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光伏企业优秀代表天合光能、华为、乐叶光伏等

2019-12-08 11:32

未来充电桩为什么往950V高压方向走?

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澳门新濠新天地3559,【电工电气网】讯

2017年9月5日

前言:光伏逆变器是光伏发电系统两大主要部件之一,光伏逆变器的核心任务是跟踪光伏阵列的最大输出功率,并将其能量以最小的变换损耗、最佳的电能质量馈入电网。由于逆变器是串联在光伏方阵和电网之间,逆变器的选择将成为光伏电站能否长期可靠运行并实现预期回报的关键,本文提出了“因地制宜,科学设计”——即根据光伏电站装机规模、所处环境和电网接入要求,合理选择逆变器类型,使得电站建设方、投资方、运营方以及电网等相关多方在安全、稳定和收益上的共同利益最大化,促进光伏行业健康、有序发展。

1月17日,在“光伏行业2018年发展回顾与2019年形势展望研讨会”上,华为提出逆变器的六大趋势,加速实现平价上网。2019年开年,随着国家发改委、能源局关于积极推进光伏发电无补贴平价上网的一纸政令,国内光伏市场的平价上网序幕正式拉开。而与此同时,美、欧、印以及拉美、中东等各区域新能源均快速迈入平价新阶段。

由天合光能、中山大学主办,SPI绿能宝、十一科技、木联能、华为、隆基硅、Solarbe索比光伏网、南度度节能服务网合作举办的2015年广东省分布式光伏论坛2015年3月24-25日在广州举行。会上邀请了广东省发改委、能源局相关负责人莅临出席并发表主题演讲。中山大学太阳能研究院院长沈辉、天合光能COO朱治国、信息产业电子第十一设计研究院常务副院长徐湘华、SPI绿能宝董事长彭小峰、中民投分布式发电事业部总经理包育栋、广东省电力设计院副院长梁汉东等也出席了本次会议并发言,光伏企业优秀代表天合光能、华为、乐叶光伏等发表了精彩演讲。会议就当前南方六省光伏产业现状及如何创新开拓市场、加快产业升级、突破融资瓶颈等问题进行了深入的讨论。

本文将分享几个关于充电桩未来发展方向的话题。 1、30KW是不是未来的主流机型? 问这个问题的朋友,大致是看了麦格米特新的30KW的产品发布,而且未来一段时间是主推30KW产品,因此就有了这样的问题。其实充电桩模块从2014年的7.5KW,到2015年的恒流20A 15KW模块,到2016年的25A恒功率15KW模块,到今年上半年有些厂家推出20KW的模块,行业的发展都是走向大功率模块,客户的主要考量点还是性价比,就是在保证产品可靠性的条件下,尽可能降低每瓦的成本,7.5KW和15KW模块的产品寿命周期都不到两年,还没有上量,学习曲线的量没有完全释放,就很快被下一代模块所迭代。30KW的推出,会让目前的15KW和20KW模块很快有没有竞争力,在一年之内退出市场是历史趋势。而各个厂家的30KW模块,甚至更大功率新一代的模块,都在紧锣密鼓的研发中,从而引发新一轮的价格竞争。 类似这样的例子,在通信行业就已经演过一轮,48V30A的模块,由于每瓦的价格远低于48V50A模块,原来30A模块的主流150A的系统,现在基本都被50A模块所替代,马太效应非常明显。在光伏行业,为了抗衡500KW塔机的光伏逆变器方案,某公司推出了20KW的组串方案,以颗粒度小,发电量高为卖点快速崛起,按道理是应该坚持小颗粒度发电量高的特点,但是在面临价格竞争时,组串的单机功率从20KW演进到40KW,50KW,60KW,听说最近在开发100KW的组串逆变器方案,背离和当时小颗粒的技术路线,原因很简单,每瓦价格撑不住。 2、充电桩模块的风冷模式会不会被有些厂家在推广的封闭冷风道或者水冷模块替代? 充电桩行业最近两年的上量,其实是超出了大部分厂家对于这个行业的预期,行业都是一窝蜂的把没有经过时间验证的的产品推向市场,这个行业的发展是在边发展,边修正的过程中发展。这种现象不仅仅在充电桩模块厂,在充电桩整机厂也是一样的问题,对于产品特性和应用场景都在了解的过程中。但是不管是系统设计问题,还是模块的技术和防护问题,最后都反应在模块的故障率高,不被市场认可。所以去年国内一些主流厂家都提出了水冷和封闭冷风道的想法,我们认为,就目前国内充电桩行业低毛利甚至很多上市公司出现了亏损的情况,水冷模块基本在国内可以宣判死刑,因为只有Tesla这样的高富帅才可以接受水冷的方案,国产电动车上半年的销量逐渐出现低端话的局面,销量最大的两款厂都是A00级,更不要说B级车和C机车。具体参照下面2017年上半年的汽车销售量:

