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光伏逆变器、组件优化器、亚组件变流器都是什么东西?

放大字体  缩小字体 时间:2018-04-27  来源:PV兔子  浏览:2770
核心提示:光伏系统的发展,什么东西都是越做越大,唯有逆变器是越做越小了。原来只有一种集中逆变器;后来发展出了组串逆变器;再后来有了每
 光伏系统的发展,什么东西都是越做越大,唯有逆变器是越做越小了。原来只有一种集中逆变器;后来发展出了组串逆变器;再后来有了每个组件装一个的微型逆变器;再后来有了只在组件端处理MPPT优化,把DC-AC功能交还给组串逆变器的组件优化器,和接线盒集成了(智能接线盒);现在甚至出现了针对组件内电池串甚至单个电池优化的所谓“亚组件集成变流器”(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!




 
(各种变流设备的优化处理范围,Olalla, PIP, 2017)

 
为什么会出现这种东西

为什么会出现这种变流器逆变器分布式发展的趋势?归根结底两点原因:榨出光伏系统每一毫瓦可以发的电,以及提升光伏系统的可靠性。这看起来是很矛盾的东西——F1方程式的引擎可以榨干每一分马力,可这种高转速引擎也就开个几百公里的寿命。但其实对光伏系统,却有可能是鱼和熊掌兼得的。这里听兔子君慢慢道来。

电池在生产的时候,龙生九子各个不同;封装以后,组件与组件的差距进一步放大;再连线,又引入了线损的不同;别说倾角什么的也不可能完全一样。当把所有的组件连在一起的时候,无论是串联还是并联,都是对电流和电压相互牵制的过程。就算是设计生产的时候把什么参数都搞成一样,还有鸟屎、树木建筑物遮挡、温度梯度等外界参数,使得各个电池处于不同的偏置状态。结果就是发电量不能最大化,而且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。

所以组串逆变器出现了,不管别的组串怎么样,我可以把我自己的组串发电量榨干,并且如果我这个组串挂了,至少别的组串不受影响;再后来微型逆变器和组件优化器出现了,不管组串上别的组件怎么样,我可以把我自己的这个组件发电量榨干,并且如果我这个组件挂了,别的组件不受影响;所以亚组件集成变流器出现了,不管组件里别的电池怎么样,我可以把我自己的这个电池发电量榨干,并且如果我这个电池挂了,组件里别的电池不受影响。


(各种变流设备设计模型)

效果

分布式变流设备(逆变器、优化器、变流器)对效果的增益毋庸置疑,只是大小因应用场景而异。越是地形光照气候复杂的系统,组串之间、组件之间、电池之间的发电量变化比较大,分布式变流设备的价值就越高。需要考虑到的是,只要是电子设备就会有功率损耗。一般来说优化器的CEC效率是高于一般逆变器的,而一般逆变器又高于微型逆变器,微型逆变器又高于亚组件变流器。传统认为3-4kW系统是拐点,低于这个大小的光伏系统比较适合于微型逆变器以下的分布式布局。随着电力电子技术的提升,价格不断降低,这个拐点应该是不断提升的。值得注意的是,新型电子元件采用的差分功率处理模式(DPP),只在发电功率的失配的情况产生作用,所以无论是效率、寿命还是元器件的大小,都有非常大的提升。

寿命


这个大概是最值得关心的事情。绝大多数人,包括兔子都有这样的疑问——电子元件自己也有寿命啊,加在光伏系统甚至组件里面,靠谱不靠谱?固然分布式变流器解决了电池组件反向偏置等等让太阳能电池大幅“折寿”的问题,但是本身的寿命不靠谱的话,岂不是两相抵消甚至更惨?这是很要命的问题。

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,按照低于80%发电量就报废来算,微型逆变器和组件优化器基本可以提升光伏系统5年的寿命,而亚组件变流系统可以提升10年寿命。

如果是引入电力电子设备的寿命,光伏系统寿命上的收益就要少很多。根据一般标准半导体元器件标准,25年质保,根据Weibull概率模型,25年后会有5%的原件失效,50年后会有20%的原件失效。这样的话微型逆变器和组件优化器基本上不会对光伏系统寿命提升有任何帮助,而亚组件变流器依然可以有大致5年的寿命提升。


 

寿命提升直接导致度电成本下降,如果有很好的商业模式的情况下,电力电子元件追加的成本可以轻易的被找回来。提高元件的可靠性,减少失效率,是分布式变流器逆变器成功的关键!

后记:所谓只有想不到,没有做不到——以后会不会有针对相邻副栅圈起来的电池一小块的电子器件,专治掉栅隐裂!兔子此处占坑,给它起个名叫做“亚电池集成变流器(Sub-Cell Integrated Converter, subCIC)”!
 

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