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世紀新能源網(wǎng)專欄作家：劉繼茂
前言：國家能源局下放通知，2014年國內(nèi)光伏新裝總容量達14G，其中分布式8G，地面電站6G。分布式光伏電站將迎來一個前所未有的發(fā)展機會。國家電網(wǎng)對分布式光伏電站要求如下：單個并網(wǎng)點小于6MW，年自發(fā)自用電量大于50%；8KW以下可接入220V；8KW-400KW可接入380V；400KW-6MW可接入10KV。根據(jù)逆變器的特點，光伏電站逆變器選型方法：220V項目選用單相組串式逆變器，8KW-30KW選用三相組串式逆變器，50KW以上的項目，可以根據(jù)實際情況選用組串式逆變器和集中式逆變器。
逆變器方案對比：
集中式逆變器：設備功率在50KW到630KW之間，功率器件采用大電流IGBT，系統(tǒng)拓撲結構采用DC-AC一級電力電子器件變換全橋逆變，工頻隔離變壓器的方式，防護等級一般為IP20。體積較大，室內(nèi)立式安裝。
組串式逆變器：功率小于30KW，功率開關管采用小電流的MOSFET，拓撲結構采用DC-DC-BOOST升壓和DC-AC全橋逆變兩級電力電子器件變換，防護等級一般為IP65。體積較小，可室外臂掛式安裝。
系統(tǒng)主要器件對比：
集中式逆變器：光伏組件，直流電纜，匯流箱，直流電纜，直流匯流配電，直流電纜，逆變器，隔離變壓器，交流配電，電網(wǎng)。
組串式逆變器：組件，直流電纜，逆變器，交流配電，電網(wǎng)。
主要優(yōu)缺點和適應場合：
1、集中式逆變器一般用于日照均勻的大型廠房，荒漠電站，地面電站等大型發(fā)電系統(tǒng)中，系統(tǒng)總功率大，一般是兆瓦級以上。
主要優(yōu)勢有：
（1） 逆變器數(shù)量少，便于管理；
（2） 逆變器元器件數(shù)量少，可靠性高；
（3） 諧波含量少，直流分量少電能質量高；
（4） 逆變器集成度高，功率密度大，成本低；
（5） 逆變器各種保護功能齊全，電站安全性高；
（6） 有功率因素調節(jié)功能和低電壓穿越功能，電網(wǎng)調節(jié)性好。
主要缺點有：
（1） 直流匯流箱故障率較高，影響整個系統(tǒng)。
（2） 集中式逆變器MPPT電壓范圍窄，一般為450-820V，組件配置不靈活。在陰雨天，霧氣多的部區(qū)，發(fā)電時間短。
（3） 逆變器機房安裝部署困難、需要專用的機房和設備。
（4） 逆變器自身耗電以及機房通風散熱耗電，系統(tǒng)維護相對復雜。
（5） 集中式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中，組件方陣經(jīng)過兩次匯流到達逆變器，逆變器最大功率跟蹤功能（MPPT）不能監(jiān)控到每一路組件的運行情況，因此不可能使每一路組件都處于最佳工作點，當有一塊組件發(fā)生故障或者被陰影遮擋，會影響整個系統(tǒng)的發(fā)電效率。
（6） 集中式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中無冗余能力，如有發(fā)生故障停機，整個系統(tǒng)將停止發(fā)電。
2、組串式逆變器適用于中小型屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，小型地面電站。
主要優(yōu)勢有：
（1） 組串式逆變器采用模塊化設計，每個光伏串對應一個逆變器，直流端具有最大功率跟蹤功能，交流端并聯(lián)并網(wǎng)，其優(yōu)點是不受組串間模塊差異，和陰影遮擋的影響，同時減少光伏電池組件最佳工作點與逆變器不匹配的情況，最大程度增加了發(fā)電量。
（2） 組串式逆變器MPPT電壓范圍寬，一般為250-800V，組件配置更為靈活。在陰雨天，霧氣多的部區(qū)，發(fā)電時間長。
（3） 組串式并網(wǎng)逆變器的體積小、重量輕，搬運和安裝都非常方便，不需要專業(yè)工具和設備，也不需要專門的配電室，在各種應用中都能夠簡化施工、減少占地，直流線路連接也不需要直流匯流箱和直流配電柜等。組串式還具有自耗電低、故障影響小、更換維護方便等優(yōu)勢。
主要缺點有：
（1） 電子元器件較多，功率器件和信號電路在同一塊板上，設計和制造的難度大，可靠性稍差。
（2） 功率器件電氣間隙小，不適合高海拔地區(qū)。戶外型安裝，風吹日曬很容易導致外殼和散熱片老化。
（3） 不帶隔離變壓器設計，電氣安全性稍差，不適合薄膜組件負極接地系統(tǒng)，直流分量大，對電網(wǎng)影響大。
（4） 多個逆變器并聯(lián)時，總諧波高，單臺逆變器THDI可以控制到2%以上，但如果超過40臺逆變器并聯(lián)時，總諧波會迭加。而且較難抑制。
（5） 逆變器數(shù)量多，總故障率會升高，系統(tǒng)監(jiān)控難度大。
（6） 沒有直流斷路器和交流斷路器，沒有直流熔斷器，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，不容易斷開。
（7） 單臺逆變器可以實現(xiàn)零電壓穿越功能，但多機并聯(lián)時，零電壓穿越功能、無功調節(jié)、有功調節(jié)等功能實現(xiàn)較難。
組串式20KW逆變器和集中式500KW逆變器比較
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比較項目 |
20KW組串式逆變器 |
500KW集中式逆變器 |
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匯流箱 |
不需要匯流箱，直流輸入細分到每一串 |
需要匯流箱集中匯流 |
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直流布線 |
直流側布線簡單，分布式就地并網(wǎng)；直流電纜短，成本低 |
直流側布線相對復雜且距離長，必要時需要置多級匯流，成本相對較高 |
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交流布線 |
交流側電纜連接距離長，每個逆變器需要一個交流斷路器，可就地并網(wǎng)或交流匯流并網(wǎng) |
