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2017-06-30
【胡博講光伏】組串式逆變器那些事兒

  1、三年前集中式與組串式的那場硝煙彌漫


2013年,xx技術利用長久積累的品牌、資源、人力等各方面全方位優勢,把逆變器海陸空鋪天蓋地撒向光伏電站市場。不是撒花、也不是撒手機,而是用組串式去打集中式逆變器。那時分布式光伏還沒起來,習大大也沒視察光伏扶貧,所以主攻的市場是把組串式應用于大型地面電站。時至今日咱們去網上輸入“集中式組串式”,度娘還存有76頁的搜索結果,如圖1所示!這是xx技術在光伏行業的創舉,當然也只有我廠才能干成,使組串式逆變器成為了“五大六小”大型光伏電站的標準招標類別!

 

我廠必須一統江湖,力圖讓地面、荒漠、屋頂、大棚、水面全都裝上清一色組串式。作為傳統龍頭老大的xx電源迅速奮起反擊,立馬提出組串式價貴、PID、調度、故障率高、整機更換等等,什么招數一齊上陣,最終結論是“因地制宜選用逆變器”。其實個人很認可這個結論,畢竟有人喜歡黑貓,就一定會有人喜歡白貓,當然這場鋼鋸嶺的血戰還在持續。為什么呢?因為集中式確實比組串式初裝成本要便宜,無論怎樣對比,基本還是維持這個結論不變,當然如果核算度電成本(LCOE)就另當別論了。


  2、沙塵暴來了集中式逆變器確實不好躲


集中式逆變器都是安裝在荒郊野外,一般建在戈壁、荒漠等重沙塵環境中。通常建在青海、甘肅、寧夏、新疆等西北四省以及內蒙古自治區。印象中某年曾路過格爾木的光伏電站,因為光伏整片區域實在太大,開車就花了半個小時,確實震驚無比,如圖2所示。寧夏太陽山、青海格爾木及甘肅嘉峪關這三個地方,是最早大規模普及地面電站的地方,理所當然,這幾個地方現在的城市名片不止是旅游勝地、更是光伏朝圣地。

 

但是,集中式逆變器兆瓦房真的很難扛得住沙塵暴,最開始的水泥房、接下來的板房也一樣,一段時間下來房內會落滿沙塵,如圖3所示。IP54/55這種等級實在做不到完全防護,這些沙塵顆粒太細了,像蟲子一樣無孔不入,爬到了電氣開關、也爬到了IGBT功率模塊上。冬天的荒漠很冷啊,溫暖的兆瓦房吸引大批田鼠來做窩,一高興就在母排上撒了泡尿,這個,咳咳,實在太咸,IGBT也受不了只有掛掉了。這么惡劣的環境,最后的結果毫無疑問——集中式逆變器難以承受,只有停機罷工,眼巴巴盼望著維護小哥來清掃一翻了。

 

道高一尺、魔高一丈,集中式沙塵的問題雖已出現,咱們勤勞聰明的勞動人民還是有招應對的,比如可愛的黃埔軍校就出了一招:集中式兆瓦房的進風口不是在地面上嗎,那可不可以移到地下呢?地下除了可以沉淀灰塵,還可以冬暖夏涼啊。事實證明,這個措施是有效的,新疆第一個試驗電站確實消除了兆瓦房內部的大部分灰塵。

畢竟廉頗還沒老,集中式還是有市場空間的,一個地雷一個地雷掃過去,假以時日還是有可以掃清的那一天。加上集中式維護起來簡單、方便、快捷的特點,維護人員就可以舒服地呆在控制室里,偶爾開個皮卡去巡視一翻,看起來確實很爽。但是,發電量較低是一直存在的頑疾,因為實在避不過去啊,所以今天的主角組串式就這樣熱鬧出場了。


  3、歷史潮流選擇了組串式逆變器:時也、勢也


如圖4所示為位于深圳中興能源大廈的2.5MW屋頂光伏電站,電站安裝于2009年,當時集中式和組串式逆變器都裝了,組串式用的是Danfoss的三相組串逆變器。Danfoss三相組串式逆變器從2007年開始進入MW級光伏市場,但悲催的是當時防護等級僅為IP54,這樣的防護等級哪經受得住戶外環境的風吹雨淋。該項目上的Danfoss逆變器辛苦工作到2014年,終于部分機器撐不下去得了病,所以當時集中式的攻擊點就是組串式只能工作5年,見這個鏈接:http://news.solarbe.com/201408/28/58898.html。命苦只能怨自己啊,只能說Danfoss做了急先鋒,沒成為先驅而成了先烈。

 

有新聞報道稱:2014年2月,德國SMA收購丹麥Danfoss光伏逆變器業務,這家曾經位列國際三甲的丹麥逆變器公司,正式成為行業的“先驅”之一。說起來,Danfoss這家公司還是非常強大的,除了逆變器,人家還做工業自動化設備,甚至還有IGBT模塊!自2009年開始進入中國后,Danfoss僅MW級光伏電站就建設了好幾個。算來我廠正是在這個時間點正式主推組串式逆變器,矛頭直接對準了老大哥集中式,經過一年多的狂轟亂炸,毫無懸念我廠成功了!為什么存在兩種截然不同的結果呢?答案是:時也、勢也!

