組串式逆變器解決方案： 屋頂光伏電站的最佳選擇

在2014年1月14日召開(kāi)的2014年全國能源工作會(huì )上，國家能源局敲定2014年國內光伏新增裝機14GW，其中分布式電站8GW、地面電站6GW。分布式電站有80%主要建于東部沿海經(jīng)濟發(fā)達地區，同時(shí)因受限于東部土地資源的稀缺，其中又有80%的電站只能建在屋頂。

近年，國家政策從初始投資補貼轉向度電補貼，如何降低電站運維成本、提高發(fā)電量、提升電站整體收益率，成為我們面臨的新課題，需要我們在電站建設形式上深入探索。

傳統集中式方案弊端

經(jīng)過(guò)實(shí)際項目的調研，并與EPC，設計院以及光伏專(zhuān)家的研討，在屋頂電站設計、建設及運維過(guò)程中，我們對集中式逆變器組網(wǎng)方案所遇到的問(wèn)題進(jìn)行了分析總結。比較突出的是以下6類(lèi)問(wèn)題：

1.電站建設中最重要的是安全問(wèn)題。集中式方案中采用直流匯流箱，由于內置直流支路熔絲，存在融不斷起火的風(fēng)險，因為只要有光照太陽(yáng)能板就會(huì )處于工作狀態(tài)。

對于分布式屋頂廠(chǎng)房來(lái)說(shuō)，帶來(lái)嚴重的安全隱患。不僅電站本身經(jīng)濟收益受影響，更關(guān)鍵會(huì )影響到廠(chǎng)房的其他設備。給業(yè)主帶來(lái)非常大的損失。

2.不規則屋頂，采用單個(gè)500KW逆變器無(wú)法充分利用屋頂面積。逆變器經(jīng)常處于過(guò)載或輕載或者超配、欠配的情況。

3.多個(gè)朝向的屋頂，電池板有部分陰影遮擋導致組串的不一致性，單路MPPT導致發(fā)電量相對較低；同時(shí)，各路組串的失配損失也將導致發(fā)電量的損失；

4.逆變器需要專(zhuān)業(yè)工程師維護，單個(gè)逆變器故障對發(fā)電量影響較大，對維護人員的安全也帶來(lái)巨大挑戰，同時(shí)，備件種類(lèi)較多，故障定位及修復3天以上，嚴重影響客戶(hù)發(fā)電收益。直流匯流箱故障率高，無(wú)法監控到每路組串，增加故障定位時(shí)間，由于熔絲揮發(fā)，故障率、維護成本高，需要定期更換維護；線(xiàn)路復雜，現場(chǎng)加工的接頭多，故障率高；部份項目運行1~2年后，有效發(fā)電率低于90%；下圖就是某電站直流匯流箱燒毀。

5.集中式方案需要逆變器房和相應土建工程，同時(shí)需配套相應的風(fēng)機，風(fēng)道，煙感，溫感等設備，增加施工復雜度，初始投資和運維成本；

6.集中式逆變器需強制風(fēng)冷，機房消耗電力大，平均至少300W以上，需要定期掃灰，風(fēng)扇維護和防塵網(wǎng)更換；

組串式解決方案優(yōu)勢

結合歐美等光伏電站建設發(fā)達地區屋頂電站的成功經(jīng)驗，組串式已經(jīng)成為屋頂電站的首選解決方案。

以典型1MW屋頂組串式電站為例：電池板采用250Wp多晶，每串20塊，每臺逆變器接4串，總共采用50臺20KW逆變器，每8臺逆變器接一個(gè)交流匯流箱，并入建筑低壓配電網(wǎng)。

組串式組網(wǎng)原理圖

在實(shí)際的設計，建設和運行過(guò)程中，組串式逆變器解決方案較集中式而言，具有較為明顯的優(yōu)勢：

1.組串式逆變器組網(wǎng)結構簡(jiǎn)單，可分散室外就近安裝，根據屋頂容量選擇合適的逆變器靈活組合，充分利用屋頂面積，增加投資收益。

2.設備種類(lèi)簡(jiǎn)單，節省投資。直流匯流箱、直流配電柜、隔離變壓器、機房和相關(guān)土建工程可全部省去，同時(shí)降低現場(chǎng)施工組織難度、縮短工期。綜合計算，組串式逆變器系統土建工作量?jì)H為集中式逆變器系統的1/4；從安全可靠性而言，避免了傳統集中式方案直流側著(zhù)火無(wú)法撲滅的風(fēng)險。

