光伏電站解決方案對比分析

1、光伏電站解決方案對比分析國家能源局敲定20142014年國內(nèi)光伏新裝機(jī)容量達(dá)14GV14GV，伴隨著光伏電站規(guī)劃目標(biāo) 的提升，弓I I起了人們對電站設(shè)計(jì)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。1.1.方案介紹兆瓦級(jí)箱式逆變站解決方案：1MW1MW單元采用一臺(tái)兆瓦級(jí)箱式逆變站，內(nèi)部集成 2 2 臺(tái)500kW500kW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(hù)等級(jí)可達(dá)IP54IP54，可直接室外安裝

2、,無需建造逆變器室土建房。兆瓦級(jí)箱式逆變站解決方案集中式解決方案：1MW1MW單元需建設(shè)逆變器室，內(nèi)置2 2臺(tái)500kW500kW并網(wǎng)逆變器（集成 直流配電柜）、1 1臺(tái)通訊柜等設(shè)備?，F(xiàn)場需要建造逆變器土建房。兆瓦級(jí)箱式逆變站箱變逆變器匯流箱逆變器集中式解決方案組串式解決方案：1MW1MW單元采用4040臺(tái)28kW28kW組串式并網(wǎng)逆變器，組串式逆變器防 護(hù)等級(jí)IP65IP65,可安裝在組件支架背后。2.2.方案對比2.12.1投資成本對比組串式解決方案:設(shè)備名稱單位數(shù)量價(jià)格（萬元）8匯1交流匯流箱臺(tái)50.45 X 5=2.2528kW組串式逆變器臺(tái)401.54 X 40=61.6雙繞組升壓變

3、壓器臺(tái)118PV直流線纜、交流線纜套115合計(jì)96.85集中式解決方案:設(shè)備名稱單位數(shù)量價(jià)格（萬元）16匯1直流匯流箱臺(tái)140.3 X 14=4.2500kW光伏并網(wǎng)逆變器臺(tái)215X 2=30PV直流線纜、交流線纜套115雙分裂升壓變壓器臺(tái)120土建套18合計(jì)77.2兆瓦級(jí)箱式逆變站解決方案:設(shè)備名稱單位數(shù)量價(jià)格（萬元）直流匯流箱16匯1臺(tái)140.3 X 14=4.2兆瓦級(jí)箱式逆變站臺(tái)138雙分裂升壓變壓器臺(tái)120PV直流線纜、交流線纜套115土建套12合計(jì)79.2備注：以上價(jià)格來源于各設(shè)備廠商及系統(tǒng)集成商，此報(bào)價(jià)僅供參考。設(shè)備數(shù)量均按照1MV單元計(jì)算。2.22.2可靠性對比（1 1） 元器件

4、對比集中式解決方案：1MW1MW配置2 2臺(tái)集中式并網(wǎng)逆變器，單臺(tái)設(shè)備采用單級(jí)拓?fù)湓O(shè)計(jì)， 共用功率模塊6 6個(gè)，2 2臺(tái)并網(wǎng)逆變器共1212個(gè)。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，MTBFMTBF超過1010萬小時(shí)，保證2525年無需更換。組串式解決方案：1MV1MV配置4040臺(tái)組串式并網(wǎng)逆變器，單臺(tái)設(shè)備采用雙級(jí)拓?fù)湓O(shè)計(jì)， 共用功率模塊1212個(gè)，4040臺(tái)并網(wǎng)逆變器共480480個(gè)。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

5、容，MTBMTB取為數(shù)千個(gè)小 時(shí)，且故障后無法現(xiàn)場更換。（2 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%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4MW4MW勺運(yùn)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(jī)構(gòu) IHSIHS截至20132013年1212月的統(tǒng)計(jì)，容 量在5MW5MW以上的光伏電站中，全球約2%2%勺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%12%近

6、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%1%（3 3） 諧波及環(huán)流問題集中式解決方案：1MW1MW電站僅需2 2臺(tái)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，更加可靠組串式解決方案：1MW1MW多達(dá)4040臺(tái)組串式并網(wǎng)逆變器，單臺(tái)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4040臺(tái)逆變器并聯(lián)后，會(huì)在并網(wǎng)點(diǎn)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(tái)設(shè)備間的環(huán)流問題嚴(yán)重。單臺(tái)設(shè)備額定功率下的諧波電流對比（數(shù)據(jù)來源于CQCCQC僉測報(bào)告）（4 4）MPPTMPPT艮蹤技術(shù)集中式解決

