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光伏系统解决方案中逆变器选大OR小
【人物简介】
湖北追日电气股份有限公司光伏技术中心主任

【本期导读】光伏逆变器作为光伏发电系统的核心单元，基本上可以分为集中型和组串型两种，对于这两种具有代表性的类型，回顾光伏行业发展历程，随着技术的不断进步，关于小功率的组串式逆变器与大功率的集中式逆变器解决方案之争一直从未停息。
播客观点
    
　　光伏逆变器作为光伏发电系统的核心单元，基本上可以分为集中型和组串型两种，对于这两种具有代表性的类型，回顾光伏行业发展历程，随着技术的不断进步，关于小功率的组串式逆变器与大功率的集中式逆变器解决方案之争一直从未停息，今年虽然国内光伏新装机容量达14GW总目标，但落实到真正实施国内市场还是以大型地面电站为主，逆变器选"大"还是选"小"，这个话题一直没停过，目前市场上普遍还是以"大"功率为主流。本文就光伏系统解决方案中核心的逆变功率的选择进行综合分析比较，为合理光伏系统设计提供参考和借鉴意义。
 
　　一、"大"、"小"功率逆变器方案介绍
 
　　1、大功率集中式逆变器方案介绍（以集装箱式逆变站为代表）
 
　　大功率集中式逆变器通常采用1MW单元需建设逆变器室，内置2台500kW并网逆变器和2台直流配电柜、1台通讯柜等设备。现场需要建造逆变器土建房。目前为满足工期及现场建设，推出了集装箱式逆变站方案，其模块化施工，接线安装方便，已在各个项目中广泛应用，下面就1MW和1.25MW方案分别进行介绍：
 
　　方案一、1.0MW级集装箱式逆变站解决方案
 
　　1.0MW单元采用一台1.0兆瓦级箱式逆变站，内部集成2台500kW并网逆变器,2台直流柜(通信设备集成其中)等设备，该箱式逆变站箱体防护等级可达IP54，可直接室外安装,无需建造逆变器室土建房。
　　方案二、1.25MW级集装箱式逆变站解决方案
 
　　1.25MW单元采用一台1.25兆瓦级箱式逆变站，内部集成2台630kW并网逆变器,2台直流柜(通信设备集成其中)等设备，该箱式逆变站箱体防护等级可达IP54，可直接室外安装,无需建造逆变器室土建房。
　　2、小功率组串式逆变器方案介绍
 
　　30kW级组串式逆变器解决方案
 
　　1.0MW单元采用34台30kW组串式并网逆变器，组串式逆变器防护等级IP65，可安装在组件支架背后。
　　二、"大"、"小"功率逆变器方案对比
 
　　1、投资分析对比
 
　　以MW级单元的方阵区为单元计算，采用1MW、1.25MW级集箱式逆变站和30kW级组串式逆变器方案进行初次运行设备总成本对比如下：
　　2、可靠性和性能对比
 
　　（1）、市场应用业绩对比
 
　　集中式解决方案：集中式并网逆变器在大型地面电站中应用广泛，国内目前99%的光伏电站均采用该类型并网逆变器，市场占有率高，认可度高。
 
　　组串式解决方案：组串式并网逆变器在大型地面电站中的应用极少，国内目前只在青海格尔木有4MW的运行业绩，市场占有率低，认可度低。
 
　　从目前的市场份额看，大功率集中式解决方案仍是主流，小功率组串式解决方案虽有部分应用但应用业绩不高，从侧面说明其成熟及可靠程度度还需得到市场进一步验证。
 
　　（2）、综合性能对比
 
　　1）、效率对比
 
　　组串式逆变器通常采用DC-DC-AC双级拓扑，而集中式逆变器采用DC-AC单级拓扑，正是因为多一级直流升压电路从而导致逆变器整机效率下降，通常单级变换要比两级变换效率高0.4%以上；
 
　　2）、MPPT路数对比
 
　　组串式并网逆变器采用多路MPPT跟踪技术，主要针对分布式及小型屋顶电站设计，而集中式逆变器采用单路或两路MPPT跟踪技术，在而大型地面电站因其组件种类单一、朝向角度一致、无局部遮挡，无需配置多路MPPT逆变器。
 
