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逆变器影响光伏收益的探讨

发表于:2014-12-24 14:11:33 来源:索比太阳能光伏网 作者:伍彬彰 深圳市首航新能源有限公司
 2013年开始全球光伏市场迎来了新的增长点,据行业分析机构统计增值近12%,新兴光伏市场的崛起,拉动了整个光伏市场的增长。对于欧洲等西方国家来说光伏发电已经得到广泛应用,而对于起步较晚的中国来说,光伏发电正处于破冰阶段。

去年,国家发改委出台了《国家发展改革委关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》,意味着 “金太阳”时代初装补贴的终止,取而代之的是按照光伏电站实际发电量发放的度电补贴。

这使得大家把焦点集中于光伏电站的发电性能(PR, performance ratio),光伏电站的发电性能取决于很多因素(光伏组件、逆变器、电缆的选用,光伏阵列的排布以及阴影状况等等),而光伏逆变器作为光伏电站中最为核心的设备,其性能好坏直接影响到光伏电站的发电性能。进而直接影响到光伏电站投资者的收益。

为我们所熟知,逆变器有两个最关键的性能指标:(A).逆变器效率;(B).运行可靠性。

(A).逆变器效率
决定逆变器效率的有两大因素。

(一)是转换效率,是指逆变器将太阳能面板发出的直流电能转换成交流电力的效率;在将直流电流转换成正弦交流时,要使用逆变电路(核心器件为功率半导体)对直流电流作开关处理(极短时间的导通及截止),此时功率半导体会发热而导致能量损失。通过改进开关电路的设计,可将这一损失降至最小。

(二)是MPPT效率:光伏逆变器的一项重要任务便是使光伏组件时刻工作于最大功率点(MPP, maximum power point),由于光伏组件的工作环境:温度和辐照强度等在不断变化(云朵飘过时,辐照变化非常快),因此光伏组件的MPP也在不断变化,光伏逆变器必须持续追踪光伏组件的MPP,从而使光伏组件尽可能多的输出直流电能。

MPPT效率是指逆变器从光伏组件获得的直流电能与理论上光伏组件工作在MPP时所输出直流电能的比值。

MPPT效率包括静态MPPT效率和动态MPPT效率:静态MPPT效率表征的是当光伏组件输出特性曲线给定时,逆变器跟踪光伏组件最大输出功率的精度。静态MPPT效率没有考虑日照/温度变化以及随之引起的工作点的变化等动态因素,因此为了评估瞬态特性,引入了动态MPPT效率的概念。动态MPPT效率是考量逆变器对最大功率点的跟踪响应速度的重要指标。

深圳市首航新能源有限公司(以下简称“首航新能源”)确保全系列产品的静态MPPT效率>99.5%,动态MPPT效率>99%(依据EN 50530:2010)。

目前各逆变器厂家都很关注逆变器效率,也都在尽力提高这一硬性指标,根据首航新能源研发人员掌握的各家逆变器的参数,单相逆变器以3kW为例,逆变器最大效率普遍超过97%;同时,三相逆变器以20kW为例,逆变器最大效率普遍超过98%。

(B).运行可靠性
为提高光伏系统的PR值,最直观的想法便是选用高效率的逆变器,但如上所述,目前各家逆变器的效率值都很接近,差距也就是零点几个百分点。因此,逆变器的可靠性就变得更为重要。可用系数(AF, availability factor)是表征逆变器可靠性的一个数量指标,可用系数越高,表示逆变器的可靠性越好。(有时使用‘不可用系数’表征可靠性,如PVsyst软件,Unavailability=1-AF)

光伏逆变器的可靠性主要体现在两个方面:
(一)应对恶劣的环境
光伏电站的设计寿命至少是20年,光伏逆变器(内部是敏感的电子器件)也必须在各种气候环境下可靠运行。

首航新能源确保全系列产品达到IP65防护等级,客户可方便的在户外进行逆变器安装。在大货生产中的每个机箱,首航新能源都会进行气密性测试(比IP65更严苛的要求)。

光伏逆变器实际运行中,温度变化可能导致其气密性变差(由于压差变化)、机器内部形成凝露等严重问题。

首航新能源全系列产品,在设计中便考虑温度均衡、温差分布连续,防止内部形成明显的温差,从而平衡内部单板温度。提高产品对温度变化的适应性。通过热仿真的方法分析散热器、内部功率管、PCB单板器件等的热数据,设计中使热平衡均匀分配。

首航新能源全系列产品均装设IP68防护等级的的防水透气阀,大幅降低压差变化对逆变器外壳气密性的影响,防止凝露的形成。且机器内部每块PCB线路板均进行三防漆涂覆保护,进而延长产品寿命。

(二)应对复杂的工作情况
光伏逆变器,不仅需要适应光伏组件本身的特性,此外还需应对各种情形的电网情况(如弱电网),处理不恰当,逆变器就无法稳定运行,如下面这些案例:
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针对以上光伏逆变器的常见问题,首航新能源研发人员均从技术上予以解决,确保首航光伏逆变器在各种工作情况下均能够稳定运行。
序号 常见问题 设计上的问题 首航新能源的解决方案
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表一:为确保逆变器在各种情况下均稳定运行,首航采取的技术措施

除了上述的技术措施,在设计方面,首航使用了模块化的设计理念,不同系列的光伏逆变器共用通信模块、辅助电源模块、软件控制模块等一系列功能模块。从而降低逆变器的复杂度,使设计出来的逆变器更简单、更可靠。

在核心器件的选用上,首航新能源严格把关,精选国际知名品牌,确保产品可靠性。

在生产过程中,首航的每台逆变器出货前,均会在45℃的环境温度下,满载运行12小时。在老化测试中,首航采用网络化监控,绝不放过任何一个问题。

在保证首航逆变器高效率、高可靠性的基础上,首航新能源的研发团队始终站在客户角度思考,竭力提升首航逆变器的易用性,从而降低光伏电站在安装以及运营阶段的人力成本,进而增加光伏电站投资者的收益。以下简要给出两例:

首航三相逆变器增加了相序自动识别功能,用户不需要知道三根相线的相序便可接线,使得机器安装更加方便、快捷。

首航逆变器可以通过内置的SD卡进行软件升级,方便用户维护。

首航新能源相信,高效率、高可靠性、更易用的首航光伏逆变器,必将为光伏电站投资者带来更高收益。
相关标签: 逆变器 光伏收益 首航
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