国家电网对分布式光伏电站要求如下:单个并网点小于6MW,年自发自用电量大于50%;8kW以下可接入220V;8kW-400KW可接入380V;400kW-6MW可接入10kV。根据逆变器的特点,光伏电站逆变器选型方法:220V项目选用单相组串式逆变器,8kW-500kW选用三相组串式逆变器,500kW以上的项目,可以根据实际情况选用组串式逆变器和集中式逆变器。
1、逆变器方案对比:
集中式逆变器:功率在100kW到2500kW之间,随着电力电子技术的发展,组串式逆变器越做越大,现在500KW以下的集中式逆变器基本退本市场。功率器件采用大电流IGBT,系统拓扑结构采用DC-AC一级电力电子器件变换全桥逆变,后级一般接双工频升压隔离变压器,防护等级一般为IP20。体积较大,室内立式安装。
组串式逆变器:功率在1kW到80kW,小功率逆变器开关管一般采用小电流的MOSFET,中功率逆变器一般采用集成多个分立器件的功率模块,拓扑结构采用DC-DC-BOOST升压和DC-AC全桥逆变两级电力电子器件变换,防护等级一般为IP65。体积较小,可室外臂挂式安装。
2、系统主要器件对比:
集中式逆变器:光伏组件,直流电缆,汇流箱,直流电缆,直流汇流配电,直流电缆,逆变器,隔离变压器,交流配电,电网。
组串式逆变器:组件,直流电缆,逆变器,交流配电,电网。
3、主要优缺点和适应场合:
1、集中式逆变器一般用于荒漠电站,地面电站等大型发电系统中,系统总功率大,一般是兆瓦级以上。
主要优势有:
(1)逆变器数量少,可以集中安装,便于管理;
(2)逆变器元器件数量少,故障点少,可靠性高;
(3)谐波含量少,直流分量少,电能质量高;
(4)逆变器集成度高,功率密度大,成本低;
(5)逆变器各种保护功能齐全,电站安全性高;
(6)有功率因素调节功能和低电压穿越功能,电网调节性好。
主要缺点有:
(1)直流汇流箱故障率较高,影响整个系统。
(2)集中式逆变器MPPT电压范围窄,一般为500-820V,组件配置不灵活。在阴雨天,雾气多的部区,发电时间短。
(3)逆变器机房安装部署困难、需要专用的机房和设备。
(4)逆变器自身耗电以及机房通风散热耗电,系统维护相对复杂。
(5)集中式并网逆变系统中,组件方阵经过两次汇流到达逆变器,逆变器最大功率跟踪功能(MPPT)不能监控到每一路组件的运行情况,因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点,当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡,会影响整个系统的发电效率。
(6)集中式并网逆变系统中无冗余能力,如有发生故障停机,整个系统将停止发电。
2、组串式逆变器适用于中小型屋顶光伏发电系统,小型地面电站。
主要优势有:
(1)组串式逆变器采用模块化设计,每个光伏串对应一个逆变器,直流端具有最大功率跟踪功能,交流端并联并网,其优点是不受组串间模块差异,和阴影遮挡的影响,同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况,最大程度增加了发电量。
(2)组串式逆变器MPPT电压范围宽,一般为200-800V,组件配置更为灵活。在阴雨天,雾气多的部区,发电时间长。
(3)组串式并网逆变器的体积小、重量轻,搬运和安装都非常方便,不需要专业工具和设备,也不需要专门的配电室,在各种应用中都能够简化施工、减少占地,直流线路连接也不需要直流汇流箱和直流配电柜等。组串式还具有自耗电低、故障影响小、更换维护方便等优势。
主要缺点有:
(1)电子元器件较多,功率器件和信号电路在同一块板上,设计和制造的难度大,可靠性稍差。
(2)使用分立功率器件的逆变器电气间隙小,不适合高海拔地区,使用功率模块的逆变器不受影响。户外型安装,风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化。
