光伏电站组串逆变器

成就现代生活太阳能逆变器概念文件光伏电站组串逆变器晶体模块 2009年 5月目录1 简介 – 执行概要 22 选择电站 最 优布局 32.1 光伏方 阵场地 . 32.2 备选场地布局 . 42.3 紧凑型变电站 . 52.4 模块布局 . 62.5 数据连接 . 73 维护 /可靠性 . 84 附录 A – 布线图 84.1 665kWp 现场布线 84.2 10 MWp 电站布线 . 84.3 低压开关设备布局 81 丹佛斯光伏逆变器 A/S概念文件 -光伏电站组串逆变器1 简介 – 执行概要 此概念文件将介绍如何在大型光伏电站中使用组串逆变器的全新概念。众所周知，逆变器功率与成本之间的关系可表示为 /kW。因此，在创建数 MW 级的光伏电站时，通常使用尽可能大的逆变器以降低投资成本。现在集中逆变器的功率可达 1 至 2MW 。但逆变器日益大型化的发展趋势使得外部成本也越来越高。光伏模块的最大模块仍低于 500W，其固有模块特性意味着任何规模的光伏电站都依然为模块化。因此，探寻构建光伏电站的其他替代方案别具意义。使用组串逆变器作为电站中的模块元素，其内置功能可省却集中逆变器所需的众多附加功能。目前的组串逆变器具有集中逆变器的主要优势，如高直流（ DC）系统电压范围、三相输出时保持高效等。这使得交流（ AC ）及直流（ DC）布线的损耗都有所减少，确保了更高的生产效益。使用紧凑式变电站将组串逆变器连接至中压电网，这意味着变电站与逆变器都可以几乎不受影响地安置于光伏模块子结构中。除此之外，变电器与逆变器还具有易于安装的优势，而且因为使用普遍，其交付时间也很短。安装、维护或更换组串逆变器无需特别培训，因此不再像集中逆变器一样需要服务合同。还由于免除了接线盒，同样避免了直流（ DC）侧的维护。本文将重点阐述为什么在电站应用中，组串逆变器是具有吸引力的集中逆变器的备选方案。并将结合欧洲中部一家 10MWp 电站的案例进行说明，此电站有 15 块相同的光伏方阵场地、 15个单独的 630kVA 变电站及 15 42 TripleLynx 逆变器。 图 1 基于晶体模块的光伏场地布局 如图所示，此案例布局有 14 排子结构，每排 12 个子结构（约 125m 125m）。每个子结构有 18 个模块按横向排列成 3 行。2 丹佛斯光伏逆变器 A/S2 选择电站 最 优布局布局光伏电站的目的在于高投资回报。这要求以最优效率使用逆变器及中压变电器，控制线缆损耗、阴影与细致的电站监控带来的损失。另一方面也要求尽可能降低规划、材料及安装成本。2.1 光伏方 阵场地 紧凑式变电站安装在方阵场地中可有效节约成本，因为模块与逆变器、变电站之间的线缆长度最小，可将直流（ DC ）侧及交流 AC 低压侧的线缆损耗控制到最低。见图 1 光伏场地布局。通过使用 1000V 输出的逆变器，可省掉接线盒及多个组串组合器。直流（ DC）线缆直接从组串模块连至逆变器。一个 630kVA 变电站有 42 个直接连接的逆变器和开关装置，包括适用于变电站低压区域的低压分电器。另外，数目众多的 665kWp 光伏场可以提高效益。可参见附录 A 的建议布线实例。下面将更加具体地说明这些优势2.1.1 直流（ DC）侧的优势 组串逆变器直流（ DC）电压具有高最大值、低最小值的特性，实现了 5.28k 的串功率（连接至有 60 个电池、 220Wp 的模块时）。与功率相关的串数相应减少，显著降低了线缆及安装费用。图 2 基于晶体模块的模块布线每个模块与自已的 MPPT 直接相连标准工作温度下，串电压远高于 600V DC，提供了最高效率。同时大大降低了由于直流（ DC）线缆损耗而导致的成产率降低。对每串进行独立的 MPP跟踪（使用较低 MPP电流模块时，对串组进行跟踪），是组串逆变器的主要优势之一。确保每串实现最高的能源生产率。将每个光伏子结构的三排模块都连接至其自己的 MPP跟踪器，由阴影导致的损失将大大降低。这是因为每个串组都有自己独立的 MPP跟踪器，可实现最优化输出。如果某个串由于太阳辐射不足或故障断开，其他串将继续发电，总的能源生产率实现了最大化。3 丹佛斯光伏逆变器 A/S2.1.2 AC 侧的优势 IP54 外壳，适于户外安装，安装于模块子结构的背部阴影下时则无需附加遮蔽。组串逆变器重量轻，尺寸小，适合模块建设时布局。如果逆变器的安装位置靠近变电站，低压交流（ AC ）布线的费用将大为减少，并且避免了到变电器传输过程中的交流（ AC）线缆的功率损耗。图 3 逆变器位置逆变器安装在变电站附近的子模块背部。所有连接逆变器的低压分电器适用于变电站的低压部分，交付前可在变电站进行预组装。见附录 A4.3 。2.2 备选场地布局 以上考虑了将逆变器置于中心的方形光伏场布局。也可通过 21 排子结构，每排 8 个子结构的矩形布局实现同样的考虑与效果。类似地，逆变器非中心布局也同样可以设计实现。最优的解决方案取决于对于材料、直流（ DC ）布线、交流（ AC ）布线包括捆扎及保护 AC 布线的接线盒等的安装成本，以及直流（ DC）及 AC 布线功率损耗的综合考虑。图 4 光伏场分布及逆变器分布本实例在模块安装上与图 1相同，但逆变器位置靠近模块。每个逆变器经由 AC 侧的接线盒，从接线盒接线至变电站。4 丹佛斯光伏逆变器 A/S2.3 紧凑型变电站 630kVA 变电站是其中应用最广的变电站。通常交货时间短、尺寸紧凑、重量小，一次可运输两个单元，使用小型吊车安装即可。由于变电站的高度是有限的（高于地面 187cm），可以将其安置于模块后部。如果子结构间距离保持不变，对面模块子结构可能受到轻微遮蔽。图 5 变电站使用低损耗变电器，每年可降低变电器夜间能源消耗 0.4。变电站的短路损失对产出率几乎没有影响。在变电站的中压区域，可插入带有 HH 保险丝的外部输出馈路配电盘以代替昂贵的功率开关。