因地制宜地进行光伏电站设备选型

贺强 张海林

【摘  要】光伏电站从偏远的西北荒漠，发展到中东部的复杂山地、农业大棚、渔业养殖等多种类型，光伏电站的类型越来越多，可光伏发电的逆变器也涌现出各种品牌，以集中式、集散式、组串式以及优化器、微逆为代表的四种类型。其中：平坦荒漠电站 选集中式逆变器;复杂地形电站，选组串式，或集散式逆变器;但集中式、集散式、组串式逆变器，都存在并联失配问题。目前市场上以“优化器、微型逆变器”为代表的新型解决方案。从根本上解决了串联失配。

【关键词】光伏;集中式;逆变器

一、电力现货市场概况

光伏电站从偏远的西北荒漠，发展到中东部的复杂山地、农业大棚、渔业养殖等多种类型，光伏电站的类型越来越多，笔者结合这些年参与光伏电站建设的经验，针对不同类型电站，提出设备选型的一点参考意见。

纵观光伏电站类型，主要以早期西北地区的大型荒漠电站、中东部复杂山丘电站、农业大棚的农光互补电站、新泰和两淮领跑者为代表的水面电站、以及分布式电站。

在光伏电站中，并网逆变器虽然成本占比不大，但在系统中却占据重要的一个环节。既要满足直流侧组件的高效发电，又要具备交流侧的电网友好性。桥梁的重要性，不言而喻。

逆变器行业发展至今，也涌现出各种品牌，以集中式、集散式、组串式以及优化器、微逆为代表的四种类型。

二、平坦荒漠电站 选集中式逆变器

国内光伏最早起步于西北地区，西北有着广袤、平坦的土地资源。西北的电站，从早期的敦煌特许权10MW项目（在2009年，10MW的容量，也相当于现在的100MW），到目前常见的50MW、100MW，单体容量一般较大。对应的设备数量多，投资成本高昂。

而且在西北略显薄弱的电网环境下，投资者更应注意单体大容量电站的电网友好性，能及时有效地响应电网调度需求。

在此背景下，集中式逆变器解决方案成为平坦荒漠电站的最佳首选。理由如下：

集中式方案更简洁、维护成本更低：设备数量少;逆变器集成度高，易检修维护，按照相同的故障率计算，集中式方案的维护成本是其它类型逆变器的几分之一。

集中式方案收益更高：初始投资成本更低，1.25MW集中式方案比组串式方案成本节省0.2元/W以上，2.5MW集中式方案比组串式节省0.3元/W以上;平坦/缓地形，多个电站实际发电量表明，集中式与组串式发电量持平;

集中式方案并网更友好：更好的低电压、高电压穿越能力，满足电网30ms无功响应要求，具备替代SVG的能力;设备少，可快速闭环响应上一级调度，并联数量减少，无谐振风险。

集中式逆变器应用至今，技术新能更加稳定。强大的过载运行能力，使集中式逆变器在中午时段的发电量明显优于其它类型的逆变器。

在青海共和的百兆瓦实证基地的运行结果，也证明集中式逆变器在西北地区（多晴朗天气），发电量和组串式式持平的。

组件的排布一致，且组件的衰减、电性能参数差，均正态分布在电站中。类似于中东部的水面电站，由于组件在水平面排布的一致性更好，基本上都选择集中式逆变器解决方案。

三、复杂地形电站，选组串式，或集散式逆变器

西北地区虽然具备良好的光照资源，及广袤的平坦荒地。但受限于本地消纳有限、送出成本高昂等因素。目前光伏电站的建设趋势，在往中东部转移，中东部的地形条件更为复杂。在土地资源有限的情况下，电站更多地以山丘、山地形式来建设。针对此种应用场景，推荐采用多路MPPT的组串式，或者集散式逆变器。

在复杂应用场景下，多路MPPT的逆变器方案，能有效改善因地势坡度多变、组件朝向不一致、阴影遮挡带来的失配损失，能提升发电量。

国内企业的组串式逆变器，早期基本上是出口到德国、澳大利亚等居民屋顶电站较发达的市场。这两年随着中东部电站建设兴起、户用电站爆发，很多企业的组串逆变器开始“出口转内销”，国内市场的比重逐步增大。

和光伏组件的发展趋势一样，组串式逆变器也有早期的20kW～40kW，发展到现在的60～80kW，功率越大，越有利于降低系統成本。中东部的复杂山地电站、工业厂房分布式电站，夏季温度很高，尤其厂房屋顶形如“铁板烧”。针对逆变器的散热方式，此时推荐风扇散热，但前提是要保证风扇运转的高稳定可靠性。

集散式逆变器最早由美国赛康公司提出，但因为没有解决该方案的稳定可靠性，最终消失。国内部分企业针对这种技术路线，也在进行不断的尝试、改进。目前集散式逆变器方案的稳定可靠性，和集中式、组串式逆变器相比，在稳定可靠性上，还是有不小差距，市场占有率很小。但相信随着时间、经验的积累，集散式逆变器方案的稳定可靠性，也会取得进步。

四、优化器和微型逆变器方案

目前集中式、集散式、组串式逆变器，都只能解决并联失配。众所周知，每一串组件的发电量，是受这一串内表现最差的组件来决定的，即“短板效应”。如何解决串联失配呢？目前市场上也出现了以“优化器、微型逆变器”为代表的新型解决方案。从根本上解决了串联失配。

优化器类似组件接线盒，可以实现每一块组件的MPPT优化和直流升压。再将每一块组件的能量，统一送至最后的逆变器集中逆变。有些类似于集散式逆变器将MPPT优化功能放至前端的直流汇流箱内。但“优化器方案”将MPPT优化的触角伸得更细，实现组件级的功率优化。

微型逆变器，目前在海外市场有一定的应用，即每一块组件对应一个逆变器。组件输出为交流。由于电能传输路径短，损耗很小，能最大化组件的发电量。但每一块组件上的逆变器，都需要并网，期间产生的谐波问题也是个很大的困扰。

这两种新型方案，由于成本很高，目前只推荐在单体容量小、结构复杂、遮挡较严重的屋顶上运用。

分布式电站的无功补偿替代方案

针对分布式电站，也是坚持“因地制宜”的原则。平坦的厂房屋顶，如果组件容量能达到500～630kW，则推荐集中式逆变器并网;复杂、面积较小的屋顶，则推荐组串式逆变器。但针对6MW以内的分布式项目，电   力公司原则上不强制要求单独配置SVG动态无功补偿。如果用户选择“自发自用余电上网”的模式，由于厂区内的机器负载运转时，会拉低并网点的功率因数，造成电力公司的罚款。

但由于集中式逆变器具备替代SVG功能，因此在这种工业分布式电站里，推荐选用集中式逆变器方案，即节省了SVG投资成本，还有助于改善并网点的功率因数。

（作者单位：中国华电）