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光伏電站解決方案對(duì)比分析

   2014-07-02 世紀(jì)新能源網(wǎng)23250
核心提示:相比于國(guó)際市場(chǎng),國(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(chǎng)合及優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行分析。
特變電工西安電氣科技有限公司

國(guó)家能源局敲定2014年國(guó)內(nèi)光伏新裝機(jī)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(duì)電站設(shè)計(jì)方案的討論,特別是針對(duì)組串式和集中式這兩種光伏逆變器的選擇。相比于國(guó)際市場(chǎng),國(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(chǎng)合及優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行分析。

1.方案介紹

兆瓦級(jí)箱式逆變站解決方案:1MW單元采用一臺(tái)兆瓦級(jí)箱式逆變站,內(nèi)部集成2臺(tái)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(hù)等級(jí)可達(dá)IP54,可直接室外安裝,無(wú)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:1MW單元需建設(shè)逆變器室,內(nèi)置2臺(tái)500kW并網(wǎng)逆變器(集成直流配電柜)、1臺(tái)通訊柜等設(shè)備?,F(xiàn)場(chǎng)需要建造逆變器土建房。



集中式解決方案

組串式解決方案:1MW單元采用40臺(tái)28kW組串式并網(wǎng)逆變器,組串式逆變器防護(hù)等級(jí)IP65,可安裝在組件支架背后。



組串式解決方案

2.方案對(duì)比

2.1 投資成本對(duì)比

組串式解決方案:


集中式解決方案:


兆瓦級(jí)箱式逆變站解決方案:




備注:以上價(jià)格來(lái)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1MW單元計(jì)算。

2.2 可靠性對(duì)比

(1)元器件對(duì)比

集中式解決方案:1MW配置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個(gè),2臺(tái)并網(wǎng)逆變器共12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,MTBF超過(guò)10萬(wàn)小時(shí),保證25年無(wú)需更換。

組串式解決方案:1MW配置40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12個(gè),40臺(tái)并網(wǎng)逆變器共480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(hù)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(gè)小時(shí),且故障后無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)更換。

(2)應(yīng)用業(yè)績(jī)對(duì)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(guó)內(nèi)目前99%的光伏電站均采用該類(lèi)型并網(wǎng)逆變器,市場(chǎng)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(guó)內(nèi)目前只在青海格爾木有4MW的運(yùn)行業(yè)績(jī),市場(chǎng)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)IHS截至2013年12月的統(tǒng)計(jì),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(chǎng)里面,比例最高的德國(guó)市場(chǎng),采用組串式方案的比例為12%;近年市場(chǎng)容量排名第一第二的中國(guó)和美國(guó)市場(chǎng),采用組串式方案很低,比例不到1%。

(3)諧波及環(huán)流問(wèn)題

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

組串式解決方案:1MW多達(dá)40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40臺(tái)逆變器并聯(lián)后,會(huì)在并網(wǎng)點(diǎn)造成諧波疊加問(wèn)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(wèn)題嚴(yán)重。



單臺(tái)設(shè)備額定功率下的諧波電流對(duì)比(數(shù)據(jù)來(lái)源于CQC檢測(cè)報(bào)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(jí)拓?fù)?,無(wú)BOOST電路,完全適用于大型地面電站無(wú)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(jí)拓?fù)洌鋫銪OOST升壓電路,主要針對(duì)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(lèi)單一、朝向角度一致、無(wú)局部遮擋,無(wú)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(jì)算。

集中式解決方案:100MW共需200臺(tái)集中式并網(wǎng)逆變器,按照故障率2%計(jì)算,故障設(shè)備為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)<30萬(wàn)。

組串式解決方案:100MW共需4000臺(tái)組串式并網(wǎng)逆變器,按照故障率1%計(jì)算,故障數(shù)量為40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40次,共需花費(fèi)61.6萬(wàn)元。

2.3 設(shè)備性能對(duì)比

(1)逆變器效率對(duì)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(jiàn)的組串式并網(wǎng)逆變器采用DC-DC-AC雙級(jí)拓?fù)?,而集中式逆變器采用DC-AC單級(jí)拓?fù)?,正是因?yàn)槎嘁患?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)變換效率高0.4%以上,而組串式逆變器廠家對(duì)外宣稱(chēng)的效率通常是在高直流輸入電壓下測(cè)得,相當(dāng)于關(guān)閉DC-DC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(chēng)效率遠(yuǎn)低于實(shí)際效率。

按照100MWp電站(以西北各省平均日照小時(shí)數(shù)均在3000小時(shí)以上,折算成峰值日照小時(shí)數(shù)約為1650小時(shí)),參考當(dāng)前電網(wǎng)電價(jià)0.95元/度,則25年可增加發(fā)電收入為1650(萬(wàn)元)。

100(MW)×1650(小時(shí))×25(年)×0.95(元/度)×0.4%=1568(萬(wàn)元)

(2)功能對(duì)比

集中式并網(wǎng)逆變器具備更加全面的功能,例如夜間無(wú)功補(bǔ)償(SVG)、零電壓穿越、無(wú)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(duì)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(wú)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(duì)電網(wǎng)的各種故障,還有待實(shí)踐考驗(yàn)。

(3)拓?fù)鋵?duì)比

集中式并網(wǎng)逆變器采用單級(jí)拓?fù)?,功率器件少、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jí)拓?fù)洌β势骷?、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。

單級(jí)vs雙級(jí):



組串式拓?fù)鋠s集中式拓?fù)洌?br />




(4)過(guò)載能力對(duì)比

集中式并網(wǎng)逆變器過(guò)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(hù)帶來(lái)更多的收益。

組串式并網(wǎng)逆變器過(guò)載能力僅為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)熱元件采用單獨(dú)封裝的方式分開(kāi),冷空氣無(wú)法直接經(jīng)過(guò)主要發(fā)熱元件,造成散熱效率較低,所以過(guò)載能力受限。

2.4 可維護(hù)性對(duì)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(zhuān)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(hù)方式,因設(shè)備數(shù)量較多,現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)應(yīng)用分散,更換困難,整機(jī)更換維護(hù)成本高,且需要專(zhuān)門(mén)配置備件庫(kù)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(zhǎng);再有因組串式?jīng)]有一級(jí)匯流設(shè)備,如在白天更換無(wú)法斷開(kāi)直流側(cè),存在高電壓危險(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。



3.對(duì)比總結(jié)

通過(guò)以上的對(duì)比說(shuō)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(zhuān)門(mén)針對(duì)大型地面電站,優(yōu)勢(shì)非常突出,應(yīng)用業(yè)績(jī)也十分廣泛,下面對(duì)三種方案進(jìn)行系統(tǒng)的對(duì)比。



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(lèi)電站裝機(jī)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(duì)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)對(duì)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)逆變器解決方案目前廣泛應(yīng)用在分布式電站和小型電站小型地面電站中,此類(lèi)電站容量多在5MW以下,常以家用、商用屋頂為組件載體,單個(gè)屋頂或單個(gè)容量常小于100kW,系統(tǒng)能夠直接并入低壓配電網(wǎng)或供用戶(hù)直接使用。分布式發(fā)電系統(tǒng)因受到屋頂角度、建筑物陰影、樹(shù)木陰影等原因的影響,采用具備多路MPPT功能逆變器可靈活配置組件功率和種類(lèi),所以組串型逆變器更加適用于5MW以下的小型地面電站和分布式電站中。
 
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