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趋势一:组串式逆变器成为主流

特变电工西安电气有限公司总经理阮少华先生发表主题演讲《光伏逆变器技术进步及创新解决方案》。

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一、光伏电站分类及电站特点

全球咨询机构IHS和GTM Research的调研报告显示,2017年全球逆变器市场份额,组串式逆变器首次超过集中式,份额持续增加。

阮少华:我今天演讲的题目分为5个部分,首先讲一下光伏逆变器的发展现状,2014年全球的装机容量大概在45GW,我国是10.6GW,到2015年全球是55GW,我国是17.8GW,在2018年整个全球一年的新增装机容量达到100GW,国内新增25GW,对于整个光伏市场来说,现在还是处于刚刚起步,而且每年的增速是非常快的,对于整个光伏行业的从业者拥有了比较好的信心。

光伏企业优秀代表天合光能、华为、乐叶光伏等发表了精彩演讲,由于每瓦的价格远低于48V50A模块。按照光伏电站安装环境的不同,光伏电站一般分为荒漠电站、屋顶电站及山丘电站三种。

组串式智能解决方案高效、高可用率、多路MPPT,带来更高发电量的同时,无易损件、无熔丝设计大幅降低初始投资和运营成本,增加系统可靠性,系统BOS成本每瓦可节省4.5分。

目前国内最主流的还是地面电站,还有荒山戈壁这一块,还有山地和丘陵,在欧洲以及澳洲,包括日本,应用形式比较多的,未来我们的居民怎么利用自己的屋顶建这样的电站,享受电站的收益,需要行业去引导。目前国内比较流行的是渔光互补,还有光伏幕墙,采用双玻做建筑墙面。

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趋势二:1500V成为行业主流

根据这样的应用方式,采用多样的解决方案,针对这种集中式的电站有几种方式的解决方案,目前在10兆瓦以上电站集中采用集中式的逆变器大概占了90%,在集中式中分了两种形式,第一是单机的集中式结构,是最简单的结构,还有并联的结构。这是目前逆变器集中式电站的解决方案。

荒漠电站:利用广阔平坦的荒漠地面资源开发的光伏电站。该类型电站规模大,一般大于5MW,目前单个50MW以上规模的电站已十分常见;电站逆变输出经过升压后直接馈入110KV、330KV或者更高电压等级的高压输电网;所处环境地势平坦,光伏组件朝向一致,无遮挡。该类电站是我国光伏电站的主力,主要集中在西部地区。

从系统端着眼,兼具降本与增效的1500V系统逐渐成为大型地面电站的主流方案,尤其是新兴市场,印度、中东非、拉美市场已全面切换至1500V系统。相比1100V,1500V系统以更高的电压、更长的组串长度,大幅减少设备成本、线缆成本及施工成本,系统BOS成本每瓦至少降低5分。全球低电价及无补贴光伏项目均采用1500V方案设计。据IHS统计,全球2018年大型地面场景1500V发货量已经超越62%。

再讲一下光伏逆变器的技术进步的趋势,首先是单机的功率越来越大,效率越来越高,集中式逆变器从100千瓦、500千瓦,发展到1.5兆瓦和2.5兆瓦,效率可以做到99%。组串式逆变器从10千瓦发展到60千瓦,而且组串式逆变器可能做到超过99%的效率。微型从250瓦发展到1000瓦。

山丘电站:利用山地、丘陵等资源开发的光伏电站。该类电站规模大小不一,从几MW到上百MW不等;发电以并入高压输电网为主;受地形影响,多有组件朝向不一致或早晚遮挡问题。这类电站主要应用于山区,矿山以及大量不能种植的荒地。

从2011年开始,历经7年时间的概念期、新品期、验证期,2018年包括逆变器在内的1500V设备已大规模发货,成为大型地面电站迈过平价的首选方案。

逆变器的输入输出电压越来越高,做到更大的功率等级,现在已经提升到1500伏。体积由原来的2.4、2.15米,现在做的逆变器就是1.2米的宽度。在逆变器的结构,组串式逆变器多采用三电平拓扑结构,目前这个单机可以做到60千瓦。集中式逆变器采用模块化并联,目前还有部分厂家采用5电平的拓扑结构。一体化机房应用得非常普遍,60%—70%都是用的这种集中式的一体化机房。

