人類早已意識到化石能源日益枯竭的問題,所以加快了對可再生能源利用的腳步。這幾年全球的光伏電站如雨后春筍般崛起,呈爆炸性增長。而逆變器作為光伏電站中電流變換(DC->AC)的關(guān)鍵設(shè)備,除了穩(wěn)定性,其轉(zhuǎn)換效率也受到了高度關(guān)注。而現(xiàn)在普遍逆變器廠家的逆變器轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)做得很高了,由于電子器件的限制,逆變器的轉(zhuǎn)換效率想再往上提高已經(jīng)變得非常困難,那么,能否換一種思路,在解決方案上提升電站的效率?禾望集散式智能逆變系統(tǒng)正解決了這一難題。
一、傳統(tǒng)方案的局限 — 單路MPPT,傳輸電壓低
電站采用傳統(tǒng)方案,一般是以1MW為一個發(fā)電單元,即1MW功率的光伏組件,經(jīng)過匯流,連接到2臺500kW功率的逆變器,最后接1臺1000kVA的箱式變壓器升壓,把電能送到升壓站并入電網(wǎng)。

傳統(tǒng)集中式MW級光伏并網(wǎng)單元拓撲圖
傳統(tǒng)方案存在著一定的局限性。
1、傳統(tǒng)的500kW逆變器只有1路或2路MPPT,易受現(xiàn)場各種復(fù)雜情況的影響,導(dǎo)致MPPT跟蹤曲線出現(xiàn)多個波峰,逆變器工作在哪個波峰的電壓下都會造成發(fā)電量的損失。
陰影遮擋便是其中一個范例。因為光伏組件在地面大面積的鋪開,難免會受到天空云朵的遮擋形成陰影,而這一遮擋造成在此發(fā)電單元的逆變器跟蹤的MPPT曲線不能真正跟蹤到光伏組件的最大功率點電壓,從而使得光伏組件無法最大程度地出力發(fā)電,造成發(fā)電損失(美國能源局實驗結(jié)果顯示:3%的陰影遮擋都可能導(dǎo)致25%的發(fā)電效率損失)。
地形復(fù)雜的電站項目,如在西南的云南等地,光伏電站項目地點多為山地,1MW發(fā)電單元所布置的光伏組件其朝向、傾角等很可能參差不齊,這時也會由于單路MPPT跟蹤導(dǎo)致光伏組件發(fā)力不全。
電站使用光伏組件特性不一樣,單路MPPT也會由于組件失配導(dǎo)致發(fā)電量損失。
2、傳統(tǒng)的500kW逆變器的輸出電壓一般270Vac/315Vac。眾所周知,低壓傳輸會產(chǎn)生較大的線損,如果直接提高輸出電壓,則會導(dǎo)致新的問題,即:逆變過程中,輸入電壓和輸出電壓存在著一定的倍數(shù)關(guān)系,輸出電壓提高則會直接導(dǎo)致MPPT的范圍縮窄,導(dǎo)致發(fā)電量損失。
二、方案簡介
禾望集散式智能光伏并網(wǎng)解決方案是將逆變器、光伏控制器、監(jiān)控系統(tǒng)集于一體的整體光伏并網(wǎng)解決方案,可實現(xiàn)節(jié)省系統(tǒng)初始投資,提高系統(tǒng)發(fā)電效率,增加投資回報率的多重目的。

禾望集散式智能光伏——1MW單元系統(tǒng)圖
集散式智能光伏并網(wǎng)解決方案有效結(jié)合了傳統(tǒng)集中式大機及組串式小機兩種方案的優(yōu)勢,具有獨特設(shè)計理念:
(1)多路MPPT;
(2)提升交直流側(cè)端口電壓,降低傳輸損耗;
(3)實現(xiàn)集中逆變并網(wǎng)。
多路MPPT:禾望集散式智能光伏并網(wǎng)解決方案,將傳統(tǒng)集中式逆變器單路MPPT分散至其前端的光伏控制器,實現(xiàn)每2~4路PV組串對應(yīng)1路MPPT,模塊化設(shè)計,獨立跟蹤,高精度、高可靠,從而降低遮擋、灰塵、組串失配的影響,提高系統(tǒng)發(fā)電量2%。詳見表1:
表1:傳統(tǒng)集中式方案與禾望集散式方案MPPT對比

