到底什么逆变器才能真正“领跑”?

特变电工西安电气科技有限公司 2018-05-21 12:11:11

逆变器作为光伏系统的核心设备,何种技术路线真正适应领跑者项目,行业内一直争论不休却没有公论,笔者认为,不管是集中式、集散式还是组串式,只要能够通过技术创新来降低度电成本,帮助用户实现最大化收益,就能在领跑者竞争中脱颖而出,成为真正的领跑者。

1、 什么逆变器才能真正领跑

“领跑者”对系统以及逆变器都提出了更高的要求,要求系统效率不低于81%;逆变器最大效率不低于99%,中国效率达到或超过98.2%;具有1.1倍额定功率下的过载能力,逆变器还需具备零电压穿越功能,同时具备保护逆变器自身不受损坏的功能等;另外,由于竞价机制的推出,价格也成为领跑者的主要竞争条件之一。所以,什么是真正的领跑者?只有具备高效、稳定的性能,发电量高、投资成本低,电网接入性好,能够帮助用户达到最大化收益的才是真正的领跑者。

多路MPPT不代表领跑者,理论分析与电站实际运行结果表明,在某一局部区域内,在倾角朝向一致、均无遮挡的情况下,MPPT数量多少与实际发电量无因果关系。根据地形,合理布局,选择合适路数的MPPT,提升发电量,降低初期投资,提高收益率才能真正领跑。

纵观八大领跑者基地,确实存在某些局部区域布局1MW方阵困难,但布局150kW-500KW的方阵相对容易。选择组串式逆变器,成本大幅增加,选择传统集中式逆变器,又无法全部满足至少一局部区域内一路MPPT的需求;对于水面电站而言,安装表面十分平坦,
MPPT数量基本没有任何影响。因此,能够适应不同特征地形应用,且系统成本比传统集中式低,发电量比组串式逆变器高,同时长期可靠运行的逆变器才能在领跑者应用中脱颖而出。

2、 集中模组式逆变器专为领跑而生

特变电工集中模组式逆变器,单机功率500kW1MW,每167kW支持1MPPT2MW箱式逆变器支持112MPPT,完全满足至少一局部区域内一路MPPT的需求,完美的解决了不同地貌特征下,光伏电站对逆变器的性能要求。

下面认识一下集中模组式逆变器

集中模组式逆变器内部结构图如图3-1所示,1MW单机由6个模组组成,每个模组额定167kWMPPT支持1-6路可设置;由21MW单机组成的2MW模组式集装箱,如图3-2所示;支持112MPPT可设,可根据地形选择MPPT路数,配置灵活方便;每个模组独立设计,集中并网,支持公共直流母线和独立直流母线两种;集成SVG功能,对输电线路进行无功补偿,实现对系统电压的调节,从而确保电站在弱电网情况下的稳定运行,电网接入性更加友好。

 2-1 模组式逆变器

2-2 模组式2MW箱式逆变器TC2000KS

3、 集中模组式逆变器助力光伏电站提升投资收益率

光伏电站提升投资收益率,一方面要降低初始投资成本及运维成本,另一方面要提升发电量,众所周知,L=W×H×η; L ——光伏电站年发电量;W——光伏电站装机容量;H——满载小时数;η—— 光伏电站系统总效率。由此可见,提升光伏电站投资收益率的关键环节主要有降低初期投资、提高满载小时数、提高系统效率及降低故障率,减少维护成本。

3.1 集中模组式方案相比组串式方案,初始投资成本节省0.3/W

  下面以50MW电站为例,常规配置:

  表3-1:方案对比

  表3-2 投资成本对比

TC2000KS集中模组箱式逆变器方案50MW项目比组串式方案节省初期投资1500.1万元,即节省约0.3/W

3.2 交流输出1.2倍长期过载,支持1.3倍以上的容配比设计,初始投资节省7.2/W

50MW为例,同按集中式方案做对比,一般容配比为1.11,能够配55MW光伏组件。而集中模组式逆变器支持1.3倍以上的容配比设计,55MW光伏组件只需配42MW逆变器,相比可以减少42MW逆变器及96台直流汇流箱、4台变压器和交直流线缆,初始投资节省358万元,即节省7.2/W

3.3 提高满载小时数,发电量提升2.7%

光伏电站如何提高满载小时数,其中一个最有效简单的办法就是提高电站的容配比。

模组式逆变器强大的过载能力,3000m海拔,55℃环温输出1.2倍长期过载,推荐系统容配比:I类地区推荐1.21.25II类地区推荐1.251.3III类地区推荐1.3倍以上。

以国内II类地区某电站为例,容配比按1.3倍设计,使用500kW集中模组式逆变器,其功率曲线如图3-1所示。

3-1 功率曲线图

    从功率曲线图可以看出,500kW逆变器交流输出功率可达到580kW左右,按每年交流过载输出60天计算,发电量提升2.7%

而组串式逆变器过载能力很弱,而且属于全封闭户外电源,阳光越强,对散热的要求越高,实测内部温度与环境温度相差20℃以上,在尘土或杂物覆盖时温差更大,很容易达到降额运行,因降额给客户造成巨大的发电量损失。

