個人光伏電站成果分析（二）

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光伏電站解決方案對比分析

國家能源局敲定2021年國內(nèi)光伏新裝機容量達(dá)14gw，伴隨著光伏電站規(guī)劃目標(biāo)的提升，引起了人們對電站設(shè)計方案的討論，特別是針對組串式和集中式這兩種光伏逆變器的選擇。相比于國際市場，國內(nèi)市場以大型地面電站為主，更多的光伏投資商傾向于集中式逆變器，本文主要從逆變器技術(shù)方案入手，就兩種方案的適用場合及優(yōu)劣勢進(jìn)行分析。

1.方案介紹

兆瓦級箱式逆變站解決方案。1mw單元采用一臺兆瓦級箱式逆變站，內(nèi)部集成2臺500kw并網(wǎng)逆變器（集成直流配電柜）、交流配電箱等設(shè)備，該箱式逆變站箱體防護等級可達(dá)ip54，可直接室外安裝，無需建造逆變器室土建房。

集中式解決方案。1mw單元需建設(shè)逆變器室，內(nèi)置2臺500kw并網(wǎng)逆變器（集成直流配電柜）、1臺通訊柜等設(shè)備?，F(xiàn)場需要建造逆變器土建房。

組串式解決方案。1mw單元采用40臺28kw組串式并網(wǎng)逆變器，組串式逆變器防護等級ip65，可安裝在組件支架背后。

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2.方案對比

2.1投資成本對比

組串式解決方案：

集中式解決方案：

兆瓦級箱式逆變站解決方案：

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備注。以上價格來源于各設(shè)備廠商及系統(tǒng)集成商，此報價僅供參考。設(shè)備數(shù)量均按照1mw單元計算。

2.2可靠性對比

（1）元器件對比

集中式解決方案。1mw配置2臺集中式并網(wǎng)逆變器，單臺設(shè)備采用單級拓?fù)湓O(shè)計，共用功率模塊6個，2臺并網(wǎng)逆變器共12個。單兆瓦配置設(shè)備少、總器件數(shù)少，發(fā)電單元更加可靠。另外，集中式逆變器采用金屬薄膜電容，mtbf超過10萬小時，保證25年無需更換。

組串式解決方案。1mw配置40臺組串式并網(wǎng)逆變器，單臺設(shè)備采用雙級拓?fù)湓O(shè)計，共用功率模塊12個，40臺并網(wǎng)逆變器共480個。功率器件電氣間隙小，不適合高海拔地區(qū)。組串式逆變器采用戶外安裝，風(fēng)吹日曬很容易導(dǎo)致外殼和散熱片老化;且單兆瓦配置設(shè)備數(shù)量多、總器件數(shù)多，可靠性低；采用鋁電解電容，mtbf僅為數(shù)千個小時，且故障后無法現(xiàn)場更換。

（2）應(yīng)用業(yè)績對比

集中式解決方案。集中式并網(wǎng)逆變器在大型地面電站中應(yīng)用廣泛，國內(nèi)目前99%的光伏電站均采用該類型并網(wǎng)逆變器，市場占有率高，認(rèn)可度高。

組串式解決方案。組串式并網(wǎng)逆變器在大型地面電站中的應(yīng)用極少，國內(nèi)目前只在青海格爾木有4mw的運行業(yè)績，市場占有率低，認(rèn)可度低。

根據(jù)全球最權(quán)威的光伏逆變器行業(yè)研究機構(gòu)ihs截至2021年12月的統(tǒng)計，容量在5mw以上的光伏電站中，全球約2%的電站采用了組串式方案接入。各代表區(qū)域市場里面，比例最高的德國市場，采用組串式方案的比例為12%；近年市場容量排名第一第二的中國和美國市場，采用組串式方案很低，比例不到1%。

（3）諧波及環(huán)流問題

集中式解決方案。1mw電站僅需2臺并網(wǎng)逆變器，接入雙分裂變壓器，交流側(cè)無需匯流設(shè)備，完全不用考慮環(huán)流問題和諧波疊加問題，更加可靠。

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組串式解決方案。1mw多達(dá)40臺組串式并網(wǎng)逆變器，單臺設(shè)備在額定功率下的諧波含量遠(yuǎn)高于集中式逆變器，且40臺逆變器并聯(lián)后，會在并網(wǎng)點造成諧波疊加問題，而且較難抑制。另外，因交流輸出側(cè)采用雙繞組變壓器，多臺設(shè)備間的環(huán)流問題嚴(yán)重。

單臺設(shè)備額定功率下的諧波電流對比（數(shù)據(jù)來源于cqc檢測報告）

（4）mppt跟蹤技術(shù)

集中式解決方案。集中式并網(wǎng)逆變器采用單路mppt跟蹤技術(shù)，單級拓?fù)洌瑹oboost電路，完全適用于大型地面電站無遮擋的環(huán)境中，可靠性更高。

組串式解決方案：組串式并網(wǎng)逆變器采用多路mppt跟蹤技術(shù)，雙級拓?fù)洌鋫鋌oost升壓電路，主要針對分布式及小型電站設(shè)計，而大型地面電站因其組件種類單

一、朝向角度一致、無局部遮擋，無需配置多路mppt逆變器。

（5）故障設(shè)備數(shù)量

假設(shè)組串式逆變器故障率為1%，集中式故障率2%，電站容量按照100mw計算。

集中式解決方案。100mw共需200臺集中式并網(wǎng)逆變器，按照故障率2%計算，故障設(shè)備為4臺，按照每臺更換一半元器件的極端情況考慮，共需要花費＜30萬。