在我廠猛推組串式之前,國際大佬們已經玩得比較嗨了,圖5第一排簡要列出了過去很牛的國外品牌,除了上面的Danfoss,還有REFUsol、Fronius、及SolarMax。

 

再來看看一則REFUsol的新聞報道:2012年4月,美國Advanced Energy Industries公司收購德國Refusol逆變器業務,正式成為AEI旗下子公司。REFUsol也是夠猛的,多年前就搞出了一個結合升壓和逆變的多電平拓撲,就是把一個正弦波分成山峰和山腰兩部分,直流升壓在山腰以下時不工作、只在山峰才啟動,這樣直流升壓只是部分時間工作,所以損耗減少、效率就提高了。同時這也是個很巧妙的多電平技術,因而交流濾波電感變小、成本又降低了,當然控制非常復雜。

奧地利Fronius是歐洲著名的焊機制造商,也是全球焊接工業的主導企業。個人對Fronius印象也比較深刻,2013上海SNEC展會上,他們展出的一款125kW集中式逆變器,變態地竟然達到了IP67防護等級。

咱們都知道瑞士盛產高端機械手表,以做工精良著稱,但是咱們這個瑞士兄弟SolarMax命卻不太好,產品系列雖然很齊全,可能因為人工太貴了,曾經宣布過破產重組,但近兩年MS重整旗鼓又要開張了。

還是回到正題,為什么講組串式逆變器的成功是因為歷史潮流的選擇呢?為什么說其成功之道是時也、勢也呢?無他,高性價比耳?。?!

這幾篇系列文章中,在下一直在重復講一句話,國內光伏是一個追求最低初始安裝成本的市場,也就是拼命搞低價。洋品牌退出國內市場的最大原因就是價格高,而國內逆變器廠商,由于就近采購和制造,擁有豐富而廉價的勞動力資源,國產逆變器的成本幾乎是國外價格的一半。投標時動不動價格逼近成本價,這對外企來講是無法企及的,面對這類市場,這也是外企傷不起的內傷。外企退出中國市場還有另外兩個原因:1、很難做到長期有力的售后、維修支持。2、更重要的是水土不服,關鍵的是對中國光伏商務環境的水土不服,還有中國特殊的氣候環境條件對逆變器提出更高的要求,比如遮雨棚也不搭的IP65防水防塵;再比如國內復雜多樣的農村電網,洋品牌真的很難適應。更重要的是,國內逆變器的性能基本上也不比洋品牌差了,看看圖6的這個對比測試架式,雄心壯志是靠實力支撐的,不過咱們還是得向人家學習那種嚴謹勁兒。

總結一句,我廠成功、Danfoss敗北的根本原因是,2014年起國內企業大規模推出了組串式逆變器,并且價格大幅度降低。低價是王道啊,再加上我廠立體式的大面積推廣,所以組串式有機會PK集中式了,組串式逆變器的春天終于到來了!

低價只是組串式逆變器爆發的導火索,還需要一把油給澆上去!

油已經到位了,并且不止是一把,而是兩把:第一把小油是2015年華東四省開始的工商業分布式光伏電站,如江蘇、浙江、安徽、江西等,這個得感謝國家能源局的好政策;第二把大油來自習大大,自從2016年3月視察安徽金寨后,光伏扶貧馬上進行得如火如荼,而分布式光伏最適宜使用的就是這個:組串式逆變器!


  4、組串式光伏發電到底是啥


分布式光伏發電系統的發展促使光伏發電靠近負荷側、從而減小輸配電損耗。分布式光伏電站一般建在中、大型工商業廠房及個人家庭屋頂,主要使用組串式逆變器,而無需匯流箱、直流配電柜,如圖7所示。組串式光伏并網發電系統主要采用380Vac低壓并網,少部分廠房屋頂分布式采用10kV中壓并網。與集中式相似,組串式光伏并網發電系統中除了交直流功率流外,還有監控系統組成的信號流。

 

組串式系統中光伏組件串聯構成光伏組串,單個或兩個并聯的光伏組串經過組串式逆變器內部各自獨立的DC/DC直流升壓變換器后,再共用組串式逆變器內部的同一套逆變電路實現并網發電,如圖8所示。因此,這種組串式系統架構具有多路MPPT功能。這種系統一般具有直流升壓及交流逆變兩級功率變換結構,輸入電壓較低時直流升壓變換器會工作同時完成MPPT功能,而輸入電壓較高時,MPPT功能則由交流逆變實現。

 

分布式光伏中廣泛使用組串式逆變器,一般安裝在工商業或家用屋頂,也可安裝在農業大棚、漁塘水面、荒山荒坡等地方。家用屋頂分布式使用單相并網逆變器,如茂碩SF系列,功率段一般從1.6~5kW。其他中大功率場合使用三相并網逆變器,如茂碩ST系列,功率段一般從5~60kW,金剛系列50、60kW尤其適用于光伏扶貧村級電站。

