2021年于中國的分布式光伏市場而言，是濃墨重彩的一年。這一年，在整縣推進(jìn)政策的加持下，疊加限電、能耗雙控等社會環(huán)境，已經(jīng)培育良久的分布式光伏市場再次迎來了高光時刻。無論是社會對于分布式光伏的認(rèn)知，還是投資企業(yè)的趨之若鶩，分布式光伏以其靈活的應(yīng)用場景、就地消納等優(yōu)勢在這一年幾乎與大型地面電站平分秋色。
隨著分布式光伏的快速上量，安全性是目前亟需關(guān)注的一個關(guān)鍵問題。眾所周知，分布式光伏電站一般建設(shè)在人口或者工廠密集地區(qū)，一旦發(fā)生問題將帶來不可估量的生命財產(chǎn)損失?；馂?zāi)、暴風(fēng)等帶來的分布式光伏安全事故也在過去幾年中頻繁發(fā)生。
2021年11月，為了規(guī)范分布式光伏發(fā)電安全事項，國家能源局發(fā)布了關(guān)于公開征求對《關(guān)于加強(qiáng)分布式光伏發(fā)電安全工作的通知(征求意見稿)》意見的公告。其中，在“項目設(shè)計管理”相關(guān)章節(jié)中明確要求：安裝電弧故障斷路器或采用具有相應(yīng)功能的組件，實現(xiàn)電弧智能檢測和快速切斷功能;光伏組件應(yīng)具有安全關(guān)斷保護(hù)功能，保證逆變器關(guān)機(jī)，交流斷電后，系統(tǒng)子陣外直流電壓低于安全電壓。公告對于分布式光伏安全性的提高給出了大方向的指引，也對光伏電站中存在的“直流高壓”等問題提出了具體性的解決引導(dǎo)措施。其核心訴求就兩個點“安全低壓”和“安全關(guān)斷”。
分布式光伏的安全性要求也對整個系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)。對于分布式光伏電站系統(tǒng)來說，微型逆變器顯然更具備應(yīng)用的先天優(yōu)勢。
系統(tǒng)安全的“守護(hù)者”
眾所周知，光伏逆變器是連接光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)，確保長期可靠運行和提升項目投資回報的關(guān)鍵設(shè)備，同時逆變器還要負(fù)責(zé)整個光伏系統(tǒng)的智能化控制。與目前市場主流逆變器不同的是，微型逆變器最核心的技術(shù)就是對單塊光伏組件進(jìn)行逆變，整個微逆系統(tǒng)沒有直流高壓存在。而傳統(tǒng)逆變器在工作時是存在直流高壓的，需要額外添加設(shè)備才能進(jìn)行關(guān)斷，并且微型逆變器能夠做到組件級別的最大化功率追蹤(組件級MPPT)。區(qū)別于傳統(tǒng)逆變器，微逆更多的是集合了微電子和芯片技術(shù)，功率器件也更偏向于小功率，所以從本質(zhì)上來看微逆更適合分布式，特別是工商業(yè)和戶用光伏系統(tǒng)。
多年來專注于微逆產(chǎn)品的昱能科技資深技術(shù)總監(jiān)崔利廣介紹到，在傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)中，每塊組件電壓只有約為40V，但是20-30塊組件串聯(lián)到一起后，整個光伏系統(tǒng)的直流電壓就會達(dá)到1000伏，而直流高壓容易引起電弧，從而引發(fā)火災(zāi)風(fēng)險。同時，在光伏電站進(jìn)行日常維護(hù)或者發(fā)生火災(zāi)的時候，由于直流高壓的存在，也會給運維及消防人員帶來電擊危險，對人身安全有極大威脅。而微型逆變器為全并聯(lián)電路設(shè)計，光伏組件之間不再有電壓疊加，直流電壓小于60伏，從而可以徹底解決由于直流高壓引起的“拉弧火災(zāi)風(fēng)險”和“電擊危險”。
