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2015年光伏逆变器现状及未来趋势分析

发表于:2014-11-26 12:55:58 来源:中国报告大厅
 我们现在逆变器的应用主要就是分成四块,一个是荒漠电站,还有一些山丘、鱼塘等等一些土地的附加利用,第三个是工商业屋面,最后是家庭电站。这些电站规模逐步在减小,荒漠电站规模最大,家庭主要在4000万以下。从四个应用当中我们现在光伏逆变器这几年技术发展非常快,在分类上面出现了这四种形态,第一个是我们所谓的集中逆变器,给它定义是将光伏组件大规模串并联以后集中逆变馈入电网。组串逆变器是针对每一串光伏组编逆变馈入电网,微型是针对每一块光伏组件逆变后独立馈入电网,功率优化其是每一个组建采用直流汇总。

技术现状,具体表现五个方面,光伏逆变器高度依赖于电力电子和微电子技术的发展,如果没有新型的功率器件,没有新型的半导体器件,如果没有高速的性能优越的微处理器,我们这个逆变器是无法去实现更高的性能,主要围绕着如何提高光伏组件,光伏方阵的运行效率,减少损耗,提高可靠性,以及整个光伏其他的PID等等,还有遮挡灰尘等等,对逆变器本身来说,聚焦于如何减少自身的损耗和提高设备可靠性。普遍采用较为复杂的控制技术,以及现代控制里面的一些算法。现在也是基本着眼于如何提高电网的安全性,友好性,并提供一些智能的服务和技术。现在技术性围绕这五块也做了大量创新,做了大量工作,我们看右边的图,我们的光伏逆变器就是一个桥梁,在我们的可再生能源和电网之间,要做好这个桥梁的工作。

目前的技术水平,转换效率做到97%到99%,MPPT效率做到98%到99.9%,单机最大功率现在有2.5兆瓦,电路结构主要目前是以两电平为主少量为三电平,冷却方式风棱为主,少量为自冷,液冷,功率器件以IGBT为主,少量的碳化硅器件,在工信部支持下,最近碳化硅器件国产也有些突破。现在目前电压等级在1000伏以内。

产业的情况,目前依然是SMA是全球的逆变器的龙头老大,ABB收购了Power-One,是目前的第二。阳光逆变器去年出货量是全球第二,只是出货量,但是销售数额一排就前五名也达不到了,因为我们卖的太便宜了。

逆变器各种应用情况,这里引用了IHS去年年底的一个报告,我们可以看一下,组串逆变器也好,微型逆变器也好,大型的逆变器也好,在全球市场当中基本上来说还是有一定的共性,就是超过某一定功率的一般来说是配备一些大型的逆变设备,在中国市场上由于大量的都是大型电站,主要还是以集中逆变器为主,组串逆变器发展也是比较快。

其中逆变器应用情况,是随着规模的扩大,它的比例没有下降,功率等级是不断提升当中,目前主力机型都在1兆瓦左右,有单个的也有并联的。组串性逆变器,目前的现状是组串逆变器发展非常快,特别适合用在中小型项目当中,特别是屋顶,山坡、家庭电缆等等,最大优势在多云的气候,我们光伏电站接入电网标准里面规定了功率变化率的上升率,上升率可以控制,通过逆变器的调节,我是可以把功率限制的,所以上升率是可以限制的,但是如果来了云块功率下降了怎么办,不管是组串逆变器也好,大型逆变器也好,功率下降了突然就下降了,这是电网受不了的地方,为什么装储能。在多云天气来的时候,组串逆变器特别有优势,因为云块可能有的地方没到达,那个地方可以大量发电,还有运输方便,出现故障也不可能大面积发生停电。还有一个很重要的直流路径比较短,直流保护成本低。直流是容易拉弧的,很容易发生火灾,逆变器发生在组进的跟前有这个好处。
下面几点是它不足的地方,它的单位造价是高的,运行管理,由于台数太多了,有的一个电站有几千台,这样的话电网友好性差,比如一些限电的,储能的,穿越的,这些要求也能实现,但是比较费劲,转换效率相对低一些,电网容易发生一些谐振,还有沙尘、严寒,特别是眼光底下暴晒等等,还有待克服。

