微信客服
微信公眾號
作者：原中國電力工程顧問集團華東電力設計院副總工程師 林利民（教授級高工）
1、引言
光伏系統由于組件功率的衰減、灰塵遮擋以及線路損耗的存在，再加上不同地區的光照條件差異，為了最優化系統收益，有經驗的設計工程師會把光伏組件的總容量配得比逆變器容量大一些，這種情況被稱為超配。適當的超配可以提高電站系統整體收益。在超配設計中，集中式大型逆變器由于單機功率大，每路組串的功率相對單機額定功率非常小，在直流輸入配置時非常靈活，因此很容易進行超配設計，這已為電站業主所接受并廣泛應用。
在小型屋頂電站和小型山丘電站使用組串式逆變器有優勢，這些組串逆變器能否滿足超配設計要求以及超配設計能力如何？筆者對國內外一些主流組串式逆變器廠家進行了調查分析，發現絕大部分廠家組串式逆變器都可達到1.1倍、甚至更高的超配能力，但同時也發現個別組串式逆變器廠家的產品在設計上存在嚴重缺陷，不僅不具備超配能力，甚至無法用足逆變器的額定功率。逆變器實際可用功率大打折扣,直接導致用戶初始投資的增加。
2、組串式逆變器超配設計要求
組串式逆變器由于單機功率小，具有多路MPPT的特點，適用于小型屋頂、小型山丘等復雜分布式電站，可以有效解決組件布局不規則、不同朝向、局部遮擋等問題。隨著國內分布式應用發展，組串式逆變器的應用也不斷增加。
在超配設計中，除了考慮系統損耗以外，最優容配比（組件容量：逆變器容量）主要是由電站所處位置的光照條件決定的。國內分布式電站大多數分布在我國東南部地區，根據國家氣象局風能太陽能評估中心的資源區域分類，多數處于II，III, IV類光照資源區，光照條件相對較差。在此類地區，容配比至少需要在1.1倍以上，才能達到最優的系統度電成本，投資者的收益才能最大化。在超配設計時，對組串式逆變器有哪些具體要求呢？
2.1 需要評估逆變器實際可用交流側功率
超配是光伏電站的組件容量相對交流側容量而言的。對于一個光伏電站，其容量應該以交流功率側容量來標定。例如一個20MW電站，是指其交流側輸出功率可以達到20MW，而非直流側組件功率是20MW。對于逆變器來講，也是同樣的，首先要關注其交流額定功率參數，然后分析其“實際可用交流側功率”。借用那句“別看廣告，看療效”的經典臺詞，組串式逆變器“實際可用交流側功率”才是對超配真正有意義的。如某個組串式逆變器，其交流側額定功率參數是36kW，但按照其直流側真實最大可配置到的功率只有34KWp，考慮逆變器自身損耗，其“實際可用交流側額定功率”一定是小于34KW，從超配系數1.1的角度看，現實版“實際可用交流側額定功率”可能僅僅是30KW。因此，“實際可用交流側功率”是系統進行超配設計的前提。
2.2 逆變器必須具備良好的散熱能力
逆變器需要有良好的散熱能力。由于組串逆變器主要應用于小型屋頂及小型山丘等復雜分布式電站，環境溫度高，散熱條件相對較差，如在天氣較為炎熱的夏天，由于屋頂彩鋼瓦或水泥屋頂受光照后熱輻射導致屋頂環境溫度比地面電站至少要高10℃以上。在這樣的場景下，系統超配后，逆變器滿載及過載的運行時間會加長，對于逆變器的散熱能力提出了挑戰。因此高效的散熱能力是逆變器穩定、不降額運行的保障。在選擇逆變器時，散熱方式的選取上也需要慎重，實際測試表明，對于幾十KW的電力電子設備，長期工作在滿載狀態下，智能風扇散熱效果更優。
2.3直流輸入端子數量必須足夠多
為了實現超配設計，組串式逆變器需要足夠的端子數量。目前國內常使用組件功率分別是255W、260W、270W，通常每個組串由22塊組件串聯組成，以當前常見的交流額定功率為40KW的組串式逆變器為例，可以計算出不同的端子數量所對應的超配系數如表1所示。