　　3）、系统复杂程度对比
 
　　以1MW大型地面光伏电站为例，采用组串式比集中式解决方案应用的数量除了逆变器大大增加外，随着带来的电缆连接和通讯监控、控制复杂程度都要大的多；而集中式解决方案尤其是采用MW级集箱式逆变站方案集成了光伏逆变器、直流配电及系统监控、火灾报警、环境监测等功能模块，节省了大量的交流电缆，降低了损耗，安装便捷快速大大简化了系统复杂程度；
 
　　4）、安全性对比
 
　　集中式解决方案：1MW电站仅需2台并网逆变器，接入双分裂变压器，交流侧无需汇流设备，完全不用考虑环流问题和谐波叠加问题；
 
　　组串式解决方案：1MW多达34台组串式并网逆变器,单台设备在额定功率下的谐波含量远高于集中式逆变器，并联方式多采用不隔离并联，交流电流环流、交流电流中的直流分量流动问题存在是并网的安全隐患；由于直流侧采用大面积光伏组件，这些组件的对地电容效应，使得各个机器的直流侧不可能做到完全隔离。特别是电站运行数年后，随着光伏组件、直流线缆的绝缘老化，机器直流侧之间的耦合性不容忽视，光伏电站可能面临很大的风险，需要深入评估。
 
　　5）、功能性对比
 
　　大功率逆变器经过几年在大型地面光伏电站的应用，其保护和控制功能已有明显提升，除具有全面功能，其夜间无功补偿（SVG）、零电压穿越、无功调节、功率因数校正等，适应多种电网环境及大型地面电站的技术要求,同时能够响应电网的各种调度指令；
 
　　而组串式小型逆变器多台并联的零电压穿越、无功调节等电站调度功能实现较难，功能适应性和多样性较低；
 
　　综上所述：通过对比，组串式解决方案的核心优势在于提高发电量，但其他综合性能方面并不占优，但究竟能提高多少，还取决于光伏组件的差异性、遮挡情况，这难以量化。因此，在大型地面电站上，低成本、高可靠性、成熟的系统设计，集中式解决方案的优势仍然在行业内会延续一段时间。
 
　　三、小结
 
　　集中式解决方案尤其是兆瓦级集装箱式逆变站解决方案目前广泛应用在大型地面电站中，此类电站装机容量多在6MW以上，一般处于地广人稀的沙漠、戈壁地带，组件布局朝向一致，极少出现局部遮挡；因此要求逆变器输出功率高，可靠性好，设备运行维护快捷方便，电网适应性强，能够从容应对电网可能出现的各种故障。所以大功率集中式逆变器更加适用于6MW以上的大型地面电站。
 
　　组串型式并网逆变器解决方案目前广泛应用在分布式电站和小型地面电站如坡度不同的荒山荒坡中，此类电站容量多在6MW以下，常以商用和工厂屋顶为主，单个屋顶或单个容量常小于100kW，系统能够直接并入低压配电网或供用户直接使用。分布式发电系统因受到屋顶角度、建筑物阴影、树木阴影等原因的影响，采用具备多路MPPT功能逆变器可灵活配置组件功率和种类，所以组串型逆变器更加适用于6MW以下的分布式电站中。
 
　　追日电气专业从事光伏逆变器的研发、设计、制造和光伏发电系统集成、供配电系统集成、电能质量优化，是电网安全接入及光伏发电系统的EPC集成商和光伏发电项目开发商，其核心产品逆变器设备以有滤波产品技术为基础，除具备大功率集中式逆变器各项优点外，谐波含量控制在1%以下，在今年推出的反向阻断新型模块化三电平光伏逆变器，集中了集中式和组串式各自的优势，使得整体性能输出的谐波含量更小、体积更小、损耗更低，新技术进步必将带来新的光伏系统解决方案不断推陈出新，无论是集中式还是组串式解决方案其各有利弊，两者应取长补短，根据业主投资和具体电站项目提供适合产品及最佳解决方案，这样光伏产业未来才能在竞争中健康发展，形成良性循环。