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浅析组串式和集中式逆变器可靠性

2014-9-18 11:27| 发布者: echo| 查看: 6010| 评论: 0

摘要: 编者按:光伏电站产品的长期可靠性直接影响投资人收益,在长达25年的投资回报期内,提高发电效率、降低产品故障是永恒不变的主题。目前国内光伏电站质量长期可靠性隐患重重,其中逆变器可靠性更成为了大家关注的热点 ...
       编者按:光伏电站产品的长期可靠性直接影响投资人收益,在长达25年的投资回报期内,提高发电效率、降低产品故障是永恒不变的主题。目前国内光伏电站质量长期可靠性隐患重重,其中逆变器可靠性更成为了大家关注的热点。 

       2014年的慕尼黑的intersolar论坛上,资深的光伏从业人士Manfred Bachler(曾是全球最大的EPC厂商Phoenix solar的首席技术官)提出了用组串式逆变器改造现存的集中式逆变器的方案,给出的结论是5~6年可以收回改造的成本,主要的原因是因为集中式逆变器维护麻烦,可用性差,仅仅在可用度方面就比组串式逆变器差6%。 

       近日,行业内对于组串式与集中式逆变器的故障率、可靠性众说纷纭。那么到底谁更可靠,谁更坚强?本文从以下几个角度详细分析,抛砖引玉。 

       1.逆变器失效率:集中式高于组串式,是其3倍 

       业界知名的组串式逆变器按照25年的系统可靠运行设计,采用IP65防护等级,实现内外部的环境隔离,使内部器件保持在无尘和稳定的运行环境中,大大降低了温度、风沙、湿气、盐雾等外部环境对器件寿命的影响,因此可靠性大大增强。同时系统无易损部件,无熔丝、无风扇等需定期更换器件,实现了系统免维护;整机故障率小于1%。 

       而集中式方案一般采用常规的土建房或集装箱式机房,防护等级IP54,但因机房普遍采用直通风式散热方案,实际只能达到IP44或者更低,无法阻挡风沙、灰尘和腐蚀性气体进入逆变器。集中式逆变器防护等级只有IP20,内部电路器件容易暴露在恶劣的工作环境下。比如灰尘在逆变器内电路板、端子排等的累积会造成爬电距离减小,最终造成放电、起火等安全风险;湿尘在PCB或元器件间易形成漏电效应和腐蚀效应,造成信号的异常或高压拉弧打火,还有可能造成电网对PE的短路,引起逆变器异常关机或炸毁。同时逆变器风扇是易损件,平均使用寿命约为5年左右。业界集中式逆变器故障率一般超过3%,故障率是组串式逆变器的3倍以上。北方很多电站是在戈壁滩上建设,其实际是典型的盐碱地,灰尘中含大量的盐离子成分。在昼夜间歇工作模式下,发生腐蚀和漏电的概率比常规的电气设备大很多。 

       另外从逆变器的辅助电源上比较,集中式辅助电源市场上的失效率一般是2~5%之间,其失效率高的主要原因也是直通风散热,灰尘,盐雾等会对可靠性有影响。而组串式逆变器辅助电源是自带的电路,在全密闭环境下工作,失效概率极低。 

       从逆变器历史来看,SMA在1995年推出的第一款逆变器是组串式逆变器,过了7年,才在2002年推出第一款集中式逆变器。室外组串式逆变器已经经历了近20年的实际应用考验,在欧洲用于大型地面电站的历史比集中式逆变器更久,技术也更成熟。 

       2.散热对可靠性的影响:集中式大于组串式 

       组串式逆变器单个功耗数百瓦,可以实现自然散热设计,且可满足60℃环境温度下可靠运行,集中式逆变器,尤其是10尺集装箱方案,1MW的损耗高达30千瓦,相当于有30个1千瓦的电炉丝在10尺集装箱内部烘烤,单靠几个风扇是很难实现可靠散热的,极大增加了烧机的风险。 

       据实际测量,西部地面电站,组串式逆变器挂在组件下面,开旷通风好,环境温度21℃时内部温度43.8℃,温升22.8℃,而集中式房内温度23℃,柜体内温度高达53℃,温升30℃。在炎热夏天,机房内温度超过50度是经常的事情,集中式逆变器柜体内温度更高更恶劣。而高温带来的将是器件寿命降低、降额甚至炸机隐患。 
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