交流側到變壓器距離很短，線損小，交流布線簡單成本較低 |
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輸出電壓 |
輸出三相交流400V，可以直流低壓并網(wǎng)，不需要隔離變壓器 |
輸出三相交流270V，并網(wǎng)需要加400V隔離變壓器或者升壓變壓器 |
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防護等級 |
防護等級IP65，可以戶外安裝，可以在組件周邊就近安裝。 |
防護等級為IP20，室內(nèi)安裝，或者建造戶外房 |
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冷卻方式 |
自然冷卻或者風冷 |
強制風冷，需要大流量風道 |
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工作電壓范圍 |
寬范圍MPPT電壓，250-800V，在陰雨等低照度天氣也能發(fā)電 |
MPPT范圍是450-820V，發(fā)電范圍較窄， |
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效率 |
最高效率98.2%，綜合效率97.6% |
不帶隔離變壓器最高效率98.0%，綜合效率97.5%，帶隔離變壓器最高效率97.0%，綜合效率96.5%， |
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電能質量 |
單臺THD<3%，25臺在一起總THD超過5%。沒有隔離變壓器，直流分量大， |
單臺THD<3%，兩臺并聯(lián)約為3%，加隔離變壓器沒有直流分量。 |
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電網(wǎng)調節(jié) |
沒有低電壓穿越功能，電網(wǎng)調節(jié)功率因素等功能較弱。 |
有低電壓穿越功能，電網(wǎng)可以調節(jié)功率因素，有功和無功等功能較弱。 |
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安全 |
沒有直流斷路器和交流斷路器，安全性稍差 |
有直流斷路器和交流斷路器，能根據(jù)故障的不同情況用時斷開，安全性好。 |
1MW光伏10KV并網(wǎng)系統(tǒng)費用比較
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序號 |
項目 |
組串式逆變器 |
集中式逆變器 |
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1 |
匯流箱，直流柜 |
0元 |
20臺12路匯流箱，2臺直流防雷配電柜，總價是：12萬 |
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2 |
逆變器 |
50臺20KW逆變器，總價是65萬。 |
2臺500KW逆變器，總價是36萬。 |
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3 |
直流電纜 |
約24萬 |
約30萬 |
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4 |
交流電纜 |
約22萬 |
約20萬 |
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5 |
升壓變壓器 |
雙撓組變壓器400V-10KV 1000KVA，18萬 |
雙分裂變壓器270V-10KV -1000KVA，25萬 |
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6 |
交流配電柜 |
50進1出 5萬 |
2進2出 4萬 |
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7 |
安裝費用 |
5000元 |
6000元 |
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8 |
總費用 |
134.5萬 |
127.6萬 |
推薦配置
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序號 |
系統(tǒng)容量 |
逆變器選擇 |
說明 |
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1 |
400KW以下 |
組串式逆變器 |
400KW以下系統(tǒng)，組串式逆變器和集中式逆變器成本相差不多，但組串式逆變器發(fā)電量要比5%到10%。 |
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2 |
400KW到2MW |
組串式逆變器 |
400KW到2MW之間的系統(tǒng)，組串式逆變器比集中式逆變器成本高5%，但組串式逆變器發(fā)電量要比5%到10%。總收益組串式逆變器系統(tǒng)好。 |
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3 |
2MW到6MW |
日照均勻的地面電站用集中式逆變器，屋頂用組串式。 |
根據(jù)實際安裝場地選用。 |
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4 |
6MW以上 |
集中式逆變器 |
集中式逆變器能適用電網(wǎng)的要求。 |
作者簡介：劉繼茂，深圳晶福源市場部業(yè)務員，哈爾濱工業(yè)大學電力電子研究生，2008年開始從事逆變器研發(fā)和光伏系統(tǒng)設計工作。研究過國內(nèi)外100多個光伏電站運行情況，主要研究方向是從系統(tǒng)配置和逆變器設計方面出發(fā)，如何提高光伏電站發(fā)電量和電站運行壽命。
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