 

茂碩SF3/5KTN金鉆系列家用單相逆變器,采用了自主知識產權的改進型H6拓撲結構,如圖10所示,新型高效低漏電流技術擔保了人身與系統安全。同時單極性軟件調制方式進一步提高了工作效率和產品體積與重量,另外采用了加強版農村弱電網軟件算法及家電化外觀設計,這些特點讓金鉆系列逆變器尤其適用于農村家庭屋頂。

 

茂碩ST系列三相組串式逆變器采用了耦合電感交錯并聯技術及T型三電平拓撲結構,IGBT功率模塊選用經過市場驗證大批量出貨的常規器件,同時采用成熟可靠的德國元件及驅動電路,如圖11所示。

這種新型技術的直流升壓變換器使用了耦合電感交錯并聯技術,一方面降低了電流紋波,使MPPT跟蹤控制更加穩定;同時類似多缸發動機技術,既省油同時馬力更強勁,減小了直流母線電容損耗,延長了電容壽命。另一方面耦合電感技術減小了直流升壓儲能電感的體積與尺寸,從而提高了升壓變換器性能,降低了電感成本。特別是金剛系列ST50/60KTL采用自然對流完全無風扇設計,從而降低了后期維護成本;同時具有5路MPPT,提高了組串式光伏系統的發電量。

 

  5、國內組串式逆變器的前世今生和未來


咱們上一篇有講集中式逆變器的黃埔軍校是艾默生,國內組串式逆變器當之無愧的黃埔軍校是深圳山特。山特本來主業是不間斷電源(UPS),由于技術結構類似就做起了光伏逆變器。后來山特被美國伊頓收購,但卻放棄了逆變器只做UPS,如今山特這個牌子在逆變器領域已經銷聲匿跡了,再一次驗證了那句話:“長江后浪推前浪,前浪被拍在沙灘上”,惜哉、善哉!

正因為山特最開始做了組串逆變器,如艾默生一樣,不斷培育出國內組串式逆變器的團隊、技術和產品,如茂碩電氣、艾索、山億、昆蘭、比亞迪等,如圖12所示。與集中式類似,下圖中非常多的企業后來可能有了更高的追求,以至于縮小產品領域或干脆退出了光伏行業。

 

S公司當年如日中天,產品系列齊全,完全涵蓋集中式和組串式,后來因為種種原因業績有所下滑,甚至近年來傳出破產傳聞,產品、技術仍在但不知道心還在不在了。B公司是鋰電池行業龍頭,如今雖然不搞組串式了,但大功率儲能做得風生水起。K公司算得上當年出征海外市場的狀元,可惜也是由于種種原因,時至今日市場鮮有發聲。A公司與K公司其實不分伯仲,排名絕對靠前,只是后來被人收購了,團隊變化比較大。正是有了S、K、A這些先驅,感謝他們幾經裂變后培育出了這么多家新的逆變器企業。

無論怎樣裂變、怎樣培育,如果只重復以前的老產品、老經驗、老技術,那只相當于同一桿槍掛靠不同地主,有其名無其實而已。

組串式逆變器真的能包打天下嗎,其實也不見得!

是的,與集中式比較,組串式逆變器的MPPT路數更多從而提高了光伏電站發電量。但是,注意這個“但是”,組串式系統仍然存在大量的組件串聯,并且還有兩個組串并聯,仍然不可避免存在“木桶效應”,這個缺陷同樣造成組件熱斑問題,影響系統長期工作的穩定性和安全性;也會導致失配損耗,降低光伏電站的長期發電收益。

組串式逆變器還有一大變數,就是技術門檻更低(與集中式逆變器比較),因為工藝和技術水平更低,所以組串式逆變器如今變成了國產企業的天下。2015年組串式企業曾經超過300多家,反正也不要啥技術積累只挖幾條槍過去,那些八桿子打不著的企業都干起了組串式逆變器,還好到今天仍然活躍著的只不到20家。

這么看起來,組串式企業也苦啊,如此多的好朋友一鼓腦跑進來,想吃這碗飯越來越費勁,只有祈求,祈求好朋友別再降價了。但是,市場不會同情弱者,還得苦練內功做出差異化的產品才是正途!

無論如何,分布式光伏市場空間越來越大,逆變器市場前景只會越來越好,咱們做組串式逆變器的,應當把心思、精力專注在追求更高效率和更高收益上,持續不斷提高分布式光伏發電的穩定性和發電量。雖然逆變器成本占比低但實在是光伏電控的“心臟”,而且畢竟要開掛運行那么多年,一味血戰低價就難以保證品質,后面會留下更多的隱患。而且,隨著市場發展,在實際運行過程中,用戶只會越來越專業化,有些器件環節、應用領域,國內組串式企業還需更多努力。

最后祝組串式逆變器持續雄起,如同深圳四季如春的氣候,相信市場也一直是春天!

 


配资是怎么回事

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