提升交直流側(cè)端口電壓,降低傳輸損耗:集散式方案逆變器輸入輸出電壓均實現(xiàn)提升,交流輸出側(cè),從傳統(tǒng)的270/315V提高到520V,直流輸入側(cè),由傳統(tǒng)的400~800V波動電壓提高到穩(wěn)定的820V。因此在同等運行條件下,集散式方案對應(yīng)的傳輸損耗比集中式的大幅下降。
另外,就逆變器自身損耗而言,集散式方案1MW逆變器的輸出電流與傳統(tǒng)集中式的500kW逆變器近似,其損耗也與一臺傳統(tǒng)500kW逆變器近似。從而總體1MW逆變器的損耗大幅下降,對比詳見表2:
表2:傳統(tǒng)集中式方案與禾望集散式方案損耗對比

注:損耗對比以傳統(tǒng)方案作為參照。
小結(jié):相比傳統(tǒng)集中式方案,集散式方案在交直流電纜傳輸損耗、逆變器發(fā)熱損耗環(huán)節(jié)降低了1%以上。
實現(xiàn)集中逆變并網(wǎng):除了對初始投資和發(fā)電量的關(guān)注,隨著電站存量規(guī)模的增加,光伏電站對電網(wǎng)的影響越來越大,如何較好的適應(yīng)電網(wǎng)、滿足電網(wǎng)的調(diào)度、夜間無功補償、減小諧波污染、實現(xiàn)低(零)電壓穿越等也是需要充分考慮的,禾望集散式智能光伏系統(tǒng)采用單機容量1MW逆變器實現(xiàn)集中逆變并網(wǎng),完全滿足電網(wǎng)相關(guān)要求,實現(xiàn)電網(wǎng)友好性目標。

結(jié)論:綜合上述分析,集散式方案通過系統(tǒng)優(yōu)化及合理的軟硬件設(shè)計,可提高系統(tǒng)整體發(fā)電效率3%,約合每年多發(fā)5萬度/MW。
三、方案技術(shù)優(yōu)勢與價值
相比傳統(tǒng)集中式的光伏電站,禾望集散式智能光伏方案具有減少系統(tǒng)投資,提高系統(tǒng)發(fā)電量等一系列優(yōu)勢,具體表現(xiàn)在以下幾個方面:
1、減少系統(tǒng)投資
集散式方案從整個光伏系統(tǒng)的角度,通過合理設(shè)計,相比傳統(tǒng)集中式方案,從直流電纜至35kV箱變及土建等環(huán)節(jié)均實現(xiàn)了節(jié)省投資的目的。
表3:傳統(tǒng)集中式方案與禾望集散式方案系統(tǒng)投資對比

另外,集散式方案可提高發(fā)電量3%,在同等發(fā)電量的情況下,集散式比集中式節(jié)省系統(tǒng)投資0.24元/W(此處按照電站目前EPC造價8元/W計算)。即同等發(fā)電量情況下初始投資更低。
小結(jié):相比集中式方案,集散式方案在箱變、交直流電纜及土建方面的初始投資成本,可節(jié)省5~7萬元/MW.
2、高投資回報率
采用集散式方案,相比傳統(tǒng)集中式方案,可顯著增加電站運行收益,從而大大提高投資回報率(下圖以50MW電站為例分析)。即實現(xiàn)高效率=高投資回報率的目的。

小結(jié):相比傳統(tǒng)集中式方案,集散式方案具有更高的投資回報率。
3、高智能易維護
集散式方案采用更強的處理器,增加動態(tài)MPPT學(xué)習與優(yōu)化功能, PV組件短路、開路和衰減預(yù)報功能,以及內(nèi)部電弧檢測功能,更易進行故障精確定位和維護。同時采用模塊化、歸一化設(shè)計理念,從而實現(xiàn)電站的智能化檢測,達到易于安裝維護的目的。

4、高可靠性
具有專利技術(shù)的逆變器防塵設(shè)計,采用離心風機,通過獨立風道將逆變器熱量帶走,并對IGBT功率驅(qū)動等核心部件進行單獨防塵設(shè)計。另外,直流母線電容采用純薄膜電容,完全滿足25年設(shè)計使用壽命要求。
5、良好的電網(wǎng)適應(yīng)性
優(yōu)化的控制算法,確保逆變器在諧波、三相不平衡、多機并聯(lián)諧振等均滿足電網(wǎng)要求,同時滿足電網(wǎng)無功調(diào)度、零電壓穿越等并網(wǎng)要求。
6、防PID效應(yīng)。
具有專利技術(shù)的防PID效應(yīng),極大地降低PV組件因PID問題帶來的發(fā)電效率衰減,從而提高系統(tǒng)發(fā)電量。
7、環(huán)境友好性。
光伏控制器無風扇,純薄膜電容設(shè)計,IP65防護等級,滿足環(huán)境友好性要求。
結(jié)論:禾望集散式智能光伏并網(wǎng)方案通過提升系統(tǒng)交直流端口電壓、降低線損等傳輸損耗、采用多路MPPT技術(shù),減小組件各種失配損失,提高發(fā)電量3%對應(yīng)每MW給客戶每年多收益5萬元,同時在箱變、交直流電纜及土建方面每MW為客戶節(jié)省初始投資5~7萬元,最終為用戶提供性價比最優(yōu)的光伏并網(wǎng)解決方案。
一、傳統(tǒng)方案的局限 — 單路MPPT,傳輸電壓低
電站采用傳統(tǒng)方案,一般是以1MW為一個發(fā)電單元,即1MW功率的光伏組件,經(jīng)過匯流,連接到2臺500kW功率的逆變器,最后接1臺1000kVA的箱式變壓器升壓,把電能送到升壓站并入電網(wǎng)。

