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科普知識
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光伏逆變器

組串式逆變器的發展趨勢和挑戰

發布日期:2022-04-17 點擊率:71

  隨著全球煤炭、石油資源的衰竭和世界各國對環境污染的重視,太陽能等可再生能源并網發電技術及應用成為熱點。其中光伏逆變器作為太陽能發電系統的核心設備,其可靠性決定著光伏系統的安全運行,而影響光伏逆變器可靠性的重要因素之一就是逆變器的散熱性能。逆變器的核心器件對溫度比較敏感,溫度的變化會影響其開通和關斷過程,當溫度過高時會導致功率開關性能衰減甚至損壞,因此逆變器的散熱方案優劣決定著產品的性能和質量。

  近年來,組串式逆變器在地面電站中得到了廣泛應用。相比集中式方案,組串式更有明顯優勢,具體體現在以下幾點:發電量高,占地面積小,無需機房,運行可靠,維護方便簡單,已經成為大型地面電站應用的趨勢。

  光伏電站一般選在沙漠、高原等陽光充足的地方,這些區域冬季溫度極低,夏季溫度非常高,風沙大,海拔高,光照強,有些站點甚至位于海邊,腐蝕性強。在這些應用場景中,組串式逆變器通過掛墻、掛光伏板支架或者掛獨立安裝架等方式直接暴露在室外,外部部件被雨水、沙塵腐蝕和老化風險嚴重。如何做到既能適應惡劣環境,又能滿足逆變器的散熱,成為了大家最關心的問題。

  一.組串式逆變器業界常用散熱方式及問題

  逆變器散熱主要有自然散熱和風冷散熱兩種方式。通過組串式逆變器外部增加風扇,提升散熱能力,行業廠商普遍采用這種方式散熱。但組串式逆變器應用環境較差,其對外部風扇的防護性能要求較高。任何風扇都屬于易損部件,轉動會有磨損,且不會絕對防塵。惡劣的外部環境會加速風扇老化。對于長達25年運營周期的光伏電站是不可用的,需要不定期更換,給光伏電站帶來無休止的麻煩。

  當前室外型風扇防護等級一般只能達到IP54/IP55,外部有風扇設計導致整體系統防護等級無法達到IP65。同時為了避免雨水直接沖刷風扇,設計散熱方案時,風道會變得很復雜,風道形式受限,一旦風扇失效,散熱能力衰減嚴重,這樣會使得逆變器輸出功率降額,發電量減少,嚴重影響客戶利益。更為關鍵的是,因風扇常年暴露在雨水和沙塵中,腐蝕嚴重,壽命急劇下降,逆變器生命周期內需要多次更換風扇,維護成本極高。

  下圖為某戶外環境電站,逆變器運行一年后,風扇積灰和腐蝕的剖析圖片,從圖片可以看出,腐蝕情況非常嚴重。

  圖1 某戶外電站逆變器風扇積塵腐蝕示意圖

  風扇的失效模式與溫度關系很小,而主要由風沙、腐蝕、轉動磨損造成損壞。有外置風扇的組串式逆變器,一般5-10年需要全部更換風扇。那么常規的光伏電站,批量更換風扇一次要損失多少錢呢?

  我們以100MW電站為例,用40KW組串式逆變器,需2500臺。每臺逆變器4個風扇,共10000個風扇。

  所需成本=10000*(65+50)=115萬元(其中65元為風扇成本,50原為更換人工成本)

  風扇故障造成的發電量損失=10000*40KW/2(平均功率)*3小時(故障平均中斷時間)*0.9元=54萬元

  因此,5-10年內由于風扇故障造成的更換成本和發電量損失共計約170萬元。

  而其實對客戶最大的傷害還在于,這會嚴重影響整個運維效率,運維人員將被大量浪費在無效、無價值的維護工作上。

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