村級扶貧電站大部分地方選擇在荒地、山丘,地形復雜多變,所安裝的組件存在朝向不同和局部遮擋現象,組串式逆變器多路MPPT可在一定程度上減少失配帶來的發電量損失。針對復雜地形電站的特點,系統設計及組串式逆變器選型時需要重點關注以下幾個方面。
1、可靠性高,散熱能力強,智能中速風冷綜合能力最好
組串式逆變器散熱方式主要有強制風冷和自然冷卻兩種,通過組串式逆變器散熱能力對比實驗發現,50kW到80kW功率等級的組串式逆變器,強制風冷的散熱效果要優于自然冷卻散熱方式,逆變器內部電容、IGBT等關鍵部件溫升降低了20℃左右,可確保逆變器長壽命高效工作,而采用自然冷卻方式的逆變器溫升高,元器件壽命降低。同時通過對光伏電站現場運行調研發現,采用自然冷卻方式的組串式逆變器由于散熱效果差,高溫環境下出現降額運行,導致電站發電量損失,影響了投資方的收益。
強制風冷也有采用高速風扇和中速風扇兩種,采用高速風扇可以減少散熱器的體積和重量,但會增加噪聲,風扇壽命也比較短,采用中等調速風扇,散熱器稍微大一些,但是在低功率時,風扇不轉,在中功率時風扇低速運行,實際是逆變器滿功率運行時間不是很多,因此風扇的壽命可以很長。
2、根據不同的地形選擇不同的MPPT架構
結合實際,科學設計,根據不同的地形,組件遮擋情況,選擇不同MPPT架構的逆變器,降低電站采購成本和維護成本,提高經濟效益。
(1)平地無遮擋,光照條件好的地區,建議選擇單路MPPT,單級結構的逆變器,可以提高系統可靠性,降低系統成本;
(2)地形復雜山丘電站,如領跑者基地等大型電站,存在朝向不一致和局部遮擋的現象,且不同的山丘遮擋特性不一樣,帶來組件失配問題,不得不選擇多路MPPT,那么每路MPPT 2個組串輸入的逆變器會是較好的選擇,一個MPPT配置1到2路組串,即使某一路組件發生短路,總電流也不會超過15%,因此不需要配置熔斷器,無熔絲易損件。多路MPPT故障定位準確度高,維護更簡單。
3、電站的安全性與組件保護和檢測
在光伏系統運行過程中,由于組件的質量,外部環境影響或者安裝施工操作不當,會造成組件損傷,電路故障等問題,光伏電站一般安裝在荒郊野外,或者屋頂,自然環境惡劣,不可避免會遇到天災人禍,臺風,雪災,沙塵等自然災害會損壞設備,老鼠等小動物咬壞設備,電纜也有可難被小偷剪斷。電站的安全性非常重要。
組串監控功能,監控光伏輸入每一個組件的電壓和電流,在光伏系統運行過程中,由于組件的質量,外部環境影響或者安裝施工操作不當,會造成組件損傷,電路故障等問題。如果沒有組串監測功能,有些小問題前期檢測不到,最后造成大問題;有些問題需要專門人員去現場排查,時間長,發電量損失大。
直流電弧檢測功能,火災是光伏電站經濟效益損失最大的事故,如果是安裝在廠房或者民居屋頂上,還很容易危及人身安全。光伏電站一旦發生火災,不能直接用水來滅火,首先要以最快的速度切斷電源,光伏電站中的火災事故因素很多,直流拉弧是主要的原因。古瑞瓦特公司推出一種電路保護裝置AFCI,其主要作用是防止故障電弧引起火災。它有檢測并區別逆變器在啟停或開關時產生的正常電弧和故障電弧的能力,發現故障電弧后及時切斷電路。
