光伏电站解决方案对比分析

1、光伏电站解决方案对比分析国家能源局敲定20142014年国内光伏新装机容量达14GV14GV，伴随着光伏电站规划目标 的提升，弓I I起了人们对电站设计方案的讨论， 特别是针对组串式和集中式这两种光伏 逆变器的选择。相比于国际市场，国内市场以大型地面电站为主，更多的光伏投资商 倾向于集中式逆变器，本文主要从逆变器技术方案入手，就两种方案的适用场合及优劣势进行分析。1.1.方案介绍兆瓦级箱式逆变站解决方案：1MW1MW单元采用一台兆瓦级箱式逆变站，内部集成 2 2 台500kW500kW并网逆变器（集成直流配电柜）、交流配电箱等设备，该箱式逆变站箱体防 护等级可达IP54IP54，可直接室外安装

2、,无需建造逆变器室土建房。兆瓦级箱式逆变站解决方案集中式解决方案：1MW1MW单元需建设逆变器室，内置2 2台500kW500kW并网逆变器（集成 直流配电柜）、1 1台通讯柜等设备。现场需要建造逆变器土建房。兆瓦级箱式逆变站箱变逆变器汇流箱逆变器集中式解决方案组串式解决方案：1MW1MW单元采用4040台28kW28kW组串式并网逆变器，组串式逆变器防 护等级IP65IP65,可安装在组件支架背后。2.2.方案对比2.12.1投资成本对比组串式解决方案:设备名称单位数量价格（万元）8汇1交流汇流箱台50.45 X 5=2.2528kW组串式逆变器台401.54 X 40=61.6双绕组升压变

3、压器台118PV直流线缆、交流线缆套115合计96.85集中式解决方案:设备名称单位数量价格（万元）16汇1直流汇流箱台140.3 X 14=4.2500kW光伏并网逆变器台215X 2=30PV直流线缆、交流线缆套115双分裂升压变压器台120土建套18合计77.2兆瓦级箱式逆变站解决方案:设备名称单位数量价格（万元）直流汇流箱16汇1台140.3 X 14=4.2兆瓦级箱式逆变站台138双分裂升压变压器台120PV直流线缆、交流线缆套115土建套12合计79.2备注：以上价格来源于各设备厂商及系统集成商，此报价仅供参考。设备数量均按照1MV单元计算。2.22.2可靠性对比（1 1） 元器件

4、对比集中式解决方案：1MW1MW配置2 2台集中式并网逆变器，单台设备采用单级拓扑设计， 共用功率模块6 6个，2 2台并网逆变器共1212个。单兆瓦配置设备少、总器件数少，发电 单元更加可靠。另外，集中式逆变器采用金属薄膜电容，MTBFMTBF超过1010万小时，保证2525年无需更换。组串式解决方案：1MV1MV配置4040台组串式并网逆变器，单台设备采用双级拓扑设计， 共用功率模块1212个，4040台并网逆变器共480480个。功率器件电气间隙小，不适合高海 拔地区。组串式逆变器采用户外安装，风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化；且单兆瓦配置设备数量多、总器件数多，可靠性低；采用铝电解电

5、容，MTBMTB取为数千个小 时，且故障后无法现场更换。（2 2） 应用业绩对比集中式解决方案：集中式并网逆变器在大型地面电站中应用广泛，国内目前99%99%的光伏电站均采用该类型并网逆变器，市场占有率高，认可度高。组串式解决方案：组串式并网逆变器在大型地面电站中的应用极少，国内目前只在青海格尔木有4MW4MW勺运行业绩，市场占有率低，认可度低。根据全球最权威的光伏逆变器行业研究机构 IHSIHS截至20132013年1212月的统计，容 量在5MW5MW以上的光伏电站中，全球约2%2%勺电站采用了组串式方案接入。各代表区域市 场里面，比例最高的德国市场，采用组串式方案的比例为 12%12%近

6、年市场容量排名第 一第二的中国和美国市场，采用组串式方案很低，比例不到 1%1%（3 3） 谐波及环流问题集中式解决方案：1MW1MW电站仅需2 2台并网逆变器，接入双分裂变压器，交流侧无 需汇流设备，完全不用考虑环流问题和谐波叠加问题，更加可靠组串式解决方案：1MW1MW多达4040台组串式并网逆变器，单台设备在额定功率下的谐 波含量远高于集中式逆变器，且4040台逆变器并联后，会在并网点造成谐波叠加问题， 而且较难抑制。另外，因交流输出侧采用双绕组变压器，多台设备间的环流问题严重。单台设备额定功率下的谐波电流对比（数据来源于CQCCQC佥测报告）（4 4）MPPTMPPT艮踪技术集中式解决

