什么是組件級(jí)電力電子？

　　

　　組件級(jí)電力電子，字面意思即為組件級(jí)別的電子設(shè)備。該技術(shù)包含電力電子、半導(dǎo)體器件、通訊、云計(jì)算及高可靠制造等多個(gè)方面。目前現(xiàn)有產(chǎn)品系列包括微型逆變器、優(yōu)化器、關(guān)斷器（RSD）等等。

　　

 

　　圖1.逆變器技術(shù)發(fā)展圖

　　

　　組件級(jí)電力電子市場(chǎng)

　　

 

　　圖2.MLPE市場(chǎng)體量（來源:IHS報(bào)告）

　　

　　目前全球市場(chǎng)體量在2016年為3GW左右，截止到2020年將會(huì)接近10GW。截止到2020年，微型逆變器系列的主流產(chǎn)品交流組件和獨(dú)立微逆將會(huì)平分秋色；而優(yōu)化器系列產(chǎn)品將出現(xiàn)三足鼎立的局面，分別是優(yōu)化器結(jié)合常規(guī)逆變器、優(yōu)化器結(jié)合簡(jiǎn)化版逆變器及智能組件。

　　

　　組件及電力電子應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

　　

　　一、安全

 

　　先引入一個(gè)概念：直流高壓。光伏系統(tǒng)采用組串/集中式逆變器，每一串由幾塊甚至幾十塊太陽(yáng)能組件串聯(lián)而成，系統(tǒng)中即存在600V-1000V的直流高壓，而直流高壓是導(dǎo)致直流拉弧的直接原因。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，直流拉弧占光伏火災(zāi)起因的52%。

　　

 

　　圖3.單串中存在600-1000V的直流高壓

　　

　　各國(guó)安規(guī)

　　

　　ü美國(guó):防火協(xié)會(huì)修改國(guó)家電氣規(guī)范(2014NECARTICLE690DRAFT)：“住宅用光伏發(fā)電系統(tǒng)中，在緊急情況發(fā)生時(shí)，光伏系統(tǒng)交流并網(wǎng)端斷開后，直流端電壓最大不能超過80伏；

　　

　　ü德國(guó)：率先執(zhí)行VDE防火安全標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定在光伏系統(tǒng)中逆變器與組件之間需要增加一個(gè)直流電切斷裝置。此外，德國(guó)保險(xiǎn)公司也有明確規(guī)定，對(duì)于消防員在滅火過程中由于光伏電站帶電造成的人身傷害不予賠付；

　　

　　ü意大利：消防員在建筑物帶電的情況下，是不可以進(jìn)行滅火工作的；

　　

　　ü澳大利亞:根據(jù)OVER11-1:2013規(guī)范，在組件附近必須有斷路裝置；

　　

　　在國(guó)內(nèi)，目前暫無光伏安全規(guī)范對(duì)光伏系統(tǒng)中的直流高壓進(jìn)行明確的規(guī)定。逆變器廠商也試圖通過引入“電弧檢測(cè)功能”來保證系統(tǒng)安全性，然而該裝置并不能裂解直流高壓（組件級(jí)別），無法實(shí)現(xiàn)組件級(jí)別的關(guān)斷，依然會(huì)在滅火時(shí)對(duì)消防員人身安全造成傷害。

　　

　　微型逆變器技術(shù)采用全并聯(lián)電路設(shè)計(jì)，組件之間不再有電壓疊加，直流電壓小于60伏(不高于組件最高輸出直流電壓)，徹底解決了由于高壓直流拉弧引起火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也解決了當(dāng)房屋起火時(shí)，因光伏電站而阻礙了施救的問題。

　　

 

　　圖4.微逆系統(tǒng)中單串組件電壓不超過60V

　　

　　優(yōu)化器系統(tǒng)/斷路器（RSD）雖然不能直接解決直流高壓?jiǎn)栴}，但在發(fā)生火災(zāi)之后能夠關(guān)斷每塊組件的直流輸出，不會(huì)威脅到消防員的人身安全。當(dāng)逆變器與電網(wǎng)斷開時(shí)，交流端輸出為0V時(shí)，優(yōu)化器/斷路器會(huì)自動(dòng)切斷連接，實(shí)現(xiàn)組件級(jí)別的關(guān)斷，真正意義上的裂解了組件串聯(lián)形成的直流高壓。

　　

　　二、優(yōu)化系統(tǒng)效率

　　

 

　　圖5.傳統(tǒng)逆變器系統(tǒng)VS組件級(jí)電力電子系統(tǒng)

　　

　　傳統(tǒng)逆變器系統(tǒng)中存在的“短板效應(yīng)”是造成功率輸出損失的主要原因。從生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的組件間失配（mismatch）、安裝及后期維護(hù)過程中的損壞、使用過程中的陰影遮擋、污漬（動(dòng)物排泄物、落葉、灰塵等等），及系統(tǒng)后期由于衰減程度不同，這些原因都將造成組件間的失配問題。而組件級(jí)電力電子從技術(shù)到應(yīng)用上解決了光伏電站整個(gè)生命周期的組件間不匹配的問題。通過采用組件電力電子技術(shù)最大程度上保證組件輸出功率，保證系統(tǒng)效率。通過測(cè)試及長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)收集，在相同條件下，組件級(jí)電力電子系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)逆變器系統(tǒng)，發(fā)電量可增加5-25%。

　　

　　三、組件級(jí)智能監(jiān)控

　　

　　組件級(jí)電力電子是目前技術(shù)可以企及的最小單位范圍內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)。一方面是日常系統(tǒng)運(yùn)維需求，組件可以在線上平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中管理、故障遠(yuǎn)程診斷，線下團(tuán)隊(duì)的維護(hù)、檢修。組件級(jí)電力電子實(shí)現(xiàn)真正意義上的O2O運(yùn)維。

　　

 

　　圖6.組件級(jí)監(jiān)控界面展示

　　

　　另一方面是建筑智能化能源管理需求，在未來在統(tǒng)一平臺(tái)上完成負(fù)載/發(fā)電量/供暖/供冷/熱水等監(jiān)控是發(fā)展趨勢(shì)，組件級(jí)智能監(jiān)控可以直接融入成為能源管理系統(tǒng)一部分。

　　

 

　　圖7.建筑智能化能源管理需求

　　

　　四、著眼未來進(jìn)一步提升系統(tǒng)效率

　　

　　由于國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)發(fā)展，光伏組件技術(shù)相對(duì)瓶頸，各大組件廠紛紛推出疊片、半片、黑硅、N型、雙玻雙面、多珊等多款新型組件，希望能夠占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)。其中雙玻雙面組件（中來、英利、晶科、中盛光電等等）是相對(duì)成熟的技術(shù)，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，雙面組件發(fā)電效率高于單面組件（最高可超過30%），整個(gè)周期的發(fā)電量增加，固定建筑安裝投資/運(yùn)維成本降低，電力成本下降。然而，雙面組件的背面發(fā)電量不確定因素太大，組件間失配很嚴(yán)重，配合組件級(jí)電力電子技術(shù)是理想的解決方案。

　　

　　圖8.戶用系統(tǒng)（采用微型逆變器）及商用系統(tǒng)（采用智能優(yōu)化器）

　　

　　組件級(jí)電力電子技術(shù)在安全、優(yōu)化系統(tǒng)效率、智能監(jiān)控及創(chuàng)新技術(shù)方面優(yōu)勢(shì)顯著，是分布式，特別是建筑光伏的最佳解決方案，必將成為未來5年內(nèi)的一大行業(yè)亮點(diǎn)！