集中式和組串式逆變器方案選型比較
發(fā)布日期：2015-04-24 瀏覽次數(shù)：5863文章來源：http://edsheeranatlanta2022.com/
1.方案介紹
兆瓦級(jí)箱式逆變站解 決方案：1MW單元采用一臺(tái)兆瓦級(jí)箱式逆變站，內(nèi)部集成 2臺(tái)500kW并網(wǎng)逆變器（集成直流配電柜）、交流配電箱等設(shè)備，該箱式逆變站箱體防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP54，可直接室外安裝,無需建造逆變器室土建房。
集中式解決方案：1MW單元需建設(shè)逆變器室，內(nèi)置2臺(tái)500kW并網(wǎng)逆變器（集成直流配電柜）、1臺(tái)通訊柜等設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)需要建造逆變器土建房。
組串式解決方案：1MW單元采用40臺(tái)28kW組串式并網(wǎng)逆變器，組串式逆變器防護(hù)等級(jí)IP65，可安裝在組件支架背后。
2.1 投資成本對(duì)比
組串式解決方案：
兆瓦級(jí)箱式逆變站解決方案：
2.2 可靠性對(duì)比
（1）元器件對(duì)比
集中式解決方案：1MW配置2臺(tái)集中式并網(wǎng)逆變器，單臺(tái)設(shè)備采用單級(jí)拓?fù)湓O(shè)計(jì)，共用功率模塊6個(gè)，2臺(tái)并網(wǎng)逆變器共12個(gè)。單兆瓦配置設(shè)備少、總器件數(shù)少，發(fā)電單元更加可靠。另外，集中式逆變器采用金屬薄膜電容，MTBF超過10萬小時(shí)，保證25年無需更換。
組串式解決方案：1MW配置40臺(tái)組串式并網(wǎng)逆變器，單臺(tái)設(shè)備采用雙級(jí)拓?fù)湓O(shè)計(jì)，共用功率模塊12個(gè)，40臺(tái)并網(wǎng)逆變器共480個(gè)。功率器件電氣間隙小，不適合高海拔地區(qū)。組串式逆變器采用戶外安裝，風(fēng)吹日曬很容易導(dǎo)致外殼和散熱片老化;且單兆瓦配置設(shè)備數(shù)量多、總器件數(shù)多，可靠性低；采用鋁電解電容，MTBF僅為數(shù)千個(gè)小時(shí)，且故障后無法現(xiàn)場(chǎng)更換。
（2）應(yīng)用業(yè)績(jī)對(duì)比
集中式解決方案：集中式并網(wǎng)逆變器在大型地面電站中應(yīng)用廣泛，國(guó)內(nèi)目前99%的光伏電站均采用該類型并網(wǎng)逆變器，市場(chǎng)占有率高，認(rèn)可度高。
組串式解決方案：組串式并網(wǎng)逆變器在大型地面電站中的應(yīng)用極少，國(guó)內(nèi)目前只在青海格爾木有4MW的運(yùn)行業(yè)績(jī)，市場(chǎng)占有率低，認(rèn)可度低。
根據(jù)全球最權(quán)威的光伏逆變器行業(yè)研究機(jī)構(gòu)IHS截至2013年12月的統(tǒng)計(jì)，容量在5MW以上的光伏電站中，全球約2%的電站采用了組串式方案接入。各代表區(qū)域市場(chǎng)里面，比例最高的德國(guó)市場(chǎng)，采用組串式方案的比例為12%；近年市場(chǎng)容量排名第一第二的中國(guó)和美國(guó)市場(chǎng)，采用組串式方案很低，比例不到1%。
（3）諧波及環(huán)流問題
集中式解決方案：1MW電站僅需2臺(tái)并網(wǎng)逆變器，接入雙分裂變壓器，交流側(cè)無需匯流設(shè)備，完全不用考慮環(huán)流問題和諧波疊加問題，更加可靠。
組串式解決方案：1MW多達(dá)40臺(tái)組串式并網(wǎng)逆變器,單臺(tái)設(shè)備在額定功率下的諧波含量遠(yuǎn)高于集中式逆變器，且40臺(tái)逆變器并聯(lián)后，會(huì)在并網(wǎng)點(diǎn)造成諧波疊加問題，而且較難抑制。另外，因交流輸出側(cè)采用雙繞組變壓器，多臺(tái)設(shè)備間的環(huán)流問題嚴(yán)重。