組串式解決方案。100mw共需4000臺組串式并網(wǎng)逆變器，按照故障率1%計算，故障數(shù)量為40臺，按照組串式整機更換的維護理念，共需人工更換逆變器40次，共需花費61.6萬元。

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2.3設(shè)備性能對比

（1）逆變器效率對比

為什么組串式并網(wǎng)逆變器的效率相比集中式低呢。原因主要在于常見的組串式并網(wǎng)逆變器采用dc-dc-ac雙級拓?fù)?，而集中式逆變器采用dc-ac單級拓?fù)洌且驗槎嘁患壷绷魃龎弘娐窂亩鴮?dǎo)致逆變器整機效率下降，通常單級變換要比兩級變換效率高0.4%以上，而組串式逆變器廠家對外宣稱的效率通常是在高直流輸入電壓下測得，相當(dāng)于關(guān)閉dc-dc逆變電路，但實際應(yīng)用中母線電壓不可能時刻保持在高電壓下，所以組串式逆變器宣稱效率遠(yuǎn)低于實際效率。

按照100mwp電站（以西北各省平均日照小時數(shù)均在3000小時以上，折算成峰值日照小時數(shù)約為1650小時），參考當(dāng)前電網(wǎng)電價0.95元/度，則25年可增加發(fā)電收入為1650（萬元）。

100（mw）×1650（小時）×25（年）×0.95（元/度）×0.4％=1568（萬元）

（2）功能對比

集中式并網(wǎng)逆變器具備更加全面的功能，例如夜間無功補償（svg）、零電壓穿越、無功調(diào)節(jié)、功率因數(shù)校正等，適應(yīng)多種電網(wǎng)環(huán)境及大型地面電站的技術(shù)要求，同時能夠響應(yīng)電網(wǎng)的各種調(diào)度指令。

組串式并網(wǎng)逆變器因針對分布式電站和小型地面電站設(shè)計，其單體功率小，應(yīng)用在大型地面電站中則需要的設(shè)備總數(shù)巨大，單臺逆變器雖可以實現(xiàn)零電壓穿越功能，但多機并聯(lián)時，零電壓穿越、無功調(diào)節(jié)、有功調(diào)節(jié)等功能實現(xiàn)較難。多臺設(shè)備是否能夠同時應(yīng)對電網(wǎng)的各種故障，還有待實踐考驗。

（3）拓?fù)鋵Ρ?/p>

集中式并網(wǎng)逆變器采用單級拓?fù)?，功率器件少、控制系統(tǒng)簡單，技術(shù)成熟，大規(guī)模應(yīng)用在大功率并網(wǎng)逆變產(chǎn)品中。

組串式并網(wǎng)逆變器采用兩級拓?fù)洌β势骷?、控制系統(tǒng)復(fù)雜、驅(qū)動繁瑣，主要應(yīng)用在中小功率逆變器中。

單級vs雙級：

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組串式拓?fù)鋠s集中式拓?fù)洌?/p>

（4）過載能力對比

集中式并網(wǎng)逆變器過載能力高達(dá)120%，能夠匹配更大容量的光伏陣列，在光照條件良好的情況為用戶帶來更多的收益。

組串式并網(wǎng)逆變器過載能力僅為110%，因組串式逆變器受到防護等級的限制，在設(shè)計時需將散熱部分和發(fā)熱元件采用單獨封裝的方式分開，冷空氣無法直接經(jīng)過主要發(fā)熱元件，造成散熱效率較低，所以過載能力受限。

2.4可維護性對比

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集中式并網(wǎng)逆變器采用模塊化前維護設(shè)計，控制系統(tǒng)、散熱風(fēng)機、功率模塊等均采用模塊化設(shè)計，待專業(yè)的售后服務(wù)人員定位故障后，可在20分鐘內(nèi)完成更換，十分方便。

組串式并網(wǎng)逆變器采用直接更換的維護方式，因設(shè)備數(shù)量較多，現(xiàn)場故障定位較為繁瑣，仍然要與逆變器廠家溝通確認(rèn)；其次逆變器現(xiàn)場應(yīng)用分散，更換困難，整機更換維護成本高，且需要專門配置備件庫房，尤其是在山丘或者站內(nèi)路況較差的情況，需要人工搬運組串式逆變器，維護時間較長；再有因組串式?jīng)]有一級匯流設(shè)備，如在白天更換無法斷開直流側(cè)，存在高電壓危險，為保障人員安全只能在夜間進(jìn)行更換，影響維護效率。

3.對比總結(jié)

通過以上的對比說明不難看出組串式逆變器應(yīng)用在大型地面電站上面存在較大的風(fēng)險，也會增加相應(yīng)的投資；而集中式解決方案和兆瓦級箱式逆變站解決方案專門針對大型地面電站，優(yōu)勢非常突出，應(yīng)用業(yè)績也十分廣泛，下面對三種方案進(jìn)行系統(tǒng)的對比。

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4.結(jié)論

集中式解決方案與兆瓦級箱式逆變站解決方案目前廣泛應(yīng)用在大型地面電中，此類電站裝機容量多在5mw以上，一般處于地廣人稀的沙漠、戈壁地帶，組件布局朝向一致，極少出現(xiàn)局部遮擋；中壓10kv或以上并網(wǎng)，對電能質(zhì)量和電網(wǎng)調(diào)度要求高。因此要求逆變器輸出功率高，可靠性好，設(shè)備運行維護快捷方便，電網(wǎng)適應(yīng)性強，能夠從容應(yīng)對電網(wǎng)可能出現(xiàn)的各種故障。所以大功率集中式逆變器更加適用于5mw以上的大型地面電站。

組串型式并網(wǎng)逆變器解決方案目