組件PID修復功能:PID直接危害就是大量電荷聚集在電池片表面,造成電池片表面鈍化,使得組件功率衰減,發電量減少,太陽能發電站的電站收益降低。通過在逆變器中集成PID防護模塊,可以有效的避免組件發生PID現象,減少電站發電量損失。同時,PID模塊具有修復功能,可以對已發生PID問題的組件進行修復,使組件各項指標參數恢復正常。
組件IV曲線掃描功能:逆變器集成組件IV曲線在線掃描功能,在一定光照條件下,通過不斷改變逆變器直流電壓,得到一組輸出電流曲線,來判斷組件是否正常,可以快速發現并定位發電異常組串,最大化提升系統收益。
4、采用先進的技術和器件提高逆變器的性能和效率
功率模塊IGBT比分立器件功率MOSFET更可靠:
功率開關器件是逆變器最核心的器件之一,承擔電流的轉換工作,長時間工作在高溫,高電壓,大電流狀態,是逆變器最容易出故障的器件,每一個功率器件就是一個故障點。光伏逆變器中的功率開關器件主要是指分立器件功率MOSFET和功率模塊IGBT。早期的中功率組串式逆變器,一般采取分立器件,由于功率MOSFET電流都比較少,一般都采取多個器件并聯的方式。采用分立器件來設計,需要60多個,這么多開關器件堆在一起,會產生一系列的問題。如均流,電磁干擾等等。
大家都知道,功率開關管的失效模式是過壓,過溫,過流。分立元器件由于器件多,元器件之間距離比較遠,所以電路雜散電感大,造成工作時尖峰電壓高,元器件容易出現過壓損壞;多個元器件并聯,阻抗不一致,每一個元器件電流就不一樣,阻抗低的元器件電流大,很容易過流;分立器件單端固定,接觸面積小,散熱很難保持一致,很容易過溫。
(1)減少功率器件的個數,50KW采用功率器件來設計只要5個,數量比同規格的集中式逆變器還少,而采用分立器件來設計,前級升壓需要15個,后級三電平逆變需要48個。整體面積縮小30%以上,可以提高整機功率密度。
(2)單個功率模塊的安裝面積比分立元器件散熱面積大,在安裝上也有很多優勢,雙端緊固,一體化專用夾具,相對于分立器件單端固定,接觸面積更大,應力更小,可靠性更好。功率模塊內部集成一個溫度感應器,測量精度高,能更準確地檢測器件結溫,有利于過熱保護。
(3)IGBT和母線電容連接導線會產生雜散電感,在IGBT關斷的過程中,由于電流快速變化,在IGBT上產生電壓尖峰,會造成嚴重的電磁干擾,增大器件電壓應力。寄生電感會隨著電流的增加、連接導線尺寸增大、距離增長而增大。功率模塊結構緊湊,各功率開關器件之間連接線很短,可以減少電路中的雜散電感,提高逆變器的可靠性。
(4)相對于分立器件,功率模塊不足之處是單位面積熱耗大,整體散熱面積小,功率在50KW以上如果采用自然冷卻的方式散熱,在環境溫度高于40度時,會出現過熱保護。但采用強制風冷的方式散熱,就可以完全避免這個問題。
薄膜電容讓組串式逆變器不再有短板
逆變器作為電子產品,電容是最基本的元器件,直流母線支撐電容主要作用是儲能和濾波,要承受很高的脈沖電流和脈沖電壓,是逆變器壽命最短的器件之一,直流母線電容現在有鋁電解電容和薄膜電容兩種,各有優勢,電解電容的主要優勢是單體容量大,價格低,薄膜電容優勢是單體電壓高,還有以下優勢:
電解電容的壽命一般是2000~3000小時,長壽命的有5000~6000小時,并且容易發生漏液;薄膜電容壽命一般是100000小時以上。而且薄膜電容還具有自愈效應,電容內部微小部分產生短路時,短路產生的能量會融熔和蒸發損壞的電極,從而使該短路點再次處于絕緣狀態。