7、方案：集中式并网逆变器采用单路 MPPTMPPT艮踪技术，单级拓扑，无BOOSTBOOST 电路，完全适用于大型地面电站无遮挡的环境中，可靠性更高。组串式解决方案：组串式并网逆变器采用多路 MPPTMPPT艮踪技术，双级拓扑，配备 BOOSBOOS升压电路，主要针对分布式及小型电站设计，而大型地面电站因其组件种类单 一、朝向角度一致、无局部遮挡，无需配置多路 MPPTMPPT逆变器。（5 5）故障设备数量假设组串式逆变器故障率为1%1%集中式故障率2%2%电站容量按照100MV100MV计算。集中式解决方案：100MW100MW共需200200台集中式并网逆变器，按照故障率 2%+2%+算，故

8、 障设备为4 4台，按照每台更换一半元器件的极端情况考虑，共需要花费V3030万。组串式解决方案：100MW100MW共需40004000台组串式并网逆变器，按照故障率 1%1%计算， 故障数量为4040台，按照组串式整机更换的维护理念，共需人工更换逆变器4040次，共需花费61.661.6万元。2.32.3设备性能对比（1 1）逆变器效率对比为什么组串式并网逆变器的效率相比集中式低呢？原因主要在于常见的组串式 并网逆变器采用DC-DC-DC-DC-ACAC双级拓扑，而集中式逆变器采用 DC-ACDC-AC单级拓扑，正是因 为多一级直流升压电路从而导致逆变器整机效率下降，通常单级变换要比两级变

9、换效率高0.4%0.4%以上，而组串式逆变器厂家对外宣称的效率通常是在高直流输入电压下测 得，相当于关闭DC-DC-DCDC逆变电路，但实际应用中母线电压不可能时刻保持在高电压下， 所以组串式逆变器宣称效率远低于实际效率。按照100MW|100MW|电站（以西北各省平均日照小时数均在 30003000小时以上，折算成峰值 日照小时数约为16501650小时），参考当前电网电价0.950.95元/ /度，则2525年可增加发电收 入为16501650 （万元）。100100 （MWMWX 16501650 （小时）X 2525 （年）X 0.950.95 （元/ / 度）X 0.40.4 % =

10、1568=1568 （万元）（2 2） 功能对比集中式并网逆变器具备更加全面的功能， 例如夜间无功补偿（SVGSVG、零电压穿越、 无功调节、功率因数校正等，适应多种电网环境及大型地面电站的技术要求，同时能够响应电网的各种调度指令。组串式并网逆变器因针对分布式电站和小型地面电站设计，其单体功率小，应用在大型地面电站中则需要的设备总数巨大，单台逆变器虽可以实现零电压穿越功能， 但多机并联时，零电压穿越、无功调节、有功调节等功能实现较难。多台设备是否能 够同时应对电网的各种故障，还有待实践考验。（3 3） 拓扑对比集中式并网逆变器采用单级拓扑，功率器件少、控制系统简单，技术成熟，大规 模应用在大功

11、率并网逆变产品中。组串式并网逆变器采用两级拓扑，功率器件多、控制系统复杂、驱动繁琐，主要 应用在中小功率逆变器中。拓扑复杂度简单复杂，增加IGBT、电感、二极管等多个器件控制复杂度简单复杂，控制并网的同时协调前级升压可靠性高，简单稳定低,器件故障率增加、控制稳定性降低转换效率高，损耗更小低，损耗大，效率损失严重应用场合针对中大功率电站型并网逆变器适用商用屋顶的小功率逆变器，不宜使用在 大型地面电站组串式拓扑vsvs集中式拓扑:内容组串式并网逆变器集中式并网逆变器输入断路器无输入断路器（breaker ），仅配备有 直流开关（switch），在逆变器出现过 热、短路等严重故障时无法保护8-10路