表1 不同端子數量對應的功率及相應的超配系數情況
從表1可見，對于交流額定功率為40KW組串式逆變器，針對常見的270W及以下的組件，40KW組串式逆變器至少需要配置8串才能滿足1.1以上的超配設計要求。不同于集中式逆變器方案，組串式逆變器是直接連接組件，中間沒有直流匯流環節，所能連接的組件串數受限于自身的輸入端子數，因此，足夠的輸入端子數量實現超配設計的必要保證。
2.4逆變器過載能力需要盡量大
逆變器需要有較強的過載能力，一方面，當組件可輸出能量在扣除直流側線損之后，仍然大于逆變器的額定功率，具備過載能力的逆變器，可以盡可能的減少限發時間，減少發電量損失。另一方面，隨著越來越多的用戶使用逆變器替代電站的SVG功能，具備過載能力的逆變器可以在響應無功調度的同時，輸出超過額定容量的有功功率。
3、主流廠家組串式逆變器超配能力調研
主流廠家組串式逆變器超配能力的真實情況如何呢？實際可用交流側功率是否與參數表相吻合？散熱能力是否足夠？直流側端子數量是否足夠多？逆變器過載能力到底如何？帶著這些問題，筆者對國內外主流廠家如SMA，Delta，陽光電源，古瑞瓦特，山億等進行了調研。各家逆變器的主要相關參數匯總在表2.根據表中數據并結合調研可以得出：
（1）大部分組串式逆變器是以交流側額定功率進行標定，并且實際可用交流側功率是足夠的，但也有一家逆變器的實際可用功率偏小，不僅不能配置到滿載，更談不上超配。結合表1和表2分析可知，6路輸入的直流側最大可接入容量遠遠達不到其產品型號所宣稱的40KW功率值，甚至無法達到其標稱的額定輸出功率36KW，逆變器真實可用容量大大縮水，超配設計就更談不上了。大大增加了系統的度電成本，嚴重影響投資者的收益。
（2）大部分組串式逆變器是使用風扇散熱的，能保證在超配時，長時間的過載穩定運行，但也有一家逆變器是無外置風扇，即使在正常功率下，逆變器本身壽命受到挑戰，超配更是無從談起。 從表2調查結果看，主流廠家均以風扇散熱為主流散熱解決方案。為了對比風扇散熱與自然散熱的性能的差異，筆者調查不同廠家的40KW組串式逆變器散熱效果，結果表明同樣的45℃環境溫度下滿載運行，自然散熱的A廠家40KW逆變器內部IGBT、電容等關鍵部件的溫升至少比智能風扇散熱的B廠家40KW逆變器高10℃，根據電子元器件壽命十度法則，即意味著同樣的條件下，自然冷卻方式的產品壽命會降低一半，而這種對壽命的影響，由于短期內無法顯現，往往被用戶所忽視。
（3）大部分組串式逆變器的直流端子數量在應對超配設計時是足夠多的，只有一家逆變器的直流端子數量不夠。這家逆變器廠家的40KW組串式逆變器直流側設計有三路MPPT，但每路MPPT最大只能接2路組串，即逆變器直流側端子數量只有6路。根據表1，6路端子最大接入的直流功率只有34320W，最大超配系數只有0.95，不具備超配能力。
表2.國際主流逆變器廠家組串式逆變器可接受的超配比匯總
注：最大可輸入組串數量及額定功率數據來源于各廠家官方網站，超配系數以目前通用的260W組件，每個組串22塊串聯為例計算。
4、小結
光伏系統超配設計已受到用戶的廣泛關注，通過適當的超配，可以提高投資者的整體收益。對于國內正大力推廣的分布式項目，需要至少1.1倍以上的超配系數。
通過分析比較，不是所有的組串式逆變器都可以進行超配設計的。在當前常見的40KW逆變器中，只有直流輸入端子8路以上的組串式逆變器，才能實現1.1倍以上的超配方案。且逆變器需要有足夠的功率余量、良好的散熱性能和一定的過載能力。國際上主流廠家在產品設計時均以客戶收益最大化為導向，充分考慮到直流側超配對系統收益的重要性，逆變器產品的實際功率標定、散熱、直流輸入端子數量及過載能力，均進行了充分的考慮，以滿足系統超配設計的需求。
