2017-06-30
【胡博讲光伏】组串式逆变器那些事儿

  1、三年前集中式与组串式的那场硝烟弥漫


2013年,xx技术利用长久积累的品牌、资源、人力等各方面全方位优势,把逆变器海陆空铺天盖地撒向光伏电站市场。不是撒花、也不是撒手机,而是用组串式去打集中式逆变器。那时分布式光伏还没起来,习大大也没视察光伏扶贫,所以主攻的市场是把组串式应用于大型地面电站。时至今日咱们去网上输入“集中式组串式”,度娘还存有76页的搜索结果,如图1所示!这是xx技术在光伏行业的创举,当然也只有我厂才能干成,使组串式逆变器成为了“五大六小”大型光伏电站的标准招标类别!

 

我厂必须一统江湖,力图让地面、荒漠、屋顶、大棚、水面全都装上清一色组串式。作为传统龙头老大的xx电源迅速奋起反击,立马提出组串式价贵、PID、调度、故障率高、整机更换等等,什么招数一齐上阵,最终结论是“因地制宜选用逆变器”。其实个人很认可这个结论,毕竟有人喜欢黑猫,就一定会有人喜欢白猫,当然这场钢锯岭的血战还在持续。为什么呢?因为集中式确实比组串式初装成本要便宜,无论怎样对比,基本还是维持这个结论不变,当然如果核算度电成本(LCOE)就另当别论了。


  2、沙尘暴来了集中式逆变器确实不好躲


集中式逆变器都是安装在荒郊野外,一般建在戈壁、荒漠等重沙尘环境中。通常建在青海、甘肃、宁夏、新疆等西北四省以及内蒙古自治区。印象中某年曾路过格尔木的光伏电站,因为光伏整片区域实在太大,开车就花了半个小时,确实震惊无比,如图2所示。宁夏太阳山、青海格尔木及甘肃嘉峪关这三个地方,是最早大规模普及地面电站的地方,理所当然,这几个地方现在的城市名片不止是旅游胜地、更是光伏朝圣地。

 

但是,集中式逆变器兆瓦房真的很难扛得住沙尘暴,最开始的水泥房、接下来的板房也一样,一段时间下来房内会落满沙尘,如图3所示。IP54/55这种等级实在做不到完全防护,这些沙尘颗粒太细了,像虫子一样无孔不入,爬到了电气开关、也爬到了IGBT功率模块上。冬天的荒漠很冷啊,温暖的兆瓦房吸引大批田鼠来做窝,一高兴就在母排上撒了泡尿,这个,咳咳,实在太咸,IGBT也受不了只有挂掉了。这么恶劣的环境,最后的结果毫无疑问——集中式逆变器难以承受,只有停机罢工,眼巴巴盼望着维护小哥来清扫一翻了。

 

道高一尺、魔高一丈,集中式沙尘的问题虽已出现,咱们勤劳聪明的劳动人民还是有招应对的,比如可爱的黄埔军校就出了一招:集中式兆瓦房的进风口不是在地面上吗,那可不可以移到地下呢?地下除了可以沉淀灰尘,还可以冬暖夏凉啊。事实证明,这个措施是有效的,新疆第一个试验电站确实消除了兆瓦房内部的大部分灰尘。

毕竟廉颇还没老,集中式还是有市场空间的,一个地雷一个地雷扫过去,假以时日还是有可以扫清的那一天。加上集中式维护起来简单、方便、快捷的特点,维护人员就可以舒服地呆在控制室里,偶尔开个皮卡去巡视一翻,看起来确实很爽。但是,发电量较低是一直存在的顽疾,因为实在避不过去啊,所以今天的主角组串式就这样热闹出场了。


  3、历史潮流选择了组串式逆变器:时也、势也


如图4所示为位于深圳中兴能源大厦的2.5MW屋顶光伏电站,电站安装于2009年,当时集中式和组串式逆变器都装了,组串式用的是Danfoss的三相组串逆变器。Danfoss三相组串式逆变器从2007年开始进入MW级光伏市场,但悲催的是当时防护等级仅为IP54,这样的防护等级哪经受得住户外环境的风吹雨淋。该项目上的Danfoss逆变器辛苦工作到2014年,终于部分机器撑不下去得了病,所以当时集中式的攻击点就是组串式只能工作5年,见这个链接:http://news.solarbe.com/201408/28/58898.html。命苦只能怨自己啊,只能说Danfoss做了急先锋,没成为先驱而成了先烈。

 

有新闻报道称:2014年2月,德国SMA收购丹麦Danfoss光伏逆变器业务,这家曾经位列国际三甲的丹麦逆变器公司,正式成为行业的“先驱”之一。说起来,Danfoss这家公司还是非常强大的,除了逆变器,人家还做工业自动化设备,甚至还有IGBT模块!自2009年开始进入中国后,Danfoss仅MW级光伏电站就建设了好几个。算来我厂正是在这个时间点正式主推组串式逆变器,矛头直接对准了老大哥集中式,经过一年多的狂轰乱炸,毫无悬念我厂成功了!为什么存在两种截然不同的结果呢?答案是:时也、势也!