（4）MPPT跟蹤技術(shù)
集中式解決方案：集中式并網(wǎng)逆變器采用單路MPPT跟蹤技術(shù)，單級(jí)拓?fù)?，無BOOST電路，完全適用于大型地面電站無遮擋的環(huán)境中，可靠性更高。
組串式解決方案：組串式并網(wǎng)逆變器采用多路MPPT跟蹤技術(shù)，雙級(jí)拓?fù)?，配備BOOST升壓電路，主要針對(duì)分布式及小型電站設(shè)計(jì)，而大型地面電站因其組件種類單一、朝向角度一致、無局部遮擋，無需配置多路MPPT逆變器。
（5）故障設(shè)備數(shù)量
假設(shè)組串式逆變器故障率為1%，集中式故障率2%，電站容量按照100MW計(jì)算。
集中式解決方案：100MW共需200臺(tái)集中式并網(wǎng)逆變器，按照故障率2%計(jì)算，故障設(shè)備為4臺(tái)，按照每臺(tái)更換一半元器件的極端情況考慮，共需要花費(fèi)＜30萬。
組串式解決方案：100MW共需4000臺(tái)組串式并網(wǎng)逆變器，按照故障率1%計(jì)算，故障數(shù)量為40臺(tái)，按照組串式整機(jī)更換的維護(hù)理念，共需人工更換逆變器40次，共需花費(fèi)61.6萬元。
2.3 設(shè)備性能對(duì)比
（1）逆變器效率對(duì)比
為什么組串式并網(wǎng)逆變器的效率相比集中式低呢？原因主要在于常見的組串式并網(wǎng)逆變器采用DC-DC-AC雙級(jí)拓?fù)?，而集中式逆變器采用DC-AC單級(jí)拓?fù)?，正是因?yàn)槎嘁患?jí)直流升壓電路從而導(dǎo)致逆變器整機(jī)效率下降，通常單級(jí)變換要比兩級(jí)變換效率高0.4%以上，而組串式逆變器廠家對(duì)外宣稱的效率通常是在高直流輸入電壓下測(cè)得，相當(dāng)于關(guān)閉DC-DC逆變電路，但實(shí)際應(yīng)用中母線電壓不可能時(shí)刻保持在高電壓下，所以組串式逆變器宣稱效率遠(yuǎn)低于實(shí)際效率。
按照100MWp電站（以西北各省平均日照小時(shí)數(shù)均在3000小時(shí)以上，折算成峰值日照小時(shí)數(shù)約為1650小時(shí)），參考當(dāng)前電網(wǎng)電價(jià)0.95元/度，則25年可增加發(fā)電收入為1650（萬元）。
100（MW）×1650（小時(shí)）×25（年）×0.95（元/度）×0.4％=1568（萬元）
（2）功能對(duì)比
集中式并網(wǎng)逆變器具備更加全面的功能，例如夜間無功補(bǔ)償（SVG）、零電壓穿越、無功調(diào)節(jié)、功率因數(shù)校正等，適應(yīng)多種電網(wǎng)環(huán)境及大型地面電站的技術(shù)要求,同時(shí)能夠響應(yīng)電網(wǎng)的各種調(diào)度指令。
組串式并網(wǎng)逆變器因針對(duì)分布式電站和小型地面電站設(shè)計(jì)，其單體功率小，應(yīng)用在大型地面電站中則需要的設(shè)備總數(shù)巨大，單臺(tái)逆變器雖可以實(shí)現(xiàn)零電壓穿越功能，但多機(jī)并聯(lián)時(shí)，零電壓穿越、無功調(diào)節(jié)、有功調(diào)節(jié)等功能實(shí)現(xiàn)較難。多臺(tái)設(shè)備是否能夠同時(shí)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)的各種故障，還有待實(shí)踐考驗(yàn)。
（3）拓?fù)鋵?duì)比
集中式并網(wǎng)逆變器采用單級(jí)拓?fù)?，功率器件少、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，大規(guī)模應(yīng)用在大功率并網(wǎng)逆變產(chǎn)品中。