1、引言
光伏系統由于組件功率的衰減、灰塵遮擋以及線路損耗的存在，再加上不同地區的光照條件差異，為了最優化系統收益，有經驗的設計工程師會把光伏組件的總容量配得比逆變器容量大一些，這種情況被稱為超配。適當的超配可以提高電站系統整體收益。在超配設計中，集中式大型逆變器由于單機功率大，每路組串的功率相對單機額定功率非常小，在直流輸入配置時非常靈活，因此很容易進行超配設計，這已為電站業主所接受并廣泛應用。
在小型屋頂電站和小型山丘電站使用組串式逆變器有優勢，這些組串逆變器能否滿足超配設計要求以及超配設計能力如何？筆者對國內外一些主流組串式逆變器廠家進行了調查分析，發現絕大部分廠家組串式逆變器都可達到1.1倍、甚至更高的超配能力，但同時也發現個別組串式逆變器廠家的產品在設計上存在嚴重缺陷，不僅不具備超配能力，甚至無法用足逆變器的額定功率。逆變器實際可用功率大打折扣,直接導致用戶初始投資的增加。
2、組串式逆變器超配設計要求
組串式逆變器由于單機功率小，具有多路MPPT的特點，適用于小型屋頂、小型山丘等復雜分布式電站，可以有效解決組件布局不規則、不同朝向、局部遮擋等問題。隨著國內分布式應用發展，組串式逆變器的應用也不斷增加。
在超配設計中，除了考慮系統損耗以外，最優容配比（組件容量：逆變器容量）主要是由電站所處位置的光照條件決定的。國內分布式電站大多數分布在我國東南部地區，根據國家氣象局風能太陽能評估中心的資源區域分類，多數處于II，III, IV類光照資源區，光照條件相對較差。在此類地區，容配比至少需要在1.1倍以上，才能達到最優的系統度電成本，投資者的收益才能最大化。在超配設計時，對組串式逆變器有哪些具體要求呢？
2.1 需要評估逆變器實際可用交流側功率
超配是光伏電站的組件容量相對交流側容量而言的。對于一個光伏電站，其容量應該以交流功率側容量來標定。例如一個20MW電站，是指其交流側輸出功率可以達到20MW，而非直流側組件功率是20MW。對于逆變器來講，也是同樣的，首先要關注其交流額定功率參數，然后分析其“實際可用交流側功率”。借用那句“別看廣告，看療效”的經典臺詞，組串式逆變器“實際可用交流側功率”才是對超配真正有意義的。如某個組串式逆變器，其交流側額定功率參數是36kW，但按照其直流側真實最大可配置到的功率只有34KWp，考慮逆變器自身損耗，其“實際可用交流側額定功率”一定是小于34KW，從超配系數1.1的角度看，現實版“實際可用交流側額定功率”可能僅僅是30KW。因此，“實際可用交流側功率”是系統進行超配設計的前提。
2.2 逆變器必須具備良好的散熱能力
逆變器需要有良好的散熱能力。由于組串逆變器主要應用于小型屋頂及小型山丘等復雜分布式電站，環境溫度高，散熱條件相對較差，如在天氣較為炎熱的夏天，由于屋頂彩鋼瓦或水泥屋頂受光照后熱輻射導致屋頂環境溫度比地面電站至少要高10℃以上。在這樣的場景下，系統超配后，逆變器滿載及過載的運行時間會加長，對于逆變器的散熱能力提出了挑戰。因此高效的散熱能力是逆變器穩定、不降額運行的保障。在選擇逆變器時，散熱方式的選取上也需要慎重，實際測試表明，對于幾十KW的電力電子設備，長期工作在滿載狀態下，智能風扇散熱效果更優。
2.3直流輸入端子數量必須足夠多
為了實現超配設計，組串式逆變器需要足夠的端子數量。目前國內常使用組件功率分別是255W、260W、270W，通常每個組串由22塊組件串聯組成，以當前常見的交流額定功率為40KW的組串式逆變器為例，可以計算出不同的端子數量所對應的超配系數如表1所示。
表1 不同端子數量對應的功率及相應的超配系數情況