屋顶电站:利用厂房、公共建筑、住宅等屋顶资源开发的光伏电站。该类型电站规模受有效屋顶面积限制,装机规模一般在几千瓦到几十兆瓦;电站发电鼓励就地消纳,直接馈入低压配电网或35KV及以下中高压电网;组件朝向、倾角及阴影遮挡情况多样化。该类电站是当前分布式光伏应用的主要形式,主要集中在我国中东部和南方地区。

趋势三:双面+跟踪+组串逆变器

讲一下500千瓦三点平模块化并联型光伏逆变器,我们有两种工作模式,一是公共直用母线,一个模块统一控制,我的模块可以根据功率的大小进行启动和关闭,在功率比较小的情况下可以使用一路或者是二路,这种比较适合大型的集中式的电站。刚才讲的组件朝向不一致,我们采用独立自用母线模式,这样的话是提高整个系统的发电效率,取决于目前的电站是采用什么环境。这是三电平,如果是集中母线的话,有一个智能机器,通过单能模块的大小优先启动发电量最小的模块,保证整个周期的可控性。我们目前在做了一个电站的数据对比,还有10兆瓦的模块化的机器,实际发电量大概是高2.79%。为什么?它的措施主要是模块化并联的逆变器功率更低,发电时间是更长的,而且使每个模块尽可能工作在最大的效率期间,降低逆变器的损耗。而且三电平的拓扑采用更好的更高的频率,减少逆变器的体积,确保全功率段的需求。

二、逆变器分类及特点

随着双面组件、跟踪支架系统的普及与应用,与之匹配的双面逆变器升级成为必然。双面跟踪智能逆变器一手降低组串失配损失,一手融合跟踪支架控制、供电、通讯管理,可大幅度提高系统发电量。

更高可靠性和更易维护,这个模块化,任意模块坏了不影响使用,这全部是全维护的模式,如果哪个模块出现问题,把这个模块一换就可以了,解决维修时间过长的弊端。一般维护时间不少于20分钟,在一级的电站中配备合适的配建,可以减少因逆变器而损失的发电量。

光伏逆变器根据其功率等级、内部电路结构及应用场合不同,一般可分为集中型逆变器、组串型逆变器和微型逆变器三种类型。

青海某光伏电站的实测数据显示,双面组件+跟踪系统+华为智能组串逆变器方案的发电量提升达20%以上。这一方案也成为国内第三批光伏领跑者基地项目的主流方案。

再讲一下创新解决方案和收益率,怎么样去提升客户的价值,这是目前一兆瓦光伏方阵布局及逆变器解决方案,汇流箱、逆变器,包括直流柜等,以及整个地基这一块,这是传统的逆变器。我们有什么优势,我们1兆瓦的逆变器,可以把直流变电柜全部集中在逆变器中,是信息采集和信息处理的中心,不改变方阵的任何布局,我们仅仅将2台500千瓦集中式逆变器更换为1MW模块化并联型逆变器。我们提出一个方案,我们提出单机2兆瓦的解决方案,采用两排一兆瓦的逆变器。这个情况之下,我们逆变器体积大小不变的情况下,把1兆瓦升级到2兆瓦,这是一个构造图,我们直流是一个方向,交流是一个方向。在这一块,我们对于它进行布局,第一个组件的边缘布局。它的逆变器占地面积不会增加的。

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趋势四:光储系统

因为它的系统发电量,基于目前的测算提高2.46%的规模,我们主要是在逆变器这一块提升,还有变压器,变压器的效率是提升的,但是在直流电缆这块的效率是降低的,可以增加9000多万的收入。如果说把它放在中间的话,我们在根据这样来,我们只比传统多500米的线,在这样的情况之下,发电量比原来提高2.8%,大概25年的经济效益有1.4个亿,系统成本降低,因为电缆少了,大概成本会减少。这是目前在欧美这边集中式发电的趋势,提高电站的收益率。

集中型逆变器:主要特点是单机功率大、最大功率跟踪数量少、每瓦成本低。目前国内的主流机型以500KW、630KW为主,欧洲及北美等地区主流机型单机功率800KW甚至更高,功率等级和集成度还在不断提高,德国SMA公司今年推出了单机功率2.5MW的逆变器。按照逆变器主电路结构,集中型逆变器又可以分为单机型和模组并联型。

储能对于光伏等新能源大规模并网的重要性不言而喻。尽管掣肘于成本因素,光储产业化仍处于示范效应及补贴驱动发展阶段,但市场化步伐正加速落地。而光储系统的应用,进一步驱动逆变器向电站能源管理中心演进。