(3)不带隔离变压器设计,电气安全性稍差,薄膜组件负极接地系统要外加隔离变压器,直流分量大,对电网影响大。
(4)多个逆变器并联时,总谐波高,单台逆变器THDI可以控制到2%以上,但如果超过100台逆变器并联时,总谐波会迭加,而且较难抑制。
(5)逆变器数量多,总故障率会升高,系统监控难度大。
(6)没有直流断路器和交流断路器,如果没有直流熔断器,当系统发生故障时,不容易断开。
4、1MW系统用组串式80KW逆变器和集中式500KW逆变器比较
| 比较项目 | 80KW组串式逆变器 | 500KW集中式逆变器 |
| 汇流箱 | 不需要汇流箱,直流输入细分到每一串 | 需要12台汇流箱集中汇流 |
| 直流布线 | 直流侧布线简单,分布式就地并网;直流电缆短,成本低, | 直流侧布线相对复杂且距离长,必要时需要置多级汇流,成本相对较高 |
| 交流布线 | 交流侧电缆连接距离长,每个逆变器需要一个交流断路器,可就地并网或交流汇流并网 | 交流侧到变压器距离很短,线损小,交流布线简单成本较低 |
| 输出电压 | 输出三相交流400V,可以直流低压并网,不需要隔离变压器 | 输出三相交流315V,并网需要加400V隔离变压器 |
| 防护等级 | 防护等级IP65,可以户外安装,可以在组件周边就近安装。 | 防护等级为IP20,室内安装,或者建造户外房 |
| 冷却方式 | 智能风冷 | 强制风冷,需要大流量风道 |
| 工作电压范围 | 宽范围MPPT电压,200-850V,在阴雨等低照度天气也能发电 | MPPT范围是500-820V,发电范围较窄, |
| 效率 | 最高效率99%,中国效率98.65% | 不带隔离变压器最高效率98.0%,综合效率97.5%,带隔离变压器最高效率97.0%,综合效率96.5%, |
| 电能质量 | 单台THD<3%,20台在一起总THD超过5%。没有隔离变压器,直流分量大, | 单台THD<3%,两台并联约为3%,加隔离变压器没有直流分量。 |
| 电网调节 | 具有低电压穿越,功率因素调整,电网故障录播, | 有低电压穿越功能,电网可以调节功率因素,有功和无功等功能较弱。 |
| MPPT路数 | 1台逆变器6路MPPT,1MW项目72路MPPT,在多角度的地方有优势 | 两路MPPT,在平坦无遮挡的地方发电量高 |
| 安全 | 没有直流断路器和交流断路器,安全性稍差 | 有直流断路器和交流断路器,能根据故障的不同情况用时断开,安全性好。 |
| 序号 | 项目 | 组串式逆变器 | 集中式逆变器 |
| 1 | 汇流箱 | 0元 | 12台16路汇流箱8万 |
| 2 | 逆变器 | 12台80KW逆变器,总价是21.6万。 | 2台500KW逆变器户外柜,直流配电,总价是15万。 |
| 3 | 直流电缆 | 约10万 | 约14万 |
| 4 | 交流电缆 | 约12万 | 约10万 |
| 5 | 升压变压器 | 双挠组变压器400V-10KV 1000KVA,18万 | 双变压器315V-10KV 1000KVA,20万 |
| 6 | 交流配电柜 | 25进1出 4万 | 2进2出 3万 |
| 7 | 安装费用 | 0.5元 | 0.6元 |
| 8 | 总费用 | 66.1万 | 70.6万 |
| 序号 | 系统容量 | 逆变器选择 | 说明 |
| 1 | 400KW以下 | 组串式逆变器 | 400KW以下系统,组串式逆变器和集中式逆变器成本相差不多,但组串式逆变器发电量要比5%到10%。 |
| 2 | 400KW到2MW | 组串式逆变器 | 400KW到2MW之间的系统,组串式逆变器比集中式逆变器成本高5%,但组串式逆变器发电量要比5%到10%。总收益组串式逆变器系统好。 |
| 3 | 2MW到20MW | 日照均匀的地面电站用集中式逆变器,屋顶用组串式。 | 根据实际安装场地选用。 |
| 4 | 20MW以上 | 集中式逆变器 | 集中式逆变器能适用电网的要求。 |