组串式逆变器功率趋势探讨
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光伏并网逆变器，从2009年开始，技术发展日新月异：首先，效率越来越高，最高效率从96%到99%以上;其次，价格越来越低，组串式逆变器从单瓦2元下降到2角，这其中的一个原因是逆变器功率越来越大，逆变器的成本将越来越低。 2013年前，20kW的组串式逆变器已是大功率，2014年开始出现28kW，2015年达到40kW，以后每年以10kW的速度递增，2017年开始进入1500V系统，逆变器也突破100kW，到2019年，更是突破200kW，组串式逆变器最大输出功率到达225kW。光伏行业的人或许在想，组串式逆变器的功率会不会这样一直越做越大，有没有一个极限?
光伏发电行业每一次成功的变革，都有一个清晰的主线逻辑，那就是成本下降效率提升，带动发电度电成本快速下降。从系统上考虑，逆变器单机功率越大，交流电缆和配电柜的成本就越低，所以逆变器的单机功率有上升的需求，但是逆变器的功率还是受到内因和外因的限制，内因是功率器件能否支持，逆变器的散热等技术问题能否解决，外因是逆变器单机功率越大，组件的分布范围就越大，直流电缆的距离越远，线损越大，所以单台逆变器覆盖的组件范围应该有限制，逆变器的单机最大功率也取决于单块组件的功率。组串式逆变器最大功率受到功率器件，线路布置，组件功率的限制。 1 功率器件的限制 功率器件是逆变器最核心的器件，工作时都在高电流电压状态下，容易失效。30kW以下的逆变器，一般都是用分立器件(单管)来设计，随着逆变器功率的增大，而功率器件受到散热的限制，电流不会一直增加下去，是有限的。因此大功率逆变器采用多个器件并联，以增加电流，采用多电平技术，降低单个器件的电压，减少损耗，这样可以让逆变器的功率增大，但同时也带来一个问题，那就是功率器件增多，加大了管理难度，所以大功率逆变器一般采用集成多个分立器件的功率模块来设计。 目前主流的组串式逆变器大都采用TNPC、NPC、ANPC 3种典型的三电平中点钳位拓扑。各有其特点，NPC经典稳定，TNPC 实现低开关损耗，而 ANPC 则具备低寄生电感的优势。1500V的功率模块，普通采用含1200V和950V IGBT芯片。针对 DC-DC 升压模块，1个MPPT 通道可支持最大约 25A 光伏组串输入(2 个组串并联)，各模块都有不同的 MPPT 数、IGBT 额定电流、SiC 二极管额定值，应根据应用所需的 MPPT 数和每路 MPPT 的功率选用适当的模块和模块数。 按照目前的软件控制和工艺设计水平，前级的升压可以做到同时控制5个升压模块，这样最多可以有15路MPPT，光伏最多有30个组串输入。大型电站一般使用72片以上的大组件，1100V系统每路接18块，最多可以接入540块组件，如果是60片的小组件，1500V系统每路接28块，最多可以接入840块组件。
2 组串数量的限制 从操作可行性上讲，一台逆变器可以接很多组件。但是实际应用，要考虑光伏电缆的长度、直流电缆的损耗。目前光伏直流电缆标配是线径为4mm的光伏电缆，在环境温度40度时，内阻约为5欧姆/千米。光伏直流损耗一般要求小于2%，包括光伏连接器的损耗和电缆的损耗，在1100V系统中，如果组串电压是680V，要求直流电压损耗不超过13.5V，1500V系统;如果组串电压1080V，要求直流电压损耗不超过21.6V，如组串最大电流为9A，1100V系统直流内阻要求不超过1.5欧姆，1500V系统直流内阻要求不超过2.4欧姆。 光伏连接器选择和压接很重要，目前质量可靠，压接工艺很好的一对接头，初始内阻约为0.005-0.01欧姆，运行时间越久，内阻越大，大部分接头会稳定在0.012欧姆左右，1100V系统如果接18块组件，有20对光伏连接器，60个接触点，总内阻约0.7欧，1000V系统如果接28块组件，有32对光伏接头，96个接触点总内阻约1.1欧姆。计算后，1100V系统电缆最大压降约为0.8欧姆，直流电缆的长度不能超过160米，算上正负两极，最远端的组件离逆变器的距离不超过80米，如果组件阵列组成一个正方形，逆变器放在正中间，组件数量最多可以达600块;1500V系统电缆最大压降约为1.3欧姆，直流电缆的长度不能超过300米，算上正负两极，最远端的组件离逆变器的距离不超过150米，如果组件阵列组成一个正方形，逆变器放在正中间，组件数量最多可以达1000块。 总结 综上所述， 1100V系统，最多可接入540块组件，如果接入主流400W组件，则光伏逆变器最大功率可以达到216kW;如果以后主流组件达到500W，则逆变器最大功率可以达到270kW。1500V系统，最多可接入的是840块组件，如果接入主流400W组件，则逆变器最大功率可以达到336kW，如果以后主流组件达到500W，则逆变器最大功率可以达到420kW。 |