事實上，在分布式光伏系統(tǒng)安全方面，發(fā)展較早且市場更為成熟的國外市場標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。比如美國在2017版的NEC690.12中，對此快速關(guān)斷做了嚴(yán)格的要求——以距離到光伏矩陣305mm為界限，在快速關(guān)斷裝置啟動后30S內(nèi)，界限范圍外電壓降低到30V以下，界線范圍內(nèi)電壓降低到80V以下，也就是要求實現(xiàn)“組件級關(guān)斷”。由此，微型逆變器產(chǎn)品在美國分布式市場份額迅速增長。
此次國內(nèi)分布式光伏發(fā)電安全政策尚處于征求意見階段，正式文件暫未出臺。但從長遠(yuǎn)來看，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)安全問題已然成為行業(yè)未來進(jìn)入規(guī)范發(fā)展的關(guān)鍵，從而將對分布式光伏設(shè)備選型帶來改變，微逆無疑在“出身”上占據(jù)了優(yōu)勢。
另一方面，隨著整縣推進(jìn)政策的落地實施，進(jìn)一步推動了央企國企進(jìn)入分布式光伏投資領(lǐng)域，而國有企業(yè)對于安全標(biāo)準(zhǔn)的要求要遠(yuǎn)高于市場平均水平。崔利廣介紹到，“在政策的推動下，不少投資企業(yè)開始主動聯(lián)系我們采購微逆，特別是在工廠、學(xué)校、醫(yī)院這些高安全需求場景的應(yīng)用。此外，各地綠色建筑政策將加快BIPV的推廣，由于BIPV將組件安裝在建筑物表面，與人體的距離更近，微逆的安全優(yōu)勢將更加明顯。”
此次發(fā)電安全政策還沒有具體的細(xì)化，最終落地的版本將對各種最優(yōu)選技術(shù)路徑帶來較大變化。從短期看，將使不具備AFCI(電弧故障斷路器)、組串級關(guān)斷功能的企業(yè)被淘汰;長期看，有望出臺類似美國NEC2017的規(guī)定，強(qiáng)制使用組件級關(guān)斷以保障分布式光伏的安全性，來規(guī)范整個行業(yè)的健康發(fā)展。
與市場對逆變器的一般認(rèn)知不同，微型逆變器是一個國內(nèi)尚未大規(guī)模普及，但海外認(rèn)可度高的細(xì)分領(lǐng)域，國產(chǎn)微逆產(chǎn)品目前還是“墻內(nèi)開花墻外香”的現(xiàn)狀，但隨著國內(nèi)對于光伏行業(yè)安全性、智能運維、高效發(fā)電等要求提升，微型逆變器在國內(nèi)的市場滲透率將進(jìn)一步提高。
從系統(tǒng)角度看微逆
隨著光伏行業(yè)進(jìn)入全面平價上網(wǎng)時代，系統(tǒng)成本是光伏電站投資的關(guān)注重點。而微型逆變器之所以在國內(nèi)遲遲無法放量最主要的原因在于成本問題。但是崔利廣認(rèn)為，在計算光伏系統(tǒng)成本時，不能僅考慮到建設(shè)系統(tǒng)的前期固定投入成本，還要考慮系統(tǒng)生命周期內(nèi)設(shè)備更換費用以及運維支出。
“在設(shè)備更換費用方面，一般光伏系統(tǒng)中組件質(zhì)保為25年，而大多傳統(tǒng)組串逆變器標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)保僅5年，所以在電站生命周期內(nèi)常常需要更換2-3次逆變器。使用傳統(tǒng)組串逆變器，雖然前期投入成本較低，然而加上后期的設(shè)備更換費用后，整體投入大幅增加。而微型逆變器一般標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)保都在10年，還可選擇延保至25年，覆蓋組件的全生命周期，這一下就可以把微逆的投入成本和組串逆變器拉平”，崔利廣解釋道。
除了設(shè)備更換費用之外，微逆在光伏電站生命周期內(nèi)的優(yōu)勢還體現(xiàn)在運維支出上。一般來說，分布式光伏項目布局分散，尤其是戶用光伏，具有小而微、雜而亂的特點，這更加考驗企業(yè)整體管理和運維能力。而當(dāng)光伏系統(tǒng)需要運維時，一般是組件端或者是逆變器出現(xiàn)故障兩種情況。