組串式并網(wǎng)逆變器采用兩級(jí)拓?fù)洌β势骷?、控制系統(tǒng)復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)繁瑣，主要應(yīng)用在中小功率逆變器中。
單級(jí)vs雙級(jí)：
組串式拓?fù)鋠s集中式拓?fù)洌?/span>
集中式并網(wǎng)逆變器過載能力高達(dá)120%，能夠匹配更大容量的光伏陣列，在光照條件良好的情況為用戶帶來更多的收益。
組串式并網(wǎng)逆變器過載能力僅為110%，因組串式逆變器受到防護(hù)等級(jí)的限制，在設(shè)計(jì)時(shí)需將散熱部分和發(fā)熱元件采用單獨(dú)封裝的方式分開，冷空氣無法直接經(jīng)過主要發(fā)熱元件，造成散熱效率較低，所以過載能力受限。
2.4 可維護(hù)性對(duì)比
集中式并網(wǎng)逆變器采用模塊化前維護(hù)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)、散熱風(fēng)機(jī)、功率模塊等均采用模塊化設(shè)計(jì)，待專業(yè)的售后服務(wù)人員定位故障后，可在20分鐘內(nèi)完成更換，十分方便。
組串式并網(wǎng)逆變器采用直接更換的維護(hù)方式，因設(shè)備數(shù)量較多，現(xiàn)場(chǎng)故障定位較為繁瑣，仍然要與逆變器廠家溝通確認(rèn)；其次逆變器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分散，更換困難，整機(jī)更換維護(hù)成本高，且需要專門配置備件庫(kù)房，尤其是在山丘或者站內(nèi)路況較差的情況，需要人工搬運(yùn)組串式逆變器，維護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)；再有因組串式?jīng)]有一級(jí)匯流設(shè)備，如在白天更換無法斷開直流側(cè)，存在高電壓危險(xiǎn)，為保障人員安全只能在夜間進(jìn)行更換，影響維護(hù)效率。
通過以上的對(duì)比說明不難看出組串式逆變器應(yīng)用在大型地面電站上面存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，也會(huì)增加相應(yīng)的投資；而集中式解決方案和兆瓦級(jí)箱式逆變站解決方案專門針對(duì)大型地面電站，優(yōu)勢(shì)非常突出，應(yīng)用業(yè)績(jī)也十分廣泛，下面對(duì)三種方案進(jìn)行系統(tǒng)的對(duì)比。
集中式解決方案與兆瓦級(jí)箱式逆變站解決方案目前廣泛應(yīng)用在大型地面電中，此類電站裝機(jī)容量多在5MW以上，一般處于地廣人稀的沙漠、戈壁地帶，組件布局朝向一致，極少出現(xiàn)局部遮擋；中壓10KV或以上并網(wǎng)，對(duì)電能質(zhì)量和電網(wǎng)調(diào)度要求高。因此要求逆變器輸出功率高，可靠性好，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)快捷方便，電網(wǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，能夠從容應(yīng)對(duì)電網(wǎng)可能出現(xiàn)的各種故障。所以大功率集中式逆變器更加適用于5MW以上的大型地面電站。
組串型式并網(wǎng)逆變器解決方案目前廣泛應(yīng)用在分布式電站和小型電站小型地面電站中，此類電站容量多在5MW以下，常以家用、商用屋頂為組件載體，單個(gè)屋頂或單個(gè)容量常小于100kW，系統(tǒng)能夠直接并入低壓配電網(wǎng)或供用戶直接使用。分布式發(fā)電系統(tǒng)因受到屋頂角度、建筑物陰影、樹木陰影等原因的影響，采用具備多路MPPT功能逆變器可靈活配置組件功率和種類，所以組串型逆變器更加適用于5MW以下的小型地面電站和分布式電站中。
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