傳統(tǒng)集中式MW級光伏并網(wǎng)單元拓撲圖
傳統(tǒng)方案存在著一定的局限性。
1、傳統(tǒng)的500kW逆變器只有1路或2路MPPT,易受現(xiàn)場各種復(fù)雜情況的影響,導(dǎo)致MPPT跟蹤曲線出現(xiàn)多個波峰,逆變器工作在哪個波峰的電壓下都會造成發(fā)電量的損失。
陰影遮擋便是其中一個范例。因為光伏組件在地面大面積的鋪開,難免會受到天空云朵的遮擋形成陰影,而這一遮擋造成在此發(fā)電單元的逆變器跟蹤的MPPT曲線不能真正跟蹤到光伏組件的最大功率點電壓,從而使得光伏組件無法最大程度地出力發(fā)電,造成發(fā)電損失(美國能源局實驗結(jié)果顯示:3%的陰影遮擋都可能導(dǎo)致25%的發(fā)電效率損失)。
地形復(fù)雜的電站項目,如在西南的云南等地,光伏電站項目地點多為山地,1MW發(fā)電單元所布置的光伏組件其朝向、傾角等很可能參差不齊,這時也會由于單路MPPT跟蹤導(dǎo)致光伏組件發(fā)力不全。
電站使用光伏組件特性不一樣,單路MPPT也會由于組件失配導(dǎo)致發(fā)電量損失。
2、傳統(tǒng)的500kW逆變器的輸出電壓一般270Vac/315Vac。眾所周知,低壓傳輸會產(chǎn)生較大的線損,如果直接提高輸出電壓,則會導(dǎo)致新的問題,即:逆變過程中,輸入電壓和輸出電壓存在著一定的倍數(shù)關(guān)系,輸出電壓提高則會直接導(dǎo)致MPPT的范圍縮窄,導(dǎo)致發(fā)電量損失。
二、方案簡介
禾望集散式智能光伏并網(wǎng)解決方案是將逆變器、光伏控制器、監(jiān)控系統(tǒng)集于一體的整體光伏并網(wǎng)解決方案,可實現(xiàn)節(jié)省系統(tǒng)初始投資,提高系統(tǒng)發(fā)電效率,增加投資回報率的多重目的。

禾望集散式智能光伏——1MW單元系統(tǒng)圖
集散式智能光伏并網(wǎng)解決方案有效結(jié)合了傳統(tǒng)集中式大機及組串式小機兩種方案的優(yōu)勢,具有獨特設(shè)計理念:
(1)多路MPPT;
(2)提升交直流側(cè)端口電壓,降低傳輸損耗;
(3)實現(xiàn)集中逆變并網(wǎng)。
多路MPPT:禾望集散式智能光伏并網(wǎng)解決方案,將傳統(tǒng)集中式逆變器單路MPPT分散至其前端的光伏控制器,實現(xiàn)每2~4路PV組串對應(yīng)1路MPPT,模塊化設(shè)計,獨立跟蹤,高精度、高可靠,從而降低遮擋、灰塵、組串失配的影響,提高系統(tǒng)發(fā)電量2%。詳見表1:
表1:傳統(tǒng)集中式方案與禾望集散式方案MPPT對比

提升交直流側(cè)端口電壓,降低傳輸損耗:集散式方案逆變器輸入輸出電壓均實現(xiàn)提升,交流輸出側(cè),從傳統(tǒng)的270/315V提高到520V,直流輸入側(cè),由傳統(tǒng)的400~800V波動電壓提高到穩(wěn)定的820V。因此在同等運行條件下,集散式方案對應(yīng)的傳輸損耗比集中式的大幅下降。
另外,就逆變器自身損耗而言,集散式方案1MW逆變器的輸出電流與傳統(tǒng)集中式的500kW逆變器近似,其損耗也與一臺傳統(tǒng)500kW逆變器近似。從而總體1MW逆變器的損耗大幅下降,對比詳見表2:
表2:傳統(tǒng)集中式方案與禾望集散式方案損耗對比