“在傳統(tǒng)運維時，面對組件端故障需要專業(yè)人士做組串抽檢，再進(jìn)行維修整改，這種方式周期長、效率低，檢測不充分。面對逆變器故障時需要斷電后維修，造成整個系統(tǒng)停機(jī)，影響系統(tǒng)整體收益”，崔利廣進(jìn)一步補(bǔ)充道，“而在微型逆變器的光伏系統(tǒng)中，運維面對上述兩種問題就非常便捷，相比傳統(tǒng)逆變器，微逆自帶組件級監(jiān)控，能夠?qū)崟r檢測到每塊組件的電壓、電流、功率、等發(fā)電狀態(tài)信息，運維時直接精準(zhǔn)定位到故障組件和問題類型。如果需要更換單塊組件或者微逆，也只會影響單片組件的發(fā)電功率，不會讓整個系統(tǒng)停機(jī)，而且因為微逆是安全低壓的，不需要專門的電工執(zhí)業(yè)人員，普通老百姓就可以換新，方便操作的同時也節(jié)省了運維時間，從而大大提高了整個電站的可靠性以及系統(tǒng)可用性。”
微逆對于系統(tǒng)的貢獻(xiàn)并不僅限于此，在整縣推進(jìn)下，分布式光伏的應(yīng)用場景日益豐富，但同時也將面臨更多需要解決的問題，例如建筑、樹木的遮擋以及而不同朝向組件對于整體效率的影響。傳統(tǒng)逆變器的光伏系統(tǒng)中，一塊或者部分組件的發(fā)電效率變低，會連帶整個系統(tǒng)的發(fā)電受影響，也就是所謂的“短板效應(yīng)”。而微型逆變器交流系統(tǒng)的并聯(lián)電路設(shè)計，則可以減少甚至徹底消除“短板效應(yīng)”，從而解決了組件功率衰減、遮擋、朝向和角度不同而造成的失配問題，大大提高了發(fā)電量，總體能多產(chǎn)生5%~25%的發(fā)電量，尤其適用于城市別墅和新農(nóng)村等戶用光伏的應(yīng)用。
通過昱能科技提供的一組數(shù)據(jù)可以看到，該系統(tǒng)某天在上午10:30~12:00之間，下午15:30~17:00之間，每塊組件的發(fā)電量都有所不同，甚至在上午屋頂最西面的組件已經(jīng)近乎滿功率輸出時，最東面的組件才剛剛啟動僅有十幾W的功率輸出。根據(jù)后臺發(fā)電數(shù)據(jù)顯示，在上午10:30~12:00之間，系統(tǒng)發(fā)電量約為8度;若該系統(tǒng)采用傳組串式逆變器，那么組件的發(fā)電功率將受到整串中輸出最小的一塊組件的限制，該段時間的發(fā)電量約為0.375度。采用微逆的發(fā)電量是采用組串的發(fā)電量的20余倍。系統(tǒng)當(dāng)天發(fā)電為30.19度，那么采用微逆比組串逆變器發(fā)電量高25.4%。
此外，在系統(tǒng)匹配方面，面對大功率組件不斷普及的行業(yè)趨勢，崔利廣表示這對微逆企業(yè)來說是“躺贏”。“微逆本身就是組件級產(chǎn)品，單塊組件功率越大，微逆的單瓦投資成本就越低。由昱能科技自主研發(fā)的微逆DS3系列產(chǎn)品就是采用了全新的直流升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最高輸出功率達(dá)2000W，QT2系列產(chǎn)品，最高輸出功率達(dá)到了3600W，全球首創(chuàng)，最大直流輸入電流達(dá)20A，可完全滿足182mm、210mm大功率組件對于逆變器電流的要求，通過滿足低電壓、大電流的要求，充分發(fā)揮大功率組件的發(fā)電增益和成本優(yōu)勢。”
好風(fēng)憑借力，揚帆正當(dāng)時。2022對于國內(nèi)分布式光伏來說是充滿期望的年份，從微型逆變器廠商角度而言，分布式裝機(jī)占比持續(xù)提高，組件級關(guān)斷市場迎來增長，諸多利好因素都在催化著國內(nèi)微逆市場的成熟。面對發(fā)展空間廣闊的星辰大海，微逆行業(yè)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，征程漫漫，行業(yè)仍然任重道遠(yuǎn)。
原標(biāo)題：站在分布式風(fēng)口上：微逆能否順勢而上？
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