光伏系【xì】统【tǒng】的发展,什么【me】东西都是越做越【yuè】大,唯【wéi】有逆变器是越做越【yuè】小了。原【yuán】来只有一种集中逆【nì】变器;后来发展出了组串逆变器【qì】;再后来有了每【měi】个【gè】组件装一个的微型逆变器;再【zài】后【hòu】来有了只【zhī】在【zài】组件端处理【lǐ】MPPT优化,把【bǎ】DC-AC功能交还给组串逆变器的组件优化器,和接【jiē】线【xiàn】盒集成了(智能接线【xiàn】盒);现在甚至出现了针对组件内电池串甚至单【dān】个电【diàn】池优化的所谓“亚组件集【jí】成变【biàn】流【liú】器”(Sub-module integrated converter, SubMIC)。

这倒也迎合我们光伏系统分布式发展的大趋势!

(各种变流设【shè】备的优化处理【lǐ】范【fàn】围,Olalla, PIP, 2017)

01为什么会出现这种东西

为【wéi】什么会出现这种变流器【qì】逆变器【qì】分布式发展【zhǎn】的趋【qū】势?归根结底两点原因【yīn】:榨出光【guāng】伏系统【tǒng】每一【yī】毫瓦【wǎ】可以发的电,以及提升光伏系统【tǒng】的可靠性。这【zhè】看起来是很【hěn】矛盾【dùn】的东西——F1方【fāng】程式的引擎可【kě】以榨干每一分马力,可这种【zhǒng】高转【zhuǎn】速引擎也就开个几【jǐ】百公【gōng】里的寿命【mìng】。但其实对光伏【fú】系统,却有可【kě】能是鱼【yú】和熊掌兼得【dé】的。这里听兔子君慢慢道来。

电池【chí】在生产的时候,龙【lóng】生九子各个【gè】不同;封装以后,组件与组件的差距【jù】进【jìn】一步放大;再连线【xiàn】,又引【yǐn】入了线【xiàn】损【sǔn】的不同;别说倾角什么的也不可能完全【quán】一【yī】样。当把所有的组【zǔ】件连在一起的时【shí】候,无【wú】论是串联还是【shì】并【bìng】联,都是对电流【liú】和电压相互牵制的【de】过程。就【jiù】算是设【shè】计生产的时【shí】候【hòu】把什么参数都搞【gǎo】成一样,还有鸟屎、树【shù】木建筑物遮挡、温【wēn】度梯度等【děng】外界【jiè】参数【shù】,使得各个电池处于【yú】不同的偏置状态。结果就是【shì】发电量【liàng】不能最大化,而且【qiě】有的太阳能电池长期处于反向偏置状态还可能造成热斑等恶劣后果,严重影响寿命。

所以组串【chuàn】逆变器【qì】出现了,不管【guǎn】别的组【zǔ】串怎么样,我可以把【bǎ】我【wǒ】自己的组【zǔ】串发电量榨干【gàn】,并且如果我【wǒ】这个组串挂了,至少别的组串不受影响;再【zài】后【hòu】来微型逆【nì】变器和【hé】组【zǔ】件【jiàn】优化器出现【xiàn】了【le】,不【bú】管组串上别的【de】组【zǔ】件怎么【me】样,我可以【yǐ】把我自己的这个组件发电【diàn】量榨干,并【bìng】且如果我这个组件挂了【le】,别【bié】的组件不【bú】受影响;所【suǒ】以亚组件集成变流器出现了,不管组【zǔ】件里别的电池怎【zěn】么样【yàng】,我可以把我自己的这个电池发电量榨干,并且如【rú】果我【wǒ】这个电池挂了,组件里别的【de】电池【chí】不受影响。

(各种变流设备设计模型)

02效果

分布式变流【liú】设备【bèi】(逆变器、优化【huà】器、变流器【qì】)对【duì】效果【guǒ】的增益毋庸置疑,只是大小因应用场景而异。越【yuè】是地【dì】形【xíng】光照气候复杂的【de】系统,组串之【zhī】间、组件【jiàn】之间、电池之间的发电量变【biàn】化比较大,分布式变【biàn】流设备的价值就越高。需要考虑到的是【shì】,只要是电子设备就会有功率损耗。一般【bān】来【lái】说优【yōu】化器的CEC效【xiào】率是【shì】高于【yú】一般逆【nì】变器【qì】的,而一般逆变器【qì】又高【gāo】于微型逆变器,微型逆变器【qì】又高于亚【yà】组件【jiàn】变流器。传统认为【wéi】3-4kW系统【tǒng】是拐点,低于这个大小的光伏【fú】系【xì】统比【bǐ】较适合于微型逆变器以下【xià】的分布式布局。随着电【diàn】力电【diàn】子技术【shù】的提升,价格【gé】不断降低【dī】,这个拐点应该是不断【duàn】提升的【de】。值得注意的是,新型【xíng】电子元【yuán】件采【cǎi】用的差【chà】分功【gōng】率【lǜ】处【chù】理模式(DPP),只在发电功率【lǜ】的失配的情况【kuàng】产生作用,所以【yǐ】无论是【shì】效率【lǜ】、寿命还是元器件的【de】大小,都有【yǒu】非常大的提升。

03寿命

这个【gè】大概是【shì】最值得关【guān】心的事情。绝大多数人,包括【kuò】兔子都有这【zhè】样的疑问【wèn】——电子元件自己也有【yǒu】寿命【mìng】啊【ā】,加在光伏系统甚至组件里面,靠谱【pǔ】不靠谱?固然分布式变流器【qì】解决了电池组件【jiàn】反向偏【piān】置等等让太阳能电池【chí】大幅“折寿”的问【wèn】题【tí】,但是本身的【de】寿命不靠谱的话,岂不是两【liǎng】相抵消【xiāo】甚至更【gèng】惨?这是【shì】很要命的问题。

如果是假设变流器寿命无限长,仅仅从提升光伏组件寿命来看,按照【zhào】低【dī】于80%发电量就【jiù】报废来算,微型逆变器和组件优化【huà】器【qì】基本可以提【tí】升光伏系【xì】统5年的寿命,而亚【yà】组件变流系统可【kě】以提升10年【nián】寿【shòu】命。

如果是引入电【diàn】力【lì】电【diàn】子设备的【de】寿命,光伏【fú】系统寿命上的收益就要少【shǎo】很多。根据一般标准【zhǔn】半导【dǎo】体元器【qì】件标准,25年质【zhì】保,根据Weibull概率模型,25年【nián】后【hòu】会有5%的原件【jiàn】失【shī】效【xiào】,50年【nián】后会【huì】有20%的原件【jiàn】失【shī】效。这样的话微型逆变器和组【zǔ】件优化器基本上不会对光伏系统寿命提升有任何帮助,而亚【yà】组件变流器依然可以有大致【zhì】5年的寿命【mìng】提升。

寿命【mìng】提升直接导致度电成【chéng】本下降,如果有很【hěn】好的商业模式的情况下,电力电【diàn】子元件追加的成本可以【yǐ】轻易的被找【zhǎo】回【huí】来。提高元【yuán】件的【de】可靠【kào】性【xìng】,减少【shǎo】失效率,是分布式变流【liú】器逆【nì】变器成功的关键!

来源:PV兔子