從表1可見，對于交流額定功率為40KW組串式逆變器，針對常見的270W及以下的組件，40KW組串式逆變器至少需要配置8串才能滿足1.1以上的超配設計要求。不同于集中式逆變器方案，組串式逆變器是直接連接組件，中間沒有直流匯流環節，所能連接的組件串數受限于自身的輸入端子數，因此，足夠的輸入端子數量實現超配設計的必要保證。
2.4逆變器過載能力需要盡量大
逆變器需要有較強的過載能力，一方面，當組件可輸出能量在扣除直流側線損之后，仍然大于逆變器的額定功率，具備過載能力的逆變器，可以盡可能的減少限發時間，減少發電量損失。另一方面，隨著越來越多的用戶使用逆變器替代電站的SVG功能，具備過載能力的逆變器可以在響應無功調度的同時，輸出超過額定容量的有功功率。
3、主流廠家組串式逆變器超配能力調研
主流廠家組串式逆變器超配能力的真實情況如何呢？實際可用交流側功率是否與參數表相吻合？散熱能力是否足夠？直流側端子數量是否足夠多？逆變器過載能力到底如何？帶著這些問題，筆者對國內外主流廠家如SMA，Delta，陽光電源，古瑞瓦特，山億等進行了調研。各家逆變器的主要相關參數匯總在表2.根據表中數據并結合調研可以得出：
（1）大部分組串式逆變器是以交流側額定功率進行標定，并且實際可用交流側功率是足夠的，但也有一家逆變器的實際可用功率偏小，不僅不能配置到滿載，更談不上超配。結合表1和表2分析可知，6路輸入的直流側最大可接入容量遠遠達不到其產品型號所宣稱的40KW功率值，甚至無法達到其標稱的額定輸出功率36KW，逆變器真實可用容量大大縮水，超配設計就更談不上了。大大增加了系統的度電成本，嚴重影響投資者的收益。
（2）大部分組串式逆變器是使用風扇散熱的，能保證在超配時，長時間的過載穩定運行，但也有一家逆變器是無外置風扇，即使在正常功率下，逆變器本身壽命受到挑戰，超配更是無從談起。 從表2調查結果看，主流廠家均以風扇散熱為主流散熱解決方案。為了對比風扇散熱與自然散熱的性能的差異，筆者調查不同廠家的40KW組串式逆變器散熱效果，結果表明同樣的45℃環境溫度下滿載運行，自然散熱的A廠家40KW逆變器內部IGBT、電容等關鍵部件的溫升至少比智能風扇散熱的B廠家40KW逆變器高10℃，根據電子元器件壽命十度法則，即意味著同樣的條件下，自然冷卻方式的產品壽命會降低一半，而這種對壽命的影響，由于短期內無法顯現，往往被用戶所忽視。
（3）大部分組串式逆變器的直流端子數量在應對超配設計時是足夠多的，只有一家逆變器的直流端子數量不夠。這家逆變器廠家的40KW組串式逆變器直流側設計有三路MPPT，但每路MPPT最大只能接2路組串，即逆變器直流側端子數量只有6路。根據表1，6路端子最大接入的直流功率只有34320W，最大超配系數只有0.95，不具備超配能力。
表2.國際主流逆變器廠家組串式逆變器可接受的超配比匯總
注：最大可輸入組串數量及額定功率數據來源于各廠家官方網站，超配系數以目前通用的260W組件，每個組串22塊串聯為例計算。
4、小結
光伏系統超配設計已受到用戶的廣泛關注，通過適當的超配，可以提高投資者的整體收益。對于國內正大力推廣的分布式項目，需要至少1.1倍以上的超配系數。
通過分析比較，不是所有的組串式逆變器都可以進行超配設計的。在當前常見的40KW逆變器中，只有直流輸入端子8路以上的組串式逆變器，才能實現1.1倍以上的超配方案。且逆變器需要有足夠的功率余量、良好的散熱性能和一定的過載能力。國際上主流廠家在產品設計時均以客戶收益最大化為導向，充分考慮到直流側超配對系統收益的重要性，逆變器產品的實際功率標定、散熱、直流輸入端子數量及過載能力，均進行了充分的考慮，以滿足系統超配設計的需求。
0 條