3-2 实际降额曲线对比图

3.4 相比组串式逆变器,系统效率提升2.83%

影响系统效率的主要因素有:环境因素—温升、设备因素—组件衰减、转换效率、施工因素---系统可靠性、设计因素---交直流线损及运维管理因素—故障损失等。

集中模组式逆变器3000m海拔,55℃环温不降额运行;中国效率98.44%(晶硅)、98.525(薄膜),行业领先;集成PID防护及修复功能,有效预防组件PID衰减,避免组件发生PID现象;由于组串式逆变器数量太多,接线较为复杂,可靠性降低,同时,不易管理,特别对于山地,故障后整机更换效率低。根据主要因素评估系统效率对比如表3-3所示。

3-3 系统效率对比


3.5  25年可靠寿命,节省维护成本

125年寿命来源于精心设计和多年技术沉淀

光伏电站的投资回报周期较长,为获得预期收益必须保证电站稳定运行20年以上。如此一来,器件选型对逆变器的寿命起着决定作用,同时,电容是逆变器内部实现能量交换的重要器件之一,其使用寿命直接关系到逆变器的整机寿命,而逆变采用高频斩波技术,母线电容将承担很大的高频纹波电流。如图3-3所示。

 

3-3

对于组串式逆变器而言,部分组串式逆变器厂家使用不满足长期设计寿命的电解电容,如图3-4所示,根据电容的寿命计算,电解电容的寿命在金膜电容的1/4以下,计算寿命不足8年,电解电容任意工况下理论最大寿命值不足15年。因此,在电站生命周期内需要更换整机3次!极大增加了客户维护投入成本。100MW更换一次需要费用超过4000万元。

 


3-4

3-5

与此同时,组串式逆变器电容通常直接集成在主电路板上,更换电容意味着整机更换,超过5年质保期后的维护成本必将大于重新采购成本!

而集中式逆变器使用金属膜电容,10万小时寿命,工作温度-40105℃,轻松保障25年的运行周期。

组串式逆变器内部使用轴流风机,小型轴流风机由于内部材料因素的影响,其运行温度范围较小,通常只在-10℃至70℃的范围内,且温度高的情况下工作时,其寿命会急剧降低。在电站环境太阳光直射的情况下,电池板周边温度很高,达到或超过50℃是较为常见的。而逆变器在此时往往功率输出也大,腔体内温度比环境温度高20℃以上,因而轴流风机往往运行在70℃以上的高温环境中。如图3-6所示,使用轴流风机的组串式逆变器在电站生命周期内需要更换风机2.5次!

  3-6 轴流风机寿命分析

集中式逆变器采用EBM离心式风机,较传统风机散热效率提高20%,且实现器件级更换,极大的降低运维成本。

另外,集中模组式逆变器采用专利的智能启停设计,根据其光照强度确定运行模组数量,累积发电量确定模组运行优先级,来平衡模组运行时间,使单模组平均运行时间减少20%,整机寿命提升20%。具体工作过程如图3-7所示。


 
3-7 智能起停工作过程

2)可维护性--障碍越野或直接运输到位?

组串式逆变器安装数量多,且一般实行整机更换,在相当数量的区域无法保证安装位置平坦或易于到达,大部分厂家组串式逆变器都在50公斤左右,若要更换可能需要两人抬着整机越过多重障碍!

 


3-8 组串式安装位置示意图

集中模组式逆变器必然安装在道路两侧,维护人员可以快速的到达现场。设备的备品备件也可以通过汽车等交通工具运输。彻底解决人员运输的弊端。

 

3-9 集中式安装位置示意图

3)任意模组故障不影响整机运行,可在不停机的情况下进行模组的维修和保养

 

3-10模组故障消除示意图

故障时冗余不停机:部分模块出现故障时,只需维护故障模块,其余模块正常工作。单模组维护时间小于20分钟,避免因故障而损失过多发电量。

4、优质的电能质量输出,电网接入性更加友好

现场电网对逆变器的瞬态响应、低电压穿越等响应速度要求很高,组串式逆变器数量巨大,在各个逆变器输出侧端口电压有差异的情况下,很容易形成动作的不一致性。

在组串式逆变器组成的1MW系统中,共需要20台逆变器,根据逆变器布置位置,逆变器距离箱式变压器最远可至数百米;如图4-1所示。

 
 

4-1 组串式逆变器布置位置

对于50kW的组串式逆变器,输出电压为480V时,输出电流为:,假设A逆变器距离箱变100米,B逆变器距离箱变500米,由于电压差异,将会造成A逆变器正常运行时但B逆变器已经欠压保护停机的情况!或者B经常性进入低穿补偿无功,将使整个并网系统稳定性变差,导致极差的电网适应性和电能质量。

 

4-2 组串式方案交流线缆压降

集中模组式逆变器集中并网,避免系统出现谐波震荡及弱电网现象,同时,根据负载情况进行模组投切、变频控制,使全功率范围内均能输出优质的电能质量。

 

4-3 电能质量输出对比

5、总结

逆变器集中式和组串式技术路线行业内一直争论不休却没有公论,集中式逆变器投入成本低,性能可靠;组串式逆变器初期投资大,后期维护成本巨大;集中模组式逆变器在传统集中式逆变器的基础上,通过技术创新,不断优化,得到业界一致好评,并取得广泛应用,实现初期投资成本比传统1MW集中式方案降低0.1/W,比组串式方案降低0.3/W的强大优势,不仅解决了复杂地形应用的问题,还通过自身的超配能力、优质电能质量等特点提升系统发电量,真正帮助用户达到最大化收益。


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