7、方案：集中式并網(wǎng)逆變器采用單路 MPPTMPPT艮蹤技術(shù)，單級(jí)拓?fù)?，無BOOSTBOOST 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 MPPTMPPT艮蹤技術(shù)，雙級(jí)拓?fù)?，配?BOOSBOOS升壓電路，主要針對分布式及小型電站設(shè)計(jì)，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 MPPTMPPT逆變器。（5 5）故障設(shè)備數(shù)量假設(shè)組串式逆變器故障率為1%1%集中式故障率2%2%電站容量按照100MV100MV計(jì)算。集中式解決方案：100MW100MW共需200200臺(tái)集中式并網(wǎng)逆變器，按照故障率 2%+2%+算，故

8、 障設(shè)備為4 4臺(tái)，按照每臺(tái)更換一半元器件的極端情況考慮，共需要花費(fèi)V3030萬。組串式解決方案：100MW100MW共需40004000臺(tái)組串式并網(wǎng)逆變器，按照故障率 1%1%計(jì)算， 故障數(shù)量為4040臺(tái)，按照組串式整機(jī)更換的維護(hù)理念，共需人工更換逆變器4040次，共需花費(fèi)61.661.6萬元。2.32.3設(shè)備性能對比（1 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-DC-DC-ACAC雙級(jí)拓?fù)?，而集中式逆變器采?DC-ACDC-AC單級(jí)拓?fù)?，正是?為多一級(jí)直流升壓電路從而導(dǎo)致逆變器整機(jī)效率下降，通常單級(jí)變換要比兩級(jí)變

9、換效率高0.4%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-DCDC逆變電路，但實(shí)際應(yīng)用中母線電壓不可能時(shí)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(shí)際效率。按照100MW|100MW|電站（以西北各省平均日照小時(shí)數(shù)均在 30003000小時(shí)以上，折算成峰值 日照小時(shí)數(shù)約為16501650小時(shí)），參考當(dāng)前電網(wǎng)電價(jià)0.950.95元/ /度，則2525年可增加發(fā)電收 入為16501650 （萬元）。100100 （MWMWX 16501650 （小時(shí)）X 2525 （年）X 0.950.95 （元/ / 度）X 0.40.4 % =

10、1568=1568 （萬元）（2 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(bǔ)償（SVGSVG、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(shí)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(jì)，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(tái)逆變器雖可以實(shí)現(xiàn)零電壓穿越功能， 但多機(jī)并聯(lián)時(shí)，零電壓穿越、無功調(diào)節(jié)、有功調(diào)節(jié)等功能實(shí)現(xiàn)較難。多臺(tái)設(shè)備是否能 夠同時(shí)應(yīng)對電網(wǎng)的各種故障，還有待實(shí)踐考驗(yàn)。（3 3） 拓?fù)鋵Ρ燃惺讲⒕W(wǎng)逆變器采用單級(jí)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

11、率并網(wǎng)逆變產(chǎn)品中。組串式并網(wǎng)逆變器采用兩級(jí)拓?fù)?，功率器件多、控制系統(tǒng)復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)繁瑣，主要 應(yīng)用在中小功率逆變器中。拓?fù)鋸?fù)雜度簡單復(fù)雜，增加IGBT、電感、二極管等多個(gè)器件控制復(fù)雜度簡單復(fù)雜，控制并網(wǎng)的同時(shí)協(xié)調(diào)前級(jí)升壓可靠性高，簡單穩(wěn)定低,器件故障率增加、控制穩(wěn)定性降低轉(zhuǎn)換效率高，損耗更小低，損耗大，效率損失嚴(yán)重應(yīng)用場合針對中大功率電站型并網(wǎng)逆變器適用商用屋頂?shù)男」β誓孀兤?，不宜使用?大型地面電站組串式拓?fù)鋠svs集中式拓?fù)?內(nèi)容組串式并網(wǎng)逆變器集中式并網(wǎng)逆變器輸入斷路器無輸入斷路器（breaker ），僅配備有 直流開關(guān)（switch），在逆變器出現(xiàn)過 熱、短路等嚴(yán)重故障時(shí)無法保護(hù)8-10路

12、200A直流斷路器或2路630A直流斷路器可選，斷路器具有熱脫扣和磁脫扣 兩種分?jǐn)啾Ｗo(hù)功能， 能夠在故障發(fā)生時(shí)自動(dòng)切斷電路DC-DC電路有無MPPT跟蹤策略多路MPPT艮蹤策略單路MPPT跟蹤策略濾波技術(shù)LC濾波LCL濾波，高頻截止性好輸出斷路器無輸出斷路器，無保護(hù)功能1250A交流斷路器能夠在故障發(fā)生時(shí)可靠 動(dòng)作，保護(hù)線路上的設(shè)備免收損害（4 4）過載能力對比集中式并網(wǎng)逆變器過載能力高達(dá) 120%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%110%因組串式逆變器受到防護(hù)等級(jí)的限制， 在設(shè)計(jì)時(shí)需將散熱部分和發(fā)熱元件采用單