電解電容耐壓值一般為500-550V,薄膜電容耐壓值一般為1000-1300V,薄膜電容能承受2倍于額定電壓的浪涌電壓的沖擊,能長期承受反向脈沖電壓。
1、可靠性高,散熱能力強,智能中速風冷綜合能力最好
組串式逆變器散熱方式主要有強制風冷和自然冷卻兩種,通過組串式逆變器散熱能力對比實驗發現,50kW到80kW功率等級的組串式逆變器,強制風冷的散熱效果要優于自然冷卻散熱方式,逆變器內部電容、IGBT等關鍵部件溫升降低了20℃左右,可確保逆變器長壽命高效工作,而采用自然冷卻方式的逆變器溫升高,元器件壽命降低。同時通過對光伏電站現場運行調研發現,采用自然冷卻方式的組串式逆變器由于散熱效果差,高溫環境下出現降額運行,導致電站發電量損失,影響了投資方的收益。
強制風冷也有采用高速風扇和中速風扇兩種,采用高速風扇可以減少散熱器的體積和重量,但會增加噪聲,風扇壽命也比較短,采用中等調速風扇,散熱器稍微大一些,但是在低功率時,風扇不轉,在中功率時風扇低速運行,實際是逆變器滿功率運行時間不是很多,因此風扇的壽命可以很長。
2、根據不同的地形選擇不同的MPPT架構
結合實際,科學設計,根據不同的地形,組件遮擋情況,選擇不同MPPT架構的逆變器,降低電站采購成本和維護成本,提高經濟效益。
(1)平地無遮擋,光照條件好的地區,建議選擇單路MPPT,單級結構的逆變器,可以提高系統可靠性,降低系統成本;
(2)地形復雜山丘電站,如領跑者基地等大型電站,存在朝向不一致和局部遮擋的現象,且不同的山丘遮擋特性不一樣,帶來組件失配問題,不得不選擇多路MPPT,那么每路MPPT 2個組串輸入的逆變器會是較好的選擇,一個MPPT配置1到2路組串,即使某一路組件發生短路,總電流也不會超過15%,因此不需要配置熔斷器,無熔絲易損件。多路MPPT故障定位準確度高,維護更簡單。
3、電站的安全性與組件保護和檢測
在光伏系統運行過程中,由于組件的質量,外部環境影響或者安裝施工操作不當,會造成組件損傷,電路故障等問題,光伏電站一般安裝在荒郊野外,或者屋頂,自然環境惡劣,不可避免會遇到天災人禍,臺風,雪災,沙塵等自然災害會損壞設備,老鼠等小動物咬壞設備,電纜也有可難被小偷剪斷。電站的安全性非常重要。
組串監控功能,監控光伏輸入每一個組件的電壓和電流,在光伏系統運行過程中,由于組件的質量,外部環境影響或者安裝施工操作不當,會造成組件損傷,電路故障等問題。如果沒有組串監測功能,有些小問題前期檢測不到,最后造成大問題;有些問題需要專門人員去現場排查,時間長,發電量損失大。
直流電弧檢測功能,火災是光伏電站經濟效益損失最大的事故,如果是安裝在廠房或者民居屋頂上,還很容易危及人身安全。光伏電站一旦發生火災,不能直接用水來滅火,首先要以最快的速度切斷電源,光伏電站中的火災事故因素很多,直流拉弧是主要的原因。古瑞瓦特公司推出一種電路保護裝置AFCI,其主要作用是防止故障電弧引起火災。它有檢測并區別逆變器在啟停或開關時產生的正常電弧和故障電弧的能力,發現故障電弧后及時切斷電路。
組件PID修復功能:PID直接危害就是大量電荷聚集在電池片表面,造成電池片表面鈍化,使得組件功率衰減,發電量減少,太陽能發電站的電站收益降低。通過在逆變器中集成PID防護模塊,可以有效的避免組件發生PID現象,減少電站發電量損失。同時,PID模塊具有修復功能,可以對已發生PID問題的組件進行修復,使組件各項指標參數恢復正常。
