光伏电站组串式逆变器集中化布局方案探讨

作为一个朝气蓬勃的年（cai）轻（niao）光伏电站系统方案设计师，你是否会遇到这些烦恼？
　　光伏逆变器的选择要考虑哪些因素？
　　怎样的布局才能减少发电损失？
　　哪里可以找到最新、最权威的方案参考？
　　看似都是细节，但对结构设计举足轻重。
　　如果自己一点点啃，可能需要花个几年时间累积经验教训，运气好的话，大概能研究个半精通出来。
　　今天，SMA 技术团队为您量身打造了一条快速通道——《光伏电站组串式逆变器集中化布局方案探讨》，将行业专业知识和项目经验高度提炼，为您一一呈现。众所周知，不同类型光伏电站使用不同功率的光伏逆变器，大型地面电站推荐使用集中式逆变器，目前主流集中式逆变器单机功率已达到3MW以上；而小型地面电站及工商业屋顶电站推荐使用组串式逆变器，50KW – 200KW 功率范围内的组串式逆变器都有较好的应用；而针对户用型光伏电站，因其一般规模较小，普遍采用25KW 以下的组串式逆变器。
　　其中，针对小型地面电站及工商业屋顶电站逆变器的布局，相比于将组串式逆变器分散放置于靠近组件端的传统分散式布局，SMA 经过大量的项目实践后认为，将组串式逆变器集中化架构的布局模式具有可以减少发电损失、通讯快速稳定、便于安装施工以及后期运维等优势：
　　减少发电损失
　　光伏电站组串式逆变器集中化布局方案探讨

　　① 组串式逆变器传统分散式架构

　　② SMA推荐的组串式逆变器集中化架构
　　如上图所示，组串式逆变器如采用传统的分散式架构布局，所用的直流线缆短，交流线缆长；如采用集中化架构布局，则直流线缆长，交流线缆短。而直流线缆损耗相比交流线缆损耗要少，采用集中化架构布局逆变器，总的线缆传输损耗要少。另一方面，为了降低LCOE（平准化发电成本），直流侧超配在如今的电站设计中运用的越来越普遍，从之前的超配10％，到超配20％，有些地区甚至超配到50％。超配比例越高，逆变器输出削峰的时间则越多，在部分光照强烈，超配比例高的光伏电站中，一天中有80％的光照时间逆变器都能够满功率输出。
　　
　　▲ 高超配比例下光伏逆变器输出功率削峰曲线（点击图片查看原图）
　　而逆变器集中化架构布局在超配削峰的环境下可以更好的补偿发电量损失。下面我们来对比看下集中化架构布局和分散式架构布局在超配下的发电量损失情况。如下图所示，左图为分散式架构的功率传输路径，右图为集中化架构的功率传输路径。对于电站业主来说，更重要的是电网连接点POC处的发电量，而不单纯是逆变器输出点的发电量。
　　
　　▲ 逆变器分散式架构和集中化架构功率传输比对图
　　让我们假设在分散式和集中化这两种架构下直流线损都是0．5％，交流线损都是1．5％（实际上分散式架构总线损会比集中式架构大）。在削峰时逆变器端保持100％功率输出，如采用分散式架构，最终在交流电网连接点POC得到的功率为98．5％，如采用集中化架构，经过直流功率传输后逆变器才进行削峰，最终在电网连接点POC得到的功率为99．5％。可见，采用集中化架构布局，最终的上网电量会更高。
　　更快的通讯
　　逆变器集中化架构布局，逆变器之间的通讯线缆可以更短，逆变器到数据采集器之间的通讯距离一般也可以做到在20～30m之内。SMA SUNNY HIGHPOWER PEAK3 逆变器采用以太网通讯，以太网现场通讯网速最高可达100Mbit／s，足够在1S内实现所有电站控制。
　　
　　▲ 集中化架构为电站更好的提供鲁棒性控制
　　而对于采用PLC通讯的组串式逆变器，其节省的通讯线缆长度不过数十米，但是通常需要额外增加适配器，并且PLC通讯速度最大为115．2Kbit／s，这在日益复杂及高要求的电站级别控制上还是显得有些缓慢。
　　安装施工及后期运维更便利
　　组串式逆变器由于单机功率较小，一个电站中往往有几十甚至上百台组串式逆变器。以一个20MW的中小型地面电站为例，占地面积超过300亩，如果采用分散式布局，上百台组串式逆变器分散在各个角落，不仅安装调试耗时耗力，后期日常巡检维护或是逆变器出现故障时，更是会出现满山遍野寻找逆变器的尴尬场面。
　　
　　PEAK3 150kW 组串式逆变器
　　SUNNY HIGHPOWER PEAK3 作为SMA在小型地面电站及工商业领域推出的组串式逆变器，秉承了SMA逆变器高功率密度集成的传统优势，采用了最新的SIC（碳化硅）技术，最大效率可达99．1％， 直流超配比例可达150％ 。
　　针对PEAK3 逆变器的应用，SMA在此推荐一个典型的设计示范。
　　
　　▲ PEAK3 典型方案设计图
　　如设计图所示，PEAK3 直流输入最大电压1500V，组件通过直流汇流箱接入PEAK3 逆变器，支持高达150％超配，逆变器直流交流侧可应用铜芯或者铝芯线缆，逆变器交流侧通过低压面板后接入箱变。
　　PEAK3 采用以太网通讯，通过SMA Data Manager M（可接入多达50台逆变器）将数据上传至SMA Sunny Protal云平台， 实现免费的数据监控。
　　
　　▲ PEAK3 典型设计示范图