在我厂猛推组串式之前,国际大佬们已经玩得比较嗨了,图5第一排简要列出了过去很牛的国外品牌,除了上面的Danfoss,还有REFUsol、Fronius、及SolarMax。

 

再来看看一则REFUsol的新闻报道:2012年4月,美国Advanced Energy Industries公司收购德国Refusol逆变器业务,正式成为AEI旗下子公司。REFUsol也是够猛的,多年前就搞出了一个结合升压和逆变的多电平拓扑,就是把一个正弦波分成山峰和山腰两部分,直流升压在山腰以下时不工作、只在山峰才启动,这样直流升压只是部分时间工作,所以损耗减少、效率就提高了。同时这也是个很巧妙的多电平技术,因而交流滤波电感变小、成本又降低了,当然控制非常复杂。

奥地利Fronius是欧洲著名的焊机制造商,也是全球焊接工业的主导企业。个人对Fronius印象也比较深刻,2013上海SNEC展会上,他们展出的一款125kW集中式逆变器,变态地竟然达到了IP67防护等级。

咱们都知道瑞士盛产高端机械手表,以做工精良著称,但是咱们这个瑞士兄弟SolarMax命却不太好,产品系列虽然很齐全,可能因为人工太贵了,曾经宣布过破产重组,但近两年MS重整旗鼓又要开张了。

还是回到正题,为什么讲组串式逆变器的成功是因为历史潮流的选择呢?为什么说其成功之道是时也、势也呢?无他,高性价比耳!!!

这几篇系列文章中,在下一直在重复讲一句话,国内光伏是一个追求最低初始安装成本的市场,也就是拼命搞低价。洋品牌退出国内市场的最大原因就是价格高,而国内逆变器厂商,由于就近采购和制造,拥有丰富而廉价的劳动力资源,国产逆变器的成本几乎是国外价格的一半。投标时动不动价格逼近成本价,这对外企来讲是无法企及的,面对这类市场,这也是外企伤不起的内伤。外企退出中国市场还有另外两个原因:1、很难做到长期有力的售后、维修支持。2、更重要的是水土不服,关键的是对中国光伏商务环境的水土不服,还有中国特殊的气候环境条件对逆变器提出更高的要求,比如遮雨棚也不搭的IP65防水防尘;再比如国内复杂多样的农村电网,洋品牌真的很难适应。更重要的是,国内逆变器的性能基本上也不比洋品牌差了,看看图6的这个对比测试架式,雄心壮志是靠实力支撑的,不过咱们还是得向人家学习那种严谨劲儿。

总结一句,我厂成功、Danfoss败北的根本原因是,2014年起国内企业大规模推出了组串式逆变器,并且价格大幅度降低。低价是王道啊,再加上我厂立体式的大面积推广,所以组串式有机会PK集中式了,组串式逆变器的春天终于到来了!

低价只是组串式逆变器爆发的导火索,还需要一把油给浇上去!

油已经到位了,并且不止是一把,而是两把:第一把小油是2015年华东四省开始的工商业分布式光伏电站,如江苏、浙江、安徽、江西等,这个得感谢国家能源局的好政策;第二把大油来自习大大,自从2016年3月视察安徽金寨后,光伏扶贫马上进行得如火如荼,而分布式光伏最适宜使用的就是这个:组串式逆变器!


  4、组串式光伏发电到底是啥


分布式光伏发电系统的发展促使光伏发电靠近负荷侧、从而减小输配电损耗。分布式光伏电站一般建在中、大型工商业厂房及个人家庭屋顶,主要使用组串式逆变器,而无需汇流箱、直流配电柜,如图7所示。组串式光伏并网发电系统主要采用380Vac低压并网,少部分厂房屋顶分布式采用10kV中压并网。与集中式相似,组串式光伏并网发电系统中除了交直流功率流外,还有监控系统组成的信号流。

 

组串式系统中光伏组件串联构成光伏组串,单个或两个并联的光伏组串经过组串式逆变器内部各自独立的DC/DC直流升压变换器后,再共用组串式逆变器内部的同一套逆变电路实现并网发电,如图8所示。因此,这种组串式系统架构具有多路MPPT功能。这种系统一般具有直流升压及交流逆变两级功率变换结构,输入电压较低时直流升压变换器会工作同时完成MPPT功能,而输入电压较高时,MPPT功能则由交流逆变实现。

 

分布式光伏中广泛使用组串式逆变器,一般安装在工商业或家用屋顶,也可安装在农业大棚、渔塘水面、荒山荒坡等地方。家用屋顶分布式使用单相并网逆变器,如茂硕SF系列,功率段一般从1.6~5kW。其他中大功率场合使用三相并网逆变器,如茂硕ST系列,功率段一般从5~60kW,金刚系列50、60kW尤其适用于光伏扶贫村级电站。