組件IV曲線掃描功能:逆變器集成組件IV曲線在線掃描功能,在一定光照條件下,通過不斷改變逆變器直流電壓,得到一組輸出電流曲線,來判斷組件是否正常,可以快速發現并定位發電異常組串,最大化提升系統收益。
4、采用先進的技術和器件提高逆變器的性能和效率
功率模塊IGBT比分立器件功率MOSFET更可靠:
功率開關器件是逆變器最核心的器件之一,承擔電流的轉換工作,長時間工作在高溫,高電壓,大電流狀態,是逆變器最容易出故障的器件,每一個功率器件就是一個故障點。光伏逆變器中的功率開關器件主要是指分立器件功率MOSFET和功率模塊IGBT。早期的中功率組串式逆變器,一般采取分立器件,由于功率MOSFET電流都比較少,一般都采取多個器件并聯的方式。采用分立器件來設計,需要60多個,這么多開關器件堆在一起,會產生一系列的問題。如均流,電磁干擾等等。
大家都知道,功率開關管的失效模式是過壓,過溫,過流。分立元器件由于器件多,元器件之間距離比較遠,所以電路雜散電感大,造成工作時尖峰電壓高,元器件容易出現過壓損壞;多個元器件并聯,阻抗不一致,每一個元器件電流就不一樣,阻抗低的元器件電流大,很容易過流;分立器件單端固定,接觸面積小,散熱很難保持一致,很容易過溫。
(1)減少功率器件的個數,50KW采用功率器件來設計只要5個,數量比同規格的集中式逆變器還少,而采用分立器件來設計,前級升壓需要15個,后級三電平逆變需要48個。整體面積縮小30%以上,可以提高整機功率密度。
(2)單個功率模塊的安裝面積比分立元器件散熱面積大,在安裝上也有很多優勢,雙端緊固,一體化專用夾具,相對于分立器件單端固定,接觸面積更大,應力更小,可靠性更好。功率模塊內部集成一個溫度感應器,測量精度高,能更準確地檢測器件結溫,有利于過熱保護。
(3)IGBT和母線電容連接導線會產生雜散電感,在IGBT關斷的過程中,由于電流快速變化,在IGBT上產生電壓尖峰,會造成嚴重的電磁干擾,增大器件電壓應力。寄生電感會隨著電流的增加、連接導線尺寸增大、距離增長而增大。功率模塊結構緊湊,各功率開關器件之間連接線很短,可以減少電路中的雜散電感,提高逆變器的可靠性。
(4)相對于分立器件,功率模塊不足之處是單位面積熱耗大,整體散熱面積小,功率在50KW以上如果采用自然冷卻的方式散熱,在環境溫度高于40度時,會出現過熱保護。但采用強制風冷的方式散熱,就可以完全避免這個問題。
薄膜電容讓組串式逆變器不再有短板
逆變器作為電子產品,電容是最基本的元器件,直流母線支撐電容主要作用是儲能和濾波,要承受很高的脈沖電流和脈沖電壓,是逆變器壽命最短的器件之一,直流母線電容現在有鋁電解電容和薄膜電容兩種,各有優勢,電解電容的主要優勢是單體容量大,價格低,薄膜電容優勢是單體電壓高,還有以下優勢:
電解電容的壽命一般是2000~3000小時,長壽命的有5000~6000小時,并且容易發生漏液;薄膜電容壽命一般是100000小時以上。而且薄膜電容還具有自愈效應,電容內部微小部分產生短路時,短路產生的能量會融熔和蒸發損壞的電極,從而使該短路點再次處于絕緣狀態。
電解電容耐壓值一般為500-550V,薄膜電容耐壓值一般為1000-1300V,薄膜電容能承受2倍于額定電壓的浪涌電壓的沖擊,能長期承受反向脈沖電壓。