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日召開的2014年全國能源工作會上，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濟發(fā)達地區(qū)，同時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(tǒng)集中式方案弊端

經過實際項目的調研，并與EPC，設計院以及光伏專家的研討，在屋頂電站設計、建設及運維過程中，我們對集中式逆變器組網方案所遇到的問題進行了分析總結。比較突出的是以下6類問題：

1.電站建設中最重要的是安全問題。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險，因為只要有光照太陽能板就會處于工作狀態(tài)。

對于分布式屋頂廠房來說，帶來嚴重的安全隱患。不僅電站本身經濟收益受影響，更關鍵會影響到廠房的其他設備。給業(yè)主帶來非常大的損失。

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

3.多個朝向的屋頂，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，各路組串的失配損失也將導致發(fā)電量的損失；

4.逆變器需要專業(yè)工程師維護，單個逆變器故障對發(fā)電量影響較大，對維護人員的安全也帶來巨大挑戰(zhàn)，同時，備件種類較多，故障定位及修復3天以上，嚴重影響客戶發(fā)電收益。直流匯流箱故障率高，無法監(jiān)控到每路組串，增加故障定位時間，由于熔絲揮發(fā)，故障率、維護成本高，需要定期更換維護；線路復雜，現場加工的接頭多，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，同時需配套相應的風機，風道，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冷，機房消耗電力大，平均至少300W以上，需要定期掃灰，風扇維護和防塵網更換；

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(qū)屋頂電站的成功經驗，組串式已經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臺逆變器接一個交流匯流箱，并入建筑低壓配電網。

組串式組網原理圖

在實際的設計，建設和運行過程中，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.組串式逆變器組網結構簡單，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.設備種類簡單，節(jié)省投資。直流匯流箱、直流配電柜、隔離變壓器、機房和相關土建工程可全部省去，同時降低現場施工組織難度、縮短工期。綜合計算，組串式逆變器系統(tǒng)土建工作量僅為集中式逆變器系統(tǒng)的1/4；從安全可靠性而言，避免了傳統(tǒng)集中式方案直流側著火無法撲滅的風險。

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%，根據實際項目的測試，組串式方案系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)電量高。當出現部分遮擋、部分污損（如鳥糞）、部分故障時，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.組串式逆變器無需專業(yè)工程師維護，設備模塊化，現場安裝調試簡單，20分鐘可完成一臺逆變器的更換，無需專業(yè)人員值守，實現“傻瓜式”維護；單臺逆變器故障對發(fā)電量影響較低，系統(tǒng)可靠性和年可用率較高，逆變器年故障率小于0.5%；

6.每臺逆變器可實現6路組串智能監(jiān)測，減少故障定位時間80%，獨立偵測每一路輸入的電壓和電流，可實時采樣組串電流、電壓，及時發(fā)現線路故障、組件故障、遮擋等問題。通過組串橫向比較、氣象條件比較、歷史數據比較等，提高檢測準確性。而且可以和后臺網管配合，提供自動運維建議，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（無風扇），自耗電小，IP65，能在雨水，風沙和鹽霧環(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，無外置風扇設計（這點很關鍵，外置風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，真正實現了IP65防護，從而滿足在鹽霧和高濕環(huán)境下的應用。

經過嚴謹的測算，在1MW屋頂場景下，除逆變器外的設備投資，組串式比集中式節(jié)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0.9元/kWh, 1MW光伏電站20年多收益86.4萬元。

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，水泥屋頂等各種場景，組串式逆變器以高可靠性、高效率、無需外部風，同時采用專業(yè)的iManager電站網管系統(tǒng)和手機APP監(jiān)控系統(tǒng)，給客戶帶來全新的監(jiān)控體驗，贏得了客戶的贊許。 下面幾個例子是國內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，對于屋頂場景，組串式逆變器解決方案擁有著得天獨厚的優(yōu)勢，很好的解決了集中式解決方案遇到的問題。根據最新的國家能源局政策，未來我國未來光伏電站的發(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)界關注的熱點話題，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。任何一個偉大的時代，都不是贏在出發(fā)的起點，而是贏在變革的拐點。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。