 

茂硕SF3/5KTN金钻系列家用单相逆变器,采用了自主知识产权的改进型H6拓扑结构,如图10所示,新型高效低漏电流技术担保了人身与系统安全。同时单极性软件调制方式进一步提高了工作效率和产品体积与重量,另外采用了加强版农村弱电网软件算法及家电化外观设计,这些特点让金钻系列逆变器尤其适用于农村家庭屋顶。

 

茂硕ST系列三相组串式逆变器采用了耦合电感交错并联技术及T型三电平拓扑结构,IGBT功率模块选用经过市场验证大批量出货的常规器件,同时采用成熟可靠的德国元件及驱动电路,如图11所示。

这种新型技术的直流升压变换器使用了耦合电感交错并联技术,一方面降低了电流纹波,使MPPT跟踪控制更加稳定;同时类似多缸发动机技术,既省油同时马力更强劲,减小了直流母线电容损耗,延长了电容寿命。另一方面耦合电感技术减小了直流升压储能电感的体积与尺寸,从而提高了升压变换器性能,降低了电感成本。特别是金刚系列ST50/60KTL采用自然对流完全无风扇设计,从而降低了后期维护成本;同时具有5路MPPT,提高了组串式光伏系统的发电量。

 

  5、国内组串式逆变器的前世今生和未来


咱们上一篇有讲集中式逆变器的黄埔军校是艾默生,国内组串式逆变器当之无愧的黄埔军校是深圳山特。山特本来主业是不间断电源(UPS),由于技术结构类似就做起了光伏逆变器。后来山特被美国伊顿收购,但却放弃了逆变器只做UPS,如今山特这个牌子在逆变器领域已经销声匿迹了,再一次验证了那句话:“长江后浪推前浪,前浪被拍在沙滩上”,惜哉、善哉!

正因为山特最开始做了组串逆变器,如艾默生一样,不断培育出国内组串式逆变器的团队、技术和产品,如茂硕电气、艾索、山亿、昆兰、比亚迪等,如图12所示。与集中式类似,下图中非常多的企业后来可能有了更高的追求,以至于缩小产品领域或干脆退出了光伏行业。

 

S公司当年如日中天,产品系列齐全,完全涵盖集中式和组串式,后来因为种种原因业绩有所下滑,甚至近年来传出破产传闻,产品、技术仍在但不知道心还在不在了。B公司是锂电池行业龙头,如今虽然不搞组串式了,但大功率储能做得风生水起。K公司算得上当年出征海外市场的状元,可惜也是由于种种原因,时至今日市场鲜有发声。A公司与K公司其实不分伯仲,排名绝对靠前,只是后来被人收购了,团队变化比较大。正是有了S、K、A这些先驱,感谢他们几经裂变后培育出了这么多家新的逆变器企业。

无论怎样裂变、怎样培育,如果只重复以前的老产品、老经验、老技术,那只相当于同一杆枪挂靠不同地主,有其名无其实而已。

组串式逆变器真的能包打天下吗,其实也不见得!

是的,与集中式比较,组串式逆变器的MPPT路数更多从而提高了光伏电站发电量。但是,注意这个“但是”,组串式系统仍然存在大量的组件串联,并且还有两个组串并联,仍然不可避免存在“木桶效应”,这个缺陷同样造成组件热斑问题,影响系统长期工作的稳定性和安全性;也会导致失配损耗,降低光伏电站的长期发电收益。

组串式逆变器还有一大变数,就是技术门槛更低(与集中式逆变器比较),因为工艺和技术水平更低,所以组串式逆变器如今变成了国产企业的天下。2015年组串式企业曾经超过300多家,反正也不要啥技术积累只挖几条枪过去,那些八杆子打不着的企业都干起了组串式逆变器,还好到今天仍然活跃着的只不到20家。

这么看起来,组串式企业也苦啊,如此多的好朋友一鼓脑跑进来,想吃这碗饭越来越费劲,只有祈求,祈求好朋友别再降价了。但是,市场不会同情弱者,还得苦练内功做出差异化的产品才是正途!

无论如何,分布式光伏市场空间越来越大,逆变器市场前景只会越来越好,咱们做组串式逆变器的,应当把心思、精力专注在追求更高效率和更高收益上,持续不断提高分布式光伏发电的稳定性和发电量。虽然逆变器成本占比低但实在是光伏电控的“心脏”,而且毕竟要开挂运行那么多年,一味血战低价就难以保证品质,后面会留下更多的隐患。而且,随着市场发展,在实际运行过程中,用户只会越来越专业化,有些器件环节、应用领域,国内组串式企业还需更多努力。

最后祝组串式逆变器持续雄起,如同深圳四季如春的气候,相信市场也一直是春天!