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2014年光伏逆变器回顾及2015年展望
发布日期:2015-04-28

                                             2014年光伏逆变器回顾及2015年展望

        回顾2014年光伏并网逆变器,可以用两个字来形容“惨烈”来形容。集中式逆变器的价格2012年的0.8元/W,到2013年是0.4元/W,2014年初的0.32元/W,降到年未的0.24元/W,受到帐期和价格影响,一批企业逐渐退出市场。这几年但新进来的逆变器公司则很少。笔者认为,2015年价格战还将继续,将会有更多公司退回,能够坚持到最后的公司在10家左右。

让我们回顾一下逆变器技术的发展历史,光伏逆变器是新兴的设备,电力电子发展比较成熟的设备有变频器,UPS,机车牵引变流器。早期的光伏逆变器是属于贵族,所采用的技术是参考从机车牵引变流器而来的,所用的器件都是世界一流公司最好的器件,如采用infineon牵引级别的功率开关管FF1200R12IP4,Rogers的叠层母排,Aavid的散热器,Concept的驱动器,Schaffner的滤波器,随着逆变器价格一路走低,这个尖端品牌的器件逐渐从国内逆变器市场退出,逆变器的技术也向UPS靠拢。国产的元器件占领了市场。

近年来逆变器行业几次大的降成本措施:

1、功率器件IGBT降价:2012年前500KW的逆变器大部分是英飞凌公司的FF1200R12IP4,近年来英飞凌公司推出了工业级的FF600R12ME4,成本一下降了50%,加上富士,三菱也推出了替代英飞凌的器件,价格也比它便宜。经过两年多时间的运行,工业级的IGBT表现还算可以。


2、电抗器降价:线材由铜改为铝,铁芯由进品的硅钢片改为国产硅钢片,由取向的硅钢片改为无取向硅钢片,电抗器的成本约下降60%,造成的后果是电抗器损耗增大,铜的电阻比铝少,但铝可以通过增加面积来减少电阻,因此线损增加不大。取向硅钢具有强烈的方向性;在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率与低损耗特性。因此采用无取向的硅钢片后,会导致电抗器铁损增大。

3、结构件降低:大部分厂家都推出了结构紧凑型的逆变器,500KW逆变器,2012年前宽度一般在2.8米,到2013年宽度一般在2米,2014年后新推出的一般在1.5米左右,体积变小,对逆变器厂家的结构设计人员技术要求是一个挑战,要综合考虑安装,维护和散热的问题。逆变器集成直流配电柜,可以节省直流配电柜的结构件,配电柜到逆变器之间的电缆。

取消直流叠层母排,大部分厂家采用两个铜排中间夹一层绝缘片,这样逆变器的性能会降低,原因有2个:母排的杂散电感会越来越大,系统的EMC干扰也越来越高,IGBT会经常受到损伤;母排的局部放电会越来越大,母排和绝缘片之间没有粘结在一起,肯定会存在气隙,而且气隙会越来越大,最后造成绝缘性降低。

采用低端的机械压合的散热器,从散热技术上来看,采用机械压合工艺的散热器,基板和鳍片之间连接面积小,所以热阻大,而且随着时间的推移,基板和鳍片连接部位会发生形变,热阻会越来越大,而采用铜焊接工艺的散热器,由于铜的散热效果比铝好,所以基板和鳍片之间的热阻就非常少,接近本体,寿命也可达20年之久。

4、节省一些非重要器件:如去掉直流和交流滤波器,绝缘阻抗检测仪;减少直流母线电容的数量;直流和交流开关由断路器改为负荷开关加熔断器;电流传感器、防雷器、风机、熔断器等器件由进口高端品牌改为优秀国产品牌。这些改变有一些是参考UPS的经验,效果还有待时间去检验。特别是断路器改为负荷开关加熔断器,UPS是大量应用了,断路器的电气隔离、短路保护等功能后者可以实现,但断路器的过载保护功能和主动分励脱扣功能后者没有,这些功能有没有实际意义,也需要时间去检验。

5、大量采用国产器件:断路器国外高端品牌有ABB,施耐德,西门子,国外中端品牌有LS,国内这几年也出现了很多流断路器,如诺雅克,北京人民,上海良信,新驰电气,奔一电气,常熟开关,这些开关厂看到了商机,也推出了光伏逆变器,汇流箱专用的断路器,目前逐渐替代了国外高端品牌。但国产器件产品性能到底怎么样,还得靠时间去检验。

6、逆变器输出电压等级由270V提高315V,交流输出最大电流由1176A降到1008A,电流的减少可以使逆变器电抗器变小,接触器,IGBT,断路器也可以选择小一型号的产品,有利于降低成本,同时整机效率也会提高。不利之处是MPPT电压范围缩小,在某些地区会影响系统发电量。

可以看到,这几年国内逆变器在降成本方案上还是下了很多功夫,还得益于元器件厂家价格降下来,以及国产品牌的崛起。不过国内逆变器厂家对新技术和新器件的应用还是太少,日本的TMEIC就已以推出以碳化硅为功率器件的逆变器,并且开始大批量应用,碳化硅内阻很少,可以把效率做很高,开关频率可以达到10K,也可以节省LC滤波器和母线电容。
2015年展望与发展

光伏逆变器使用环境和UPS,变频器不一样,光伏组件的寿命是25年,所以要求逆变器的寿命也要到25年,但目前由于价格战,逆变器已经慢慢远离机车牵引变流器方向,笔者认为这个是不正常的。随着国内越来越多有志之士加入光伏行业,以及国内对行业质量的控制力度,光伏电站的补贴将不会向不合格的电站发放。逆变器行业经过一轮低价洗礼,将会回到正常的轨道,产品的稳定性,整体发电量是首要考虑的因素,招标时不再是价格最低者中标。
可以看到,逆变器的微处理器是向着速度更高,功能更强的方向发展,每一代产品更新时间约为5-6年,逆变器使用时间约为8-10年,从芯片上市到逆变器大规模采用的时间约为2-3年,芯片的生产批量生产时间约为10-15年,对于集中式逆变器而言,更换主芯片,就意味着要更换控制板,对于组串式逆变器,更换主芯片,就意味着要更换整机。

提高系统电压,在相同的功率情况下,电流将会减少,因此国内有些厂家在研发直流1500V的逆变器,这个技术在机车行内已经成熟,对逆变器来说没有很大的难度,关键是组件,直流电缆和接头等器件相应的技术要跟上来,1500V的直流输入,组件的最高工作电压就可以串联到1200V,可以由40块组件串联,和现在的20-24块组件串联相比,可以大幅减少直流电缆的数量,还可以提高系统的效率。但凡事有利必有弊,电压上去了,对组件的一致性要求更高的,因为串联电路的电流是由电路最小的一块组件决定的。对系统的安全性能也要求更高了,直流电和交流电不同,没有过零点,一旦出现漏电,将会造成大的事故。所以在国外发达地区如美国和日本,光伏系统是600V为主。

 

 

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