器作為組件和電網(wǎng)之間的橋梁，是光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件。不同的應(yīng)用場(chǎng)合中，選擇合適的逆變器，對(duì)系統(tǒng)生命周期內(nèi)的系統(tǒng)成本、發(fā)電量和度電成本都有顯著影響，陽(yáng)光電源iSolar智慧陽(yáng)光解決方案，根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境的實(shí)際情況，因地制宜，科學(xué)設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)角度進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，幫助用戶不斷降低系統(tǒng)成本，提升系統(tǒng)發(fā)電量，助力用戶在競(jìng)價(jià)上網(wǎng)新形式下保持較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，最終為光伏發(fā)電的平價(jià)上網(wǎng)貢獻(xiàn)自己的力量。