组串逆变器分为三类,单向、小型的,还有双向,相等比较热门的微型。组串逆变器的发展其实非常快,我们看这三款逆变器的转换效率都大于99%,这个在很多人认为是不可能实现的事情,现在都基本上实现了。最高是99.15%。也有一些新型的拓扑电路结构支撑高效的创新活动,这个我不多说了。

组串逆变器功率在不断增大,我们看了前面是40千瓦单机的,到后来都是60千瓦单机,在不久将来可能还会有更大功率的,单机功率的加大主要还是为了分摊每瓦的成本,当然逆变器的通讯技术也是越来越发达,多能支撑,3G甚至4G,甚至一些互联网。现在在日本在德国,在澳大利亚,大量的装备储能的系统,日本去年到今年,安装了几十万套带家庭储能的光伏发电系统。接下来一块就是微型逆变器,这个微型逆变器在美国市场上占了非常大的一个份额,但是非常奇怪也只有在美国市场是有这么大份额,主要有一个著名的作用,微型逆变器公司是在美国,它的优点是它不可能发生这种失配的情况,因为每一件组件都有一个逆变设备,这也正是它的缺点,转换效率现在只做到96%,另外每瓦成本都在两三块钱,现在大功率产品每瓦是三毛钱,这个基本上接近3块钱。

给大家介绍一个新的技术,既然是微型逆变,为什么还要升压呢,把交流电压串联起来,还真是有人做这样的事情,五年前我去申请这样一个专利,结果发现现在真有人做这样的事情,这个东西特别好用,但是前提是你怎么把它所有的东西,交流怎么串联,当然新的技术也在不断的派生出来。

第三点,我讲讲技术趋势。电力电子逆变设备,我们要关注的就是如何把自身的设备和我们系统的性价比提上去,从直流侧,从逆变侧,从电网侧,从系统角度做些布局。我们看看发展的轨迹,这是以我们阳光为例的,下一代的大家可以看看从明年开始,这种氮化镓碳化硅的器件,三电平多电平的转换电路,主平现在有1000兆的公共机的主平也在做这样的设备,使得这个设备做起来变得非常容易。我预测下一代逆变设备基本上是无损,无损的话转换效率达到99%,这个肯定能达到,但是下一个目标是99.5%,基本上来说要把太阳能过来宝贵的效率基本都用上,99.5%,我想未来五年一定能突破。

右边列几个新的器件,新的这些器件,碳化硅器件,把开关频率可以做到5000,做到这么高,电感电容都是不需要的,储能很小一点点成本大幅度降低,动态性能也得到改善。我们的电力电子技术,围绕着我们的逆变设备主要就是需要有高性能的DSP,拓扑,新型的算法,和一些改进。

小功率的,大功率的,三电平、四电平、五电平,常规的只有两个电平,不是零就是一,如果创造出第三个电平是多少呢,肯定是正负0.5,正负0.5怎么来,就是通过开关器件,通过直流侧中间的分压产生第三个电平,产生第三个电平最大的好处就是谐波大量减少,电流大量降低,成本大幅降低,转换效率提高。我们准备做1500伏的直流系统,从今年开始,欧洲美国已经开始在安装一些电站,不是现在1000伏了,是1500伏的直流有两个好处,所有现在城市轨道交通,全部是1500伏,可以共用这1500伏的技术。我们现在电站做的越来越大,要提高发电效率,降低损耗,限水这块要特别关注,所以下一步要提高到1500伏,提高到1500伏其实很简单,关键是这些开关组件、绝缘、电缆等等,如果呈线性增加了投资,还不如不要提高,一定要非线性的把这些成本降下去。
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