注:損耗對比以傳統(tǒng)方案作為參照。
小結(jié):相比傳統(tǒng)集中式方案,集散式方案在交直流電纜傳輸損耗、逆變器發(fā)熱損耗環(huán)節(jié)降低了1%以上。
實現(xiàn)集中逆變并網(wǎng):除了對初始投資和發(fā)電量的關(guān)注,隨著電站存量規(guī)模的增加,光伏電站對電網(wǎng)的影響越來越大,如何較好的適應(yīng)電網(wǎng)、滿足電網(wǎng)的調(diào)度、夜間無功補償、減小諧波污染、實現(xiàn)低(零)電壓穿越等也是需要充分考慮的,禾望集散式智能光伏系統(tǒng)采用單機容量1MW逆變器實現(xiàn)集中逆變并網(wǎng),完全滿足電網(wǎng)相關(guān)要求,實現(xiàn)電網(wǎng)友好性目標。

結(jié)論:綜合上述分析,集散式方案通過系統(tǒng)優(yōu)化及合理的軟硬件設(shè)計,可提高系統(tǒng)整體發(fā)電效率3%,約合每年多發(fā)5萬度/MW。
三、方案技術(shù)優(yōu)勢與價值
相比傳統(tǒng)集中式的光伏電站,禾望集散式智能光伏方案具有減少系統(tǒng)投資,提高系統(tǒng)發(fā)電量等一系列優(yōu)勢,具體表現(xiàn)在以下幾個方面:
1、減少系統(tǒng)投資
集散式方案從整個光伏系統(tǒng)的角度,通過合理設(shè)計,相比傳統(tǒng)集中式方案,從直流電纜至35kV箱變及土建等環(huán)節(jié)均實現(xiàn)了節(jié)省投資的目的。
表3:傳統(tǒng)集中式方案與禾望集散式方案系統(tǒng)投資對比

另外,集散式方案可提高發(fā)電量3%,在同等發(fā)電量的情況下,集散式比集中式節(jié)省系統(tǒng)投資0.24元/W(此處按照電站目前EPC造價8元/W計算)。即同等發(fā)電量情況下初始投資更低。
小結(jié):相比集中式方案,集散式方案在箱變、交直流電纜及土建方面的初始投資成本,可節(jié)省5~7萬元/MW.
2、高投資回報率
采用集散式方案,相比傳統(tǒng)集中式方案,可顯著增加電站運行收益,從而大大提高投資回報率(下圖以50MW電站為例分析)。即實現(xiàn)高效率=高投資回報率的目的。

小結(jié):相比傳統(tǒng)集中式方案,集散式方案具有更高的投資回報率。
3、高智能易維護
集散式方案采用更強的處理器,增加動態(tài)MPPT學(xué)習與優(yōu)化功能, PV組件短路、開路和衰減預(yù)報功能,以及內(nèi)部電弧檢測功能,更易進行故障精確定位和維護。同時采用模塊化、歸一化設(shè)計理念,從而實現(xiàn)電站的智能化檢測,達到易于安裝維護的目的。

4、高可靠性
具有專利技術(shù)的逆變器防塵設(shè)計,采用離心風機,通過獨立風道將逆變器熱量帶走,并對IGBT功率驅(qū)動等核心部件進行單獨防塵設(shè)計。另外,直流母線電容采用純薄膜電容,完全滿足25年設(shè)計使用壽命要求。
5、良好的電網(wǎng)適應(yīng)性
優(yōu)化的控制算法,確保逆變器在諧波、三相不平衡、多機并聯(lián)諧振等均滿足電網(wǎng)要求,同時滿足電網(wǎng)無功調(diào)度、零電壓穿越等并網(wǎng)要求。
6、防PID效應(yīng)。
具有專利技術(shù)的防PID效應(yīng),極大地降低PV組件因PID問題帶來的發(fā)電效率衰減,從而提高系統(tǒng)發(fā)電量。
7、環(huán)境友好性。
光伏控制器無風扇,純薄膜電容設(shè)計,IP65防護等級,滿足環(huán)境友好性要求。
結(jié)論:禾望集散式智能光伏并網(wǎng)方案通過提升系統(tǒng)交直流端口電壓、降低線損等傳輸損耗、采用多路MPPT技術(shù),減小組件各種失配損失,提高發(fā)電量3%對應(yīng)每MW給客戶每年多收益5萬元,同時在箱變、交直流電纜及土建方面每MW為客戶節(jié)省初始投資5~7萬元,最終為用戶提供性價比最優(yōu)的光伏并網(wǎng)解決方案。