最后讲一下特变电工在能源互联网这一块,目前谈智能光伏电站比较多,目前是传统通讯企业去倡导,前几年比较火的智能电网,特变电工投入了大量的去做,智能光伏电站只是智能电网的其中一个环节,我们会站在电网的角度怎么去做智能电站,包括在发电端、输电端和配电端如何去衔接,我们提供了通道,包括云计算的平台,包括电脑实时的模型的调动,我们特变电工都有这样的数据库,展现的形式也是比较类似,也是一个远程的监控平台,包括集中的控制,比传统仅仅做通讯的企业优势在这里。

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趋势五:分布式主动安全防护

我简单介绍一下特变电工,目前总资产是659亿,净资产是225亿,销售收入346亿,利润是30亿,目前分为输变电产业,新材料产业,能源产业,新能源产业。产品已经运往60个国家和地区,有3个国家工程实验室。

集中型逆变器是目前大部分中大型光伏电站的首选,在全球5MW以上的光伏电站中,其选用比例超过98%。

毫无疑问,光伏电站的一切价值均构建于“安全”之上。直流拉弧检测、组件快速关断和保护等技能加身的逆变器将光伏电站的安全防护由被动型向主动型演变。

这是特变电工逆变器近5的年销售量,我们是排列在第二的,技术这一块,包括团队,包括承担的课题,包括专利,目前在光伏逆变器行业是处于比较领先的地位。这是目前国内的项目已经突破了200个,这是我们目前国内主要的客户。非常感谢。

组串型逆变器:单机功率在3-60KW之间。主流机型单机功率30-40KW,单个或多个MPPT,一般为6-15KW一路MPPT。该类逆变器每瓦成本较高,主要应用于中小型电站,在全球1MW以下容量的电站中选用率超过50%。

趋势六:数字化、智能化,AI使能光伏行业

微型逆变器:单机功率在1KW以下,单MPPT,应用中多为0.25-1KW一路MPPT,其优点是可以对每块或几块电池板进行独立的MPPT控制,但该类逆变器每瓦成本很高。目前在北美地区10KW以下的家庭光伏电站中有较多应用。

光伏行业在高速发展过程中,传统的降本增效手段效果已接近极限,光伏行业的数字化转型成为大势所趋。未来光伏行业都将建立在数字化的基础上,随着大数据、云计算、物联网、移动互联等相关技术的不断发展实现管理可视化、运维高效化等要求。

几种逆变器的典型应用如图所示。

AI技术也将逐渐融入光伏,包括现在正在成功规模应用的智能IV技术。光伏系统将以逆变器为核心,数字化、智能化不断提升。在全面提升发电量、运维效率的同时,搭起未来综合能源服务的终极平台。

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综合来看,这六大演变无一不紧扣光伏行业降本增效与智能化升级的核心任务,由此拉动光伏度电成本LCOE快速下滑,加速实现平价上网。

光伏组件通过串联形成组串,多个组串之间并联形成方阵,集中型将一个方阵的所有组串直流侧接入1台或2台逆变器,MPPT数量相对较少;组串型将一路或几路组串接入到一台逆变器,一个方阵中有多路MPPT,微型逆变器则对每块电池板进行MPPT跟踪。当各组件由于阴影遮挡或朝向不一致时,则会出现串联和并联失配。组串型方案多路MPPT可以解决组串之间并联失配问题,微型逆变器既可以解决组串之间的并联失配,也可以解决组件之间的串联失配。因此,从技术方面看,几种逆变器的本质区别在于对组件失配问题的处理。

以逆变器为核心的设计选型,需要在光伏系统生命周期内寻找总发电量和总成本的平衡点,还要考虑电网接入,如故障穿越能力、电能质量、电网适应性等方面的要求。依据各种逆变器的特点,结合所应用的光伏电站实际情况,从电网友好、高投资回报、方便建设维护等方面进行科学合理的选用。

三、不同电站的逆变器选型指南

1、荒漠电站 —— 集中型优势明显

集中型逆变器有以下几方面的优势,是荒漠电站的首选。

更低的初始投资。根据对比分析,集中型方案较组串型逆变器方案在初投上每兆瓦节省投资约26万元。

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发电量与组串型持平:荒漠电站中集中型和组串型发电量基本持平,综合集中型在最高效率和过载能力等方面的优势,集中型发电量略高于组串型。少数电站出现的早晚前后排的遮挡,使用组串型无法克服,需要通过优化组件布局进行规避。