3.組件不一致性對發(fā)電量影響較小，逆變器自用電少，組串式自耗電功率為20W，僅為集中式的1.3%，根據實(shí)際項目的測試，組串式方案系統效率約比集中式方案至少高5%左右；

4.每臺逆變器具備3路獨立MPPT，對每一路單獨跟蹤，單路故障影響小，精細化管理每路電池板輸出，全系統發(fā)電量高。當出現部分遮擋、部分污損（如鳥(niǎo)糞）、部分故障時(shí)，除了受影響部分的發(fā)電量有影響以外，其余部分依然可以保證最大功率輸出；

5.組串式逆變器無(wú)需專(zhuān)業(yè)工程師維護，設備模塊化，現場(chǎng)安裝調試簡(jiǎn)單，20分鐘可完成一臺逆變器的更換，無(wú)需專(zhuān)業(yè)人員值守，實(shí)現“傻瓜式”維護；單臺逆變器故障對發(fā)電量影響較低，系統可靠性和年可用率較高，逆變器年故障率小于0.5%；

6.每臺逆變器可實(shí)現6路組串智能監測，減少故障定位時(shí)間80%，獨立偵測每一路輸入的電壓和電流，可實(shí)時(shí)采樣組串電流、電壓，及時(shí)發(fā)現線(xiàn)路故障、組件故障、遮擋等問(wèn)題。通過(guò)組串橫向比較、氣象條件比較、歷史數據比較等，提高檢測準確性。而且可以和后臺網(wǎng)管配合，提供自動(dòng)運維建議，如清洗、組串匹配優(yōu)化、逆變器協(xié)同等。

7.逆變器免維護，自然散熱（無(wú)風(fēng)扇），自耗電小，IP65，能在雨水，風(fēng)沙和鹽霧環(huán)境下可靠運行；目前國內主流的組串式逆變器都已經(jīng)達到IP65，比如華為的組串式逆變器機身采用全鋁一體封閉式外殼，無(wú)外置風(fēng)扇設計（這點(diǎn)很關(guān)鍵，外置風(fēng)扇是逆變器中最容易出現故障和被腐蝕地方之一），逆變器外殼噴涂高耐候室外型涂層保護，散熱器采取加厚陽(yáng)極氧化氧化工藝，以及所有安裝部件采取不銹鋼等耐腐蝕材料，真正實(shí)現了IP65防護，從而滿(mǎn)足在鹽霧和高濕環(huán)境下的應用。

經(jīng)過(guò)嚴謹的測算，在1MW屋頂場(chǎng)景下，除逆變器外的設備投資，組串式比集中式節省約0.15~0.25元/瓦。組串式比集中式發(fā)電量提升約5%左右，減少直流匯流箱，直流配電柜，逆變器風(fēng)扇，機房散熱和直流電纜的損耗。如果按照每W年發(fā)電量1.6kWh,綜合補貼電價(jià)0.9元/kWh, 1MW光伏電站20年多收益86.4萬(wàn)元。

目前國內外已有大型組串式屋頂光伏電站運行，安裝于彩鋼瓦，水泥屋頂等各種場(chǎng)景，組串式逆變器以高可靠性、高效率、無(wú)需外部風(fēng)，同時(shí)采用專(zhuān)業(yè)的iManager電站網(wǎng)管系統和手機APP監控系統，給客戶(hù)帶來(lái)全新的監控體驗，贏(yíng)得了客戶(hù)的贊許。 下面幾個(gè)例子是國內MW級以上的組串式屋頂電站。

粵電順德項目--276臺組串式逆變器安裝于彩鋼瓦屋頂



中廣核嘉興項目--組串式逆變器安裝于墻面

屋頂建站的最佳選擇

結合以上分析，我們認為在接近的初始投資成本下，對于屋頂場(chǎng)景，組串式逆變器解決方案擁有著(zhù)得天獨厚的優(yōu)勢，很好的解決了集中式解決方案遇到的問(wèn)題。根據最新的國家能源局政策，未來(lái)我國未來(lái)光伏電站的發(fā)展將以分布式電站為主，圍繞如何提高分布式電站可靠性、提高運維效率、提高發(fā)電量等業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)話(huà)題，我們不斷的在探索和創(chuàng )新。組串式解決方案，能為屋頂項目投資方帶來(lái)更大的收益，縮短投資回報周期，具有非常廣闊的應用前景。任何一個(gè)偉大的時(shí)代，都不是贏(yíng)在出發(fā)的起點(diǎn)，而是贏(yíng)在變革的拐點(diǎn)。組串式解決方案必將掀起光伏電站建設的新的革命，成為今后分布式電站的主流趨勢。