13、獨(dú)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。2.42.4可維護(hù)性對比集中式并網(wǎng)逆變器采用模塊化前維護(hù)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)、散熱風(fēng)機(jī)、功率模塊等均 采用模塊化設(shè)計(jì)，待專業(yè)的售后服務(wù)人員定位故障后，可在2020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(hù)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(jī) 更換維護(hù)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(yùn)組串式逆變器，維護(hù)時(shí)間較長；再有因組串式?jīng)]有一級(jí)匯流設(shè)備，如在 白天更換無法斷開直流側(cè)，存在高電

14、壓危險(xiǎn)，為保障人員安全只能在夜間進(jìn)行更換, 影響維護(hù)效率?？删S護(hù)性對比:內(nèi)容組串式并網(wǎng)逆變器集中式并網(wǎng)逆變器兆瓦級(jí)箱式逆變站維護(hù)方式直接更換故障定位T模塊更換一故障排除維護(hù)特點(diǎn)電站需配置備用逆變器 以備更換需專業(yè)售后服務(wù)人員到場排除故障維護(hù)成本高低維護(hù)速度較快快備件庫房需要額外配備備件庫房無需備件庫房，備件統(tǒng)一由項(xiàng)目地附近的售后服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)提供3.3.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(xiǎn)，也會(huì)增加相應(yīng)的投資；而集中式解決方案和兆瓦級(jí)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。對比內(nèi)容組串

15、式解決方案集中式解決方案逆變站解決方案1MW投資成本96.85萬元77.2萬兀79.2萬元器件數(shù)量1MW 40臺(tái)逆變器，兩級(jí)拓?fù)洌?480個(gè)功率器件，失效率高1MW 2臺(tái)500kW逆變器，單級(jí)拓?fù)洌?2個(gè)功 率模塊，失效率低應(yīng)用業(yè)績國內(nèi)僅在青海格爾木有 4MW運(yùn)行業(yè) 績國內(nèi)擁有數(shù)十G瓦的應(yīng)用業(yè)績電能質(zhì)量多臺(tái)設(shè)備并聯(lián)會(huì)導(dǎo)致諧波疊加問 題，嚴(yán)重影響并網(wǎng)點(diǎn)的電能質(zhì)量單臺(tái)設(shè)備采用LCL濾波結(jié)構(gòu)，1兆瓦僅2臺(tái)并 網(wǎng)逆變器，雙分裂變壓器，電能質(zhì)量高系統(tǒng)可靠 性MPPT艮蹤多路MPP適用于局部遮擋的環(huán)境， 例如城市屋頂、山地，丘陵1MW單元雙路MPP適用于大型地面電站故障設(shè)備維護(hù)成本逆變器數(shù)量：4000臺(tái)

16、故障臺(tái)數(shù)：40臺(tái)故障處理成本：61.6萬元（假設(shè)組串式年故障率 1%十算，容量 100MVV逆變器數(shù)量：200臺(tái) 故障臺(tái)數(shù)：4臺(tái) 故障處理成本：V 30萬（假設(shè)集中式年故障率 2%容量100MW按 照故障設(shè)備每臺(tái)更換一半部件的極端情況來 計(jì)算）設(shè)備功能單臺(tái)設(shè)備雖具有高、低電壓穿越功 能,但多臺(tái)設(shè)備并聯(lián)會(huì)不會(huì)影響該 功能的實(shí)現(xiàn)，需要實(shí)踐檢驗(yàn)設(shè)備保護(hù)功能齊全更適用于大型地面電站， 設(shè)備數(shù)量少，能夠從容應(yīng)對電網(wǎng)各種故障拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雙級(jí)模式MPPT范圍很寬，但兀器件 數(shù)目增多，可靠性偏低，且大型地 面電站多處于無局部遮擋環(huán)境，多路MPPT乍用不大單級(jí)模式MPPT范圍寬，可靠性高設(shè)備性能安全性無交直流斷路器，故障發(fā)生時(shí)無法 保護(hù)具有交直流斷路器，故障狀態(tài)發(fā)生時(shí)能夠可 靠動(dòng)作可維護(hù)性直接更換，維護(hù)成本最高；設(shè)備數(shù) 量眾多，故障定位困難，因現(xiàn)場地專業(yè)售后服務(wù)人員快速響應(yīng)到場維護(hù)，設(shè)備 數(shù)量很少，故障定位容易；模塊化設(shè)計(jì)，更勢原因更換過程繁瑣換速度很快，維護(hù)成本低4.4.結(jié)論集中式解決方案與兆瓦級(jí)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(jī)容量多在5MW5MW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 10KV10KV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(yùn)行維護(hù)快捷方便，電網(wǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，能 夠從容應(yīng)