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运维更方便更经济。通过对比集中型和组串型主流机型方案在100MW电站的运维数据,发电量损失二者相当;由于组串型设备是整机维护,而集中型设备是器件维护,设备维护成本上,集中型优势非常明显。同时,在占地几千亩的百MW级大规模电站中,对完全分散布置的组串逆变器进行更换,维护人员花在路途上的时间将远高于进行设备更换的时间,这也是组串型的大型电站应用不利因素之一。

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集中型方案更加符合电网接入要求。高压输电网对并网的光伏发电在调度响应、故障穿越、限发、超发、平滑、谐波限制、功率变化率、紧急启停等方面都有严格要求。故障穿越是指电网出现短路、浪涌、缺相情况下,逆变器必须能够在625毫秒到几秒的时间内依然输出一定容量的有功和无功功率,确保电力系统继电保护能够正常动作,由于集中型逆变器在电站中台数少,单机功能强大,通讯控制简单,故障期间能够穿越故障的概率远大于组串逆变器。2013年6月中旬国网组织的实地低电压穿越检验,多个型号集中逆变器也不同程度出现脱网情况,设想如果有上千台小型逆变器在大型电站中运行,一旦电网出现故障,由于设备众多控制复杂,电网耦合、谐振概率陡增,组串型逆变器必然会出现大量脱网、甚至设备自身损坏的情况,危及电网安全运行。另外由于逆变器数量太多,无法确保30ms内响应无功调度指令的电网要求。

2、山丘电站 —— 多MPPT集中型方案为主,也可考虑组串型方案。

山丘电站可以看做地势并不平坦的荒漠电站,也是馈入输电网为主,规模多为5MW以上。在山丘电站项目中,通常一个坐标系下规划100多KW左右容量组件(如125KW的组件铺设成同一朝向),达到发电量和投资维护成本的最优比例。针对此应用开发的多MPPT模组模式的集中型逆变器,每路MPPT跟踪100多KW组件,将同一朝向组件的设计占地面积单位缩小到约1000平米,大大提升了施工便利性并有效解决朝向和遮挡问题,同时共交流母线输出,具备集中型逆变器电网友好性特点,是山丘电站的首选方案。

如果所选的山丘电站地形非常复杂,实现100多KW组件同一朝向铺设施工难度很大,可以考虑组串型逆变器作为补充。

3、屋顶电站 —— 推荐组串型,也可选用集中型方案

屋顶电站的设计相对较为复杂,受屋顶大小、布局、材质承重、以及阴影遮挡等影响,需要通过组件铺设和逆变器选型规划来实现收益最大化。同时组件安装在屋顶,需要考虑火灾防范等安全问题。接入配电网,直接靠近用户负荷,需要考虑用户用电安全性,电能质量符合要求,及与原有配电之间的继电保护协调等。接入用户配电网后,对用户的功率因数影响十分明显,逆变器除了输出有功外,还需要快速的根据光伏系统实时发电情况、用户实时负荷数据以及用户配电房原有的SVC、SVG投入情况综合计算以确定逆变器的实时无功输出容量。因此,屋顶光伏系统方案的选用需要在安全、电网友好、投资回报、维护等多个因素中寻求平衡点。

屋顶结构复杂,存在遮挡或朝向不一致,推荐选用组串型逆变器。屋顶结构复杂,为了简化设计,推荐使用组串型逆变器,并且根据实际屋顶和并网点的位置及并网点电压等级,选择逆变器。组串型逆变器需要具备拉弧监测和关断能力,以有效防止火灾的发生,具备PID消除功能,具备高精度漏电流保护功能和孤岛保护功能等。

大型厂房,考虑到屋顶承重和维护便利性,可选用集中型方案。工业厂房屋顶平坦、规模大、阴影遮挡少、朝向简单、多为10KV中压配电网并网。考虑到大多厂房为彩钢屋顶,承重有限无法安装组串型逆变器,以及日常维护便利、不影响正常生产运行等实际情况,可选用集中型逆变器。

总结:逆变器作为组件和电网之间的桥梁,是光伏系统的核心部件。根据电站规模、以及不同的应用场合,选择合适的逆变器,对系统成本和发电量都大有益处。在规模大、地势平坦的荒漠、滩涂,适合选用集中型逆变器;在规模较大、地势起伏的山丘电站,适合选用多MPPT的集中型逆变器;在规模相对较小、布局多样化的屋顶电站,适合选用组串型逆变器。因地制宜,科学选择光伏电站逆变器,可以确保光伏电站在投资决策阶段少走弯路,在后期运行维护阶段更加可靠高效运行。 (严信 阳光电源股份有限公司)

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