在工程设计中可以在各种逆变设计方案中进行选择,一般情况下,集中型逆变器也许是光伏电站的最佳选择,但某些情况下,即使系统规模相当,选择小型逆变器却更合适。选择小规模的逆变器单元,可以为每一个特定的光伏系统提供精确设计。结合小型逆变器的高效率,几个小型逆变器可以带来比一个大型集中型逆变器更好的性价比。
在采用相同太阳能电池组件的光伏系统中,选择集中型逆变器会非常高效。然而,当太阳能电池组件不同时,如太阳能电池组件彼此不匹配或太阳能电池组件之间存在较高的制造公差、太阳能电池阵列朝向不同、需对每一个太阳能电池阵列进行追踪等,这些情况下,选择像小集中型逆变器就会更加合适。
相对于集中型逆变器,小型逆变器的维护工作比较简单、成本也较低,当逆变器发生故障时,可以直接进行更换。从实施安装的角度,大型逆变器需要建造专门的安装厂房,而小型逆变器因为较轻可以直接安装在墙上,成本也更为低廉。
然而,从电站监控的角度,集中型逆变器易于配置监控系统,如组网简单、支持标准硬件设备等。另外,集中逆变器也更适合参与电网稳定管理,如调节功率、电压等电能质量参数。因此,从规模经济性考虑,对于一个规模确定的大型光伏系统,集中型逆变器是首选方案。
在评估方案时,需要从整体拥有成本上进行考虑。在允许的条件范围内,一个方案针对某个确定的系统是最优的,而针对另外一个系统可能不是最佳的。针对单台产品功率,对小容量方案与集中型方案的对比分析见表1。
表1 小容量方案与集中型方案的对比分析
分析项目
小容量方案
集中型方案
单台产品功率
1.2~17kWp
100~500kWp
系统成本
(不含组件)
设备总成本
较低
较高
汇流箱
不要求
要求
直流配电柜
不要求
要求
交流配电柜
要求
要求
直流电缆
要求
要求
监测系统
选配
选配
运维费用
无
需要
组件朝向对发电效率的影响
不同朝向、不同角度的光伏阵列单独组成一个发电单元,以实现发电效率的最大化
人为将不同朝向、不同角度的光伏阵列接入同一台逆变器,会导致效率损失
精确设计
每个单元都可实现逆变器与光伏阵列的精确匹配
合并为几个发电单元,无法精确匹配,不能充分利用各屋面
安装调试
重量轻,墙面户外就近安装,调试简单,普通电工即可胜任
重量大、需吊车吊装;调试复杂,需原厂专业技术人员进行调试
安全性
设备故障时影响范围很小,恢复也很快,只需更换故障设备即可
一旦设备故障,会导致大面积停电,且恢复周期长
场地要求
简便安装,无需专门的配电室
需专门的配电室来放置逆变器
运行维护
几乎零成本,普通电工即可解决常规问题
每年需投入设备成本的10~15%左右的维护费用,需专业技术人员定期维护
零配件
无需任何零配件
需库存一定数量的零配件
分别以20kW、333kW和500kW/630kW逆变器构建1MW光伏系统的系统特点见表2。
表2 分别以20kW、333kW和500kW/630kW逆变器构建1MW光伏系统的系统特点
20kW
333kW
500kW/630kW
组串型逆变(无隔离变)
集中型逆变
集中型逆变
不需要汇流箱,直流输入细分到每一串;
需要汇流箱,集中汇流,可节约直流电缆;
需要汇流箱,集中汇流必要时需要分级汇流以节约直流电缆;
直流侧布线简单,分布式就地并网;直流电缆短,成本低;
直流侧输入电压最高可达1500V,每串可连接更多组件;直流线损小,成本低。
直流侧布线相对复杂且距离长,必要时需要配置多级汇流,成本相对较高。
交流侧电缆连接距离长,每个逆变器需要一个交流断路器,可就地并网或交流汇流并网。
交流侧输出电压高690V,交流电缆线损较小,到变压器距离较短,交流布线成本低,相同电缆截面输送690V与输送400V的交流电相比,传输损失降低了66%。
交流侧到变压器距离很短,线损小,交流布线简单成本较低。
输出三相交流400V,可以直接低压并网,不需要隔离变压器。
输出三相交流690V,可多台逆变器共用一台隔离变压器。
输出三相交流315V,两台逆变器配合一台隔离变压器。
防护等级IP65不需要另建电气室,就地安装在电池板后面;提高了土地利用率,也节省了基建成本和空调费用。
防护等级IP65不需要另建电气室,就地安装在电池板后面,提高土地利用率,也节省了基建成本和空调费用。
IP54需要置于电气室内。
免维护,自然冷却。
简单维护,强制风冷。
需定期维护,液冷+风冷双冷却系统。
宽泛的直流电压输入范围和MPPT运行电压范围;最高效率98.2%。
采用最新的拓扑电路,效率可以达到最高98.5%。
最高效率98.2%。
维护方便,需要时直接更换整个逆变器,安装便携。
常规维护。
需专业维修。
50个MPPT追踪精度非常高。
3个MPPT追踪精度高。
2个MPPT追踪精度一般。
宽×高×深535mm/601mm/277mm;重量:41.5 kg
宽×高×深230mm/1610mm/810mm;重量:850kg
宽×高×深800mm/2000mm/600mm;重量:1700 kg
分别以20kW、333kW和500kW/630kW逆变器构建1MW光伏系统的成本分析如下:
1)由20kW组串型逆变器构成的逆变系统,初期在逆变器本身投入略高一些,但是从系统成本及长期运营角度看,总成本低,投资回报率高。
2)由333kW集中式逆变系统,无论从初期硬件投入还是从长期运营维护费用成本来看,都适中。
3)由500kW逆变系统,初期硬件投入费用较少,但系统整体成本和后期维护成本较高。
目前国内市场集中型逆变器占了绝大部分市场份额,而从全球市场来看,由于组串式逆变器的诸多优点,组串式逆变器在全球市场占据主导地位。随着国内光伏市场的发展,投资商和运营商对逆变转换效率和可靠性及整个逆变系统可靠性的要求会越来越高,组串型逆变器会得到越来越多的青睐。
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