所有长距离线缆中的电压被转换至中压水平，减少损耗。5 丹佛斯光伏逆变器 A/S2.4 模块布局 通过一个模块布局案例说明以上所提及的优势。为将阴影带来的产出率损失最小化，推荐每个子结构横向安装三行模块。连接模块使每行都成为一个独立的串。然后独立连接此三个串至逆变器。图 6 模块阴影因每行有独立的 MPPT，当太阳位于低位时仅同串的模块受到影响。这样的配置在冬天，当较低模块总位于阴影下的时候具有一定的优势。在无风、高辐射的夏天也有类似的优势，此时上部模块将接收稍高的温度，因此 MPP 电压会降低。相对于平行连接串， 3 个 MMP 跟踪器不是采用平行连接时平均数值，而根据独立的数值对 3行进行独立的优化。单串 5.28kWp 或总共 15.9kWp的布局，布局因数 Psolar/Pinverter1.06，这是在 Dr Bruno Burger 1 为一家欧洲中部的电站给出的建议值。这个数值考虑了逆变器效率和地面基础安装引起的较低的模块温度。可通过不同方式达到这种布局，但必须利用 1000V 开路电压。对基于 156m 156m 的单晶或多晶模块，根据每个模块的单元数有两种选择3 个输入中，每个输入 24 个模块 1 串（ 60 个单元 220W）3 个输入中，每个输入 30 个模块 1 串（ 48 个单元 175W）在欧洲南部安装时建议较低的布局因数，在使用多晶模块时可方便地通过减少连接至单串的模块数降低布局因数。1与电网相连光伏电站的逆变器尺寸， Dr.-Ing. Bruno Burger, Fraunhofer-Institut f r Solare Energiesysteme ISE, Heidenhofstrae 2, D-79110 Freiburg. 6 丹佛斯光伏逆变器 A/Shttp//www.ise.fraunhofer.de/veroeffentlichungen/nach-jahrgaengen/2005/auslegung-und-dimensionierungvon-wechselrichtern-fur-netzgekoppelte-PV-anlagen/at_download/file2.5 数据连接 电站监测的数据可通过每个变电站安置的网络记录器传送至数据仓。可利用变电器的低压侧向网络记录器以及与其相连的调制解调器供电，仅需要一小部分功率（ 20W ）。如果需要直接的在线数据操作，建议将每个记录器直接连至一个以太网，而不使用调制解调器。万一变电站断开并且记录器断电，电力恢复时逆变器数据将从逆变器集成的数据记录器中接收。集成数据记录器以环形记忆的方式记录过去 3 天逆变器的记录。逆变器中心布置接近变电站时，易于进行数据传输的布线。可使用标准 Cat5 线缆串联逆变器。线缆可直接连接逆变器，既不需要使用螺旋式接线柱也不需要使用 RJ45 接头的预制线缆。对于所有的逆变器输入，都可以单独监测电流及 MPP 电压。这意味着即便是对于 7 串的 CdTe模块，也可以探测从单串（ 720Wp）下至受影响的逆变器输入（ 5kWp ）中的错误，而无需额外设备。见图 2。数据每隔 10 分钟记录一次，一般每日传送至数据仓。数据布线如附录 A4.1 所示。7 丹佛斯光伏逆变器 A/S3 维护 / 可靠性 组串逆变器是一种标准的商用部件。如必要，本地安装者或电站监管人员可更换逆变器而无需特别培训。因此，组串逆变器无需像集中逆变器一样的服务合同。同时，还可在当地存储大量逆变器，以便快速更换。另外，万一发生故障，系统仅一小部分会受到影响。对 10MW 的电站，这意味着即使 6 个逆变器完全损坏，发电损失仍不足 1。由于变电站的数量，使用推荐的紧凑式变电站可能导致中压电网要求的年服务稍稍增加。但与此同时，因直流（ DC）侧省却了接线盒，类似修复直流（ DC）保险丝损坏等服务将不再需要。大型电站应用 5 年质保期保持不变，且可能延长至 10 年。在故障检测时每个逆变器都带有显示，为安装人员或电站监管人员提供帮助。4 附录 A – 布线图 4.1 665kWp现场布线 由 Graper 制图4.2 10 MWp电站布线 由 Graper 制图4.3 低压开关设备布局 由 Graper 制图8 丹佛斯光伏逆变器 A/SDanfoss Solar Inverters A/SJyllandsgade 28DK-6400 SnderborgDenmarkTel 45 7488 1300Fax 45 7488 1301E-mail solar-invertersdanfoss.comwww.solar-inverters.danfoss.comDanfoss can accept no responsibility for possible errors in catalogues, brochures and other printed material. Danfoss reserves the right to alter its products without notice. This also applies to productsalready on order provided that such alterations can be made without subsequential changes being necessary in specifications already agreed.All trademarks in this material are property of the respective companies. Danfoss and the Danfoss logotype are trademarks of Danfoss A/S. All rights reserved.L00410489-01 Rev. date 2009-05-01