12、200A直流断路器或2路630A直流断路器可选，断路器具有热脱扣和磁脱扣 两种分断保护功能， 能够在故障发生时自动切断电路DC-DC电路有无MPPT跟踪策略多路MPPT艮踪策略单路MPPT跟踪策略滤波技术LC滤波LCL滤波，高频截止性好输出断路器无输出断路器，无保护功能1250A交流断路器能够在故障发生时可靠 动作，保护线路上的设备免收损害（4 4）过载能力对比集中式并网逆变器过载能力高达 120%120%能够匹配更大容量的光伏阵列，在光照 条件良好的情况为用户带来更多的收益。组串式并网逆变器过载能力仅为 110%110%因组串式逆变器受到防护等级的限制， 在设计时需将散热部分和发热元件采用单

13、独封装的方式分开，冷空气无法直接经过主要发热元件，造成散热效率较低，所以过载能力受限。2.42.4可维护性对比集中式并网逆变器采用模块化前维护设计，控制系统、散热风机、功率模块等均 采用模块化设计，待专业的售后服务人员定位故障后，可在2020分钟内完成更换，十分方便。组串式并网逆变器采用直接更换的维护方式，因设备数量较多，现场故障定位较为繁琐，仍然要与逆变器厂家沟通确认；其次逆变器现场应用分散，更换困难，整机 更换维护成本高，且需要专门配置备件库房，尤其是在山丘或者站内路况较差的情况， 需要人工搬运组串式逆变器，维护时间较长；再有因组串式没有一级汇流设备，如在 白天更换无法断开直流侧，存在高电

14、压危险，为保障人员安全只能在夜间进行更换, 影响维护效率。可维护性对比:内容组串式并网逆变器集中式并网逆变器兆瓦级箱式逆变站维护方式直接更换故障定位T模块更换一故障排除维护特点电站需配置备用逆变器 以备更换需专业售后服务人员到场排除故障维护成本高低维护速度较快快备件库房需要额外配备备件库房无需备件库房，备件统一由项目地附近的售后服务网点提供3.3.对比总结通过以上的对比说明不难看出组串式逆变器应用在大型地面电站上面存在较大 的风险，也会增加相应的投资；而集中式解决方案和兆瓦级箱式逆变站解决方案专门 针对大型地面电站，优势非常突出，应用业绩也十分广泛，下面对三种方案进行系统 的对比。对比内容组串

15、式解决方案集中式解决方案逆变站解决方案1MW投资成本96.85万元77.2万兀79.2万元器件数量1MW 40台逆变器，两级拓扑， 480个功率器件，失效率高1MW 2台500kW逆变器，单级拓扑，12个功 率模块，失效率低应用业绩国内仅在青海格尔木有 4MW运行业 绩国内拥有数十G瓦的应用业绩电能质量多台设备并联会导致谐波叠加问 题，严重影响并网点的电能质量单台设备采用LCL滤波结构，1兆瓦仅2台并 网逆变器，双分裂变压器，电能质量高系统可靠 性MPPT艮踪多路MPP适用于局部遮挡的环境， 例如城市屋顶、山地，丘陵1MW单元双路MPP适用于大型地面电站故障设备维护成本逆变器数量：4000台

16、故障台数：40台故障处理成本：61.6万元（假设组串式年故障率 1%十算，容量 100MVV逆变器数量：200台 故障台数：4台 故障处理成本：V 30万（假设集中式年故障率 2%容量100MW按 照故障设备每台更换一半部件的极端情况来 计算）设备功能单台设备虽具有高、低电压穿越功 能,但多台设备并联会不会影响该 功能的实现，需要实践检验设备保护功能齐全更适用于大型地面电站， 设备数量少，能够从容应对电网各种故障拓扑结构双级模式MPPT范围很宽，但兀器件 数目增多，可靠性偏低，且大型地 面电站多处于无局部遮挡环境，多路MPPT乍用不大单级模式MPPT范围宽，可靠性高设备性能安全性无交直流断路器，故障发生时无法 保护具有交直流断路器，故障状态发生时能够可 靠动作可维护性直接更换，维护成本最高；设备数 量众多，故障定位困难，因现场地专业售后服务人员快速响应到场维护，设备 数量很少，故障定位容易；模块化设计，更势原因更换过程繁琐换速度很快，维护成本低4.4.结论集中式解决方案与兆瓦级箱式逆变站解决方案目前广泛应用在大型地面电中，此类电站装机容量多在5MW5MW以上，一般处于地广人稀的沙漠、戈壁地带，组件布局朝向 一致，极少出现局部遮挡；中压 10KV10KV或以上并网，对电能质量和电网调度要求高。 因此要求逆变器输出功率高，可靠性好，设备运行维护快捷方便，电网适应性强，能 够从容应