在光伏電站中常見的組串式逆變器的發(fā)展以及它的優(yōu)缺點解析
在科技的發(fā)展道路上,離不開能源的助力,特別是再科技飛速發(fā)展的今天,而地球上的能源有限,就需要科研人員不斷開發(fā)新能源,這就再當下最需要研發(fā)太陽能的使用。
這些年來我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,2018光伏裝機量超過43GW。逆變器作為光伏系統(tǒng)的高度智能單元,是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心設(shè)備。在當今科技高速發(fā)展的浪潮下,各行業(yè)以極快的速度更新迭代。當下的組串式光伏逆變器不僅功能更強大、智能化程度更高且單機功率也是持續(xù)的突破上限。近期國內(nèi)不少光伏項目70/80kW及更大功率的組串式逆變器漸漸成為主流。同樣在中高壓并網(wǎng)的光伏電站中,組串式逆變器也有逐步替代集中型逆變器的趨勢。
近年來,組串式地面電站已在世界范圍內(nèi)廣泛使用。與集中式電站相比,組串式電站具有明顯的優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在:發(fā)電量大,占地面積小,無機房,運行可靠,維護方便,簡單。特別是對于分布式屋頂以及山區(qū)和丘陵項目,解決方案具有無與倫比的優(yōu)勢。
組串式逆變器基于模塊化概念。每個光伏串(1-5kw)都通過一個逆變器,幾塊太陽能電池板形成一條功率從幾百瓦到幾千瓦的串。小功率單相逆變器在DC端具有最大的功率峰值跟蹤,在AC端并聯(lián)連接,已成為國際市場上最受歡迎的逆變器。
變頻器的散熱主要包括自然散熱和風冷散熱。影響散熱能力的關(guān)鍵因素是對流傳熱系數(shù)。通常,風冷散熱的傳熱系數(shù)比自然對流的傳熱系數(shù)高一個數(shù)量級。因此,在組串式逆變器外部增加風扇可以大大提高散熱能力。工業(yè)制造商通常使用這種方法進行散熱。但是,組串式逆變器的應用環(huán)境較差,對外部風扇的保護性能要求較高。當前的室外風扇防護等級通常只能達到IP54 / IP55,而外部風扇設(shè)計使整個系統(tǒng)的防護等級無法達到IP65。本文以京福源SUNTREE系列70 / 80K為例,在光伏電站項目中,簡要介紹了組串式逆變器與集中式逆變器相比的優(yōu)勢。
節(jié)省直流匯流箱的成本。 SUNTREE 70 / 80K采用12通道輸入設(shè)計和熔斷器保護,并集成了DC匯流箱功能(會聚,防雷,開關(guān),防反接等),并且每串都可以直接連接至DC的DC輸入。無需添加直流匯流設(shè)備。簡化系統(tǒng)設(shè)計并節(jié)省系統(tǒng)成本,同時還降低了故障風險。它采用防水冷卻風扇,并且與機器的內(nèi)部電路板完全隔離。主體達到IP65防護等級,可以滿足室外安裝條件,并且可以直接壁裝。不需要復雜的逆變器室(消防,空調(diào),照明等)。
由于組串式逆變器主要在高溫,灰塵,風吹日曬,雨淋等惡劣的室外應用中工作,因此,如果使用強制風冷,則風扇很容易損壞,使用壽命短。頻繁更換風扇會影響產(chǎn)品。除了發(fā)電能力外,還將帶來昂貴的維護費用;此外,如果將逆變器安裝在用戶的外墻或閣樓上,則強制風冷的噪音很容易引起客戶投訴。但是,使用自然散熱,無風扇,產(chǎn)品運行的長期可靠性高,噪音低的產(chǎn)品,因此自發(fā)熱和無風扇設(shè)計已成為戶外小功率逆變器的關(guān)鍵競爭力。
電子元件很多,功率器件和信號電路在同一塊板上,設(shè)計和制造困難,可靠性略差。功率設(shè)備的電氣間隙很小,不適合高海拔地區(qū)。在室外安裝時,風和日光很容易導致外殼和散熱器老化。當多個逆變器并聯(lián)時,總諧波很高,單個逆變器的THDI可以控制在2%以上。但是,如果并聯(lián)連接40個以上的逆變器,則總諧波會重疊,難以抑制。發(fā)生共振。
隨著組串式逆變器的大量商用,高發(fā)電量,維護便捷甚至免維護是客戶關(guān)注的核心指標,逆變器外部風扇的存在對以上指標的實現(xiàn)是一道嚴重障礙,因此無外部風扇設(shè)計對組串式逆變器來說,既是挑戰(zhàn),也是未來必然的發(fā)展趨勢。相信再過幾年到幾十年,當人類利用太陽能的技術(shù)很成熟的時候,這樣就有了無窮盡的能源供給社會的使用,再當下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。