组串式逆变器解决方案： 屋顶光伏电站的最佳选择

在2014年1月14日召开的2014年全国能源工作会上，国家能源局敲定2014年国内光伏新增装机14GW，其中分布式电站8GW、地面电站6GW。分布式电站有80%主要建于东部沿海经济发达地区，同时因受限于东部土地资源的稀缺，其中又有80%的电站只能建在屋顶。

近年，国家政策从初始投资补贴转向度电补贴，如何降低电站运维成本、提高发电量、提升电站整体收益率，成为我们面临的新课题，需要我们在电站建设形式上深入探索。

传统集中式方案弊端

经过实际项目的调研，并与EPC，设计院以及光伏专家的研讨，在屋顶电站设计、建设及运维过程中，我们对集中式逆变器组网方案所遇到的问题进行了分析总结。比较突出的是以下6类问题：

1.电站建设中最重要的是安全问题。集中式方案中采用直流汇流箱，由于内置直流支路熔丝，存在融不断起火的风险，因为只要有光照太阳能板就会处于工作状态。

对于分布式屋顶厂房来说，带来严重的安全隐患。不仅电站本身经济收益受影响，更关键会影响到厂房的其他设备。给业主带来非常大的损失。

2.不规则屋顶，采用单个500KW逆变器无法充分利用屋顶面积。逆变器经常处于过载或轻载或者超配、欠配的情况。


3.多个朝向的屋顶，电池板有部分阴影遮挡导致组串的不一致性，单路MPPT导致发电量相对较低；同时，各路组串的失配损失也将导致发电量的损失；


4.逆变器需要专业工程师维护，单个逆变器故障对发电量影响较大，对维护人员的安全也带来巨大挑战，同时，备件种类较多，故障定位及修复3天以上，严重影响客户发电收益。直流汇流箱故障率高，无法监控到每路组串，增加故障定位时间，由于熔丝挥发，故障率、维护成本高，需要定期更换维护；线路复杂，现场加工的接头多，故障率高；部份项目运行1~2年后，有效发电率低于90%；下图就是某电站直流汇流箱烧毁。

5.集中式方案需要逆变器房和相应土建工程，同时需配套相应的风机，风道，烟感，温感等设备，增加施工复杂度，初始投资和运维成本；

6.集中式逆变器需强制风冷，机房消耗电力大，平均至少300W以上，需要定期扫灰，风扇维护和防尘网更换；


组串式解决方案优势

结合欧美等光伏电站建设发达地区屋顶电站的成功经验，组串式已经成为屋顶电站的首选解决方案。

以典型1MW屋顶组串式电站为例：电池板采用250Wp多晶，每串20块，每台逆变器接4串，总共采用50台20KW逆变器，每8台逆变器接一个交流汇流箱，并入建筑低压配电网。

组串式组网原理图

在实际的设计，建设和运行过程中，组串式逆变器解决方案较集中式而言，具有较为明显的优势：

1.组串式逆变器组网结构简单，可分散室外就近安装，根据屋顶容量选择合适的逆变器灵活组合，充分利用屋顶面积，增加投资收益。

2.设备种类简单，节省投资。直流汇流箱、直流配电柜、隔离变压器、机房和相关土建工程可全部省去，同时降低现场施工组织难度、缩短工期。综合计算，组串式逆变器系统土建工作量仅为集中式逆变器系统的1/4；从安全可靠性而言，避免了传统集中式方案直流侧着火无法扑灭的风险。

3.组件不一致性对发电量影响较小，逆变器自用电少，组串式自耗电功率为20W，仅为集中式的1.3%，根据实际项目的测试，组串式方案系统效率约比集中式方案至少高5%左右；

4.每台逆变器具备3路独立MPPT，对每一路单独跟踪，单路故障影响小，精细化管理每路电池板输出，全系统发电量高。当出现部分遮挡、部分污损（如鸟粪）、部分故障时，除了受影响部分的发电量有影响以外，其余部分依然可以保证最大功率输出；

5.组串式逆变器无需专业工程师维护，设备模块化，现场安装调试简单，20分钟可完成一台逆变器的更换，无需专业人员值守，实现“傻瓜式”维护；单台逆变器故障对发电量影响较低，系统可靠性和年可用率较高，逆变器年故障率小于0.5%；

6.每台逆变器可实现6路组串智能监测，减少故障定位时间80%，独立侦测每一路输入的电压和电流，可实时采样组串电流、电压，及时发现线路故障、组件故障、遮挡等问题。通过组串横向比较、气象条件比较、历史数据比较等，提高检测准确性。而且可以和后台网管配合，提供自动运维建议，如清洗、组串匹配优化、逆变器协同等。

7.逆变器免维护，自然散热（无风扇），自耗电小，IP65，能在雨水，风沙和盐雾环境下可靠运行；目前国内主流的组串式逆变器都已经达到IP65，比如华为的组串式逆变器机身采用全铝一体封闭式外壳，无外置风扇设计（这点很关键，外置风扇是逆变器中最容易出现故障和被腐蚀地方之一），逆变器外壳喷涂高耐候室外型涂层保护，散热器采取加厚阳极氧化氧化工艺，以及所有安装部件采取不锈钢等耐腐蚀材料，真正实现了IP65防护，从而满足在盐雾和高湿环境下的应用。

经过严谨的测算，在1MW屋顶场景下，除逆变器外的设备投资，组串式比集中式节省约0.15~0.25元/瓦。组串式比集中式发电量提升约5%左右，减少直流汇流箱，直流配电柜，逆变器风扇，机房散热和直流电缆的损耗。如果按照每W年发电量1.6kWh,综合补贴电价0.9元/kWh, 1MW光伏电站20年多收益86.4万元。

目前国内外已有大型组串式屋顶光伏电站运行，安装于彩钢瓦，水泥屋顶等各种场景，组串式逆变器以高可靠性、高效率、无需外部风，同时采用专业的iManager电站网管系统和手机APP监控系统，给客户带来全新的监控体验，赢得了客户的赞许。 下面几个例子是国内MW级以上的组串式屋顶电站。

屋顶建站的最佳选择

结合以上分析，我们认为在接近的初始投资成本下，对于屋顶场景，组串式逆变器解决方案拥有着得天独厚的优势，很好的解决了集中式解决方案遇到的问题。根据最新的国家能源局政策，未来我国未来光伏电站的发展将以分布式电站为主，围绕如何提高分布式电站可靠性、提高运维效率、提高发电量等业界关注的热点话题，我们不断的在探索和创新。组串式解决方案，能为屋顶项目投资方带来更大的收益，缩短投资回报周期，具有非常广阔的应用前景。任何一个伟大的时代，都不是赢在出发的起点，而是赢在变革的拐点。组串式解决方案必将掀起光伏电站建设的新的革命，成为今后分布式电站的主流趋势。（美的集团 中央研究院特聘专家 刘绪伟）