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光伏逆变器降成本之潜规则

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光伏逆变器降成本之潜规则

光伏逆变器降成本之探讨 效率篇前言 风电前车之鉴, “十一五”期间,在国家发改委推动下,一系列扶持和鼓励风电发展的政策密集出台。风电行业也因此迎来了爆发性增长。按照“十一五”初期的规划,“十一五”期间的装机量是 500 万千瓦,到了 2007 年底,目标调整到 1000 万千瓦。但最后的结果是,整个“十一五”的装机量超过了 4000 万千瓦。 5 年间,中国的风电装机总量达 4182.7 万千瓦,连续 5 年翻番增长, 跃居全球第二。 全国建设中的千万千瓦级风电基地从一个增加到 7 个, 24个省、自治区建立了自己的风电场。在这些政策中的刺激下, 很多公司一哄而上进入风电行业, 风电中老牌企业扩大生产规模,新进来的公司为了占领市场,大打价格战,成本一降再降,产品质量也越来越差,更谈不上研究新技术。直到 2011 年初,发生数次风电脱网事故, 直接导致国家收紧风电产业政策, 国内多个风力发电项目停止审批, 提高风电行业的准入标准。曾经风光无限的风电行业,如今面临停产,降薪,裁员的尴尬境遇。风电事故的发生, 是我国行业中的一个通病, 在某一行业火爆时就一拥而上,不管实力行不行, 先抢到一块蛋糕再说, 而买家不去注重质量和技术更新, 只关注价格是不是最低, 这样下去肯定会出现事故, 整个行业就会急剧萎缩, 大批量的相关企业倒闭, 然后再出现新一轮产业洗牌。 而最终坚持下来的企业也是元气大伤, 需要长时间的“舔伤口”。 而倒闭的企业又使一大批人员失业, 成为当地就业环境恶劣中的一员。正文 光伏产业的冬天已经到来, 光伏产业链上的各个厂家都在绞尽脑汁拼命削减成本, 以应对客户越来越狠的降价要求, 作为光伏逆变器产业链上最具技术含量的天之娇子 光伏并网逆变器, 也未能幸免, 500KW 并网逆变器的价格,已从 2009 年的 2.0 元每瓦降到如今的 0.5 元每瓦, 逆变器生产厂家在降低利润的同时, 也对光伏逆变器价格比较贵的元器件进行的替代甚至取消, 以保证整机的价格下降。 然而, 由于光伏逆变器在光伏电站的特殊地位, 有些逆变器生产厂家的降成本措施, 已经严重危害了整个行业。 因为在光伏电站中, 逆变器的成本不到 10,损耗却占 80以上,光伏电站发电效率 90由逆变器来控制,考核逆变器的方法, 不能光靠价格, 更重要的是看逆变器的实际发电能力。 现在国内生产逆变器的厂家多达 300 家,最终能留下来有影响力的厂家也就 10 来家,到底哪些企业会最终生存下来, 哪些企业会率先出局, 笔者认为 只有坚持回到产品质量路线, 有社会责任感, 有道德底线, 有持续改进能力的公司才是最终的胜利者。 笔者从事光伏逆变器设计 5 年多, 从一个系统工程师的角度, 向大家揭密一些不良厂家降成本的内幕。MPPT 效率之谜, 在光伏逆变器的技术规格书里, 大多数厂家都有 MPPT 效率这个指标,有些标为 99,有些甚至标为 99.9, MPPT 效率目前还没有可靠的仪器去测量,做认证也不需要测量,其实, MPPT 效率是决定光伏逆变器发电量最关键的因素, 其重要性远超过光伏逆变器本身的效率, 现在国内外光伏逆变器在相同的条件下对比发电量,相差可能高达 20,这个差异的主要原因就是MPPT 效率。 有不懂 MPPT 的同学可以先百度 MPPT 的基本原理和实现方法。 笔者主要向大家揭密 MPPT 效率的计算方法和来源, MPPT 的效率等于硬件效率乘以软件效率, 硬件效率主要由电流传感器的精度, 采样电路的精度来决定的, 软件效率主要由采样频率来决定的, MPPT 实现的方法有很多种, 但不管用哪种方法, 首先要测量组件功率的变化, 再对变化做出反应。 这其中最最关键的元器件就是电流传感器, 它的精度和线性误差将直接决定硬件效率, 而软件的采样频率也是由硬件的精度来决定的。 目前电流传感器有开环和闭环两种, 开环的电流传感器线性精度 99,总测量误差 2,闭环的电流传感器线性精度 99.9,总测量误差 0.5,这里面是什么意思,我向大家解释下,如果采用开环电流传感器,组件功率发生 1的变化, 逆变器根本就测不出来, 由于开环电流传感器误差大,所以采样频率也要降低, 否则会发生振荡, 所以软件的效率也只能达到 99, 也就是说,使用开环电流传感器的逆变器,它 MPPT 极限效率只有 98,而采用使用闭环电流传感器的逆变器,它 MPPT 极限效率可达到 99.5。在市面上,开环电流传感器比闭环电流传感器大约便宜 30, 现在社会有些不良厂家, 为了降低成本,采用价格低的开环电流传感器,但对外宣称 MPPT 效率还能超过 99,严重误导广大 EPC 和业主,损害人们的利益,这种不耻行为必将遭到人们的唾弃,成为光伏市场率先出局的厂家。逆变器本身效率主要由功率开关器件如 IGBT 和磁性器件如变压器和电抗器来决定的,功率器件的选择性较少,使用各种方案对系统效率的影响也较少。磁性器件是定制性器件,材料选择性很广,选用产品不一样,价格会相差很大。磁性元器件的损耗包括铜损和铁损, 铜损是线圈损耗, 随着电流呈线性变化, 线圈现在主要材料有铜和铝, 铜的损耗相对较少, 但价格太贵, 现在大型逆变器上基本上不用铜做磁性材料了, 铝的价格便宜, 损耗相对较大, 但可以加大面积减少损耗。铁损主要是磁心损耗,是空载损耗,恒定的损耗,目前工频机广泛使用的材料是硅钢片, 硅钢片又分取向和无取向两种, 取向硅钢片要求高, 价格是无取向硅钢片的两倍, 但损耗仅为取向硅钢片的三分之一, 而且取向硅钢片对电流谐波有明显的抑制作用, 现在社会有些不良厂家, 为了降低成本, 磁性元器件采用无取向的硅钢片, 这种做法直接的后果就是整机效率降低, 电流谐波加大, 在阴雨天等低照度天气下, 根本就发不出来的电, 在低功率运行时, 电能质量很差。光伏逆变器降成本之探讨 寿命篇前言 光伏电站设计寿命是 25 年,其中组件和其它器件的寿命应该可以达到,逆变器作为光伏电站的核心器件,设计寿命也应该到达 25 年。从逆变器系统上看到, 寿命瓶颈是 PCBA 板和逆变器的心脏部位 逆变模块。 PCBA 由于技术限制,寿命很难达到 25 年,但由于 PCBA 价格不高,重量轻,一般放在容易更换的位置,所以相对好处理。逆变模块由 IGBT,散热器,母排,直流支撑电容组成。 IGBT 现在随着技术的发现, 如果系统设计得好,寿命可以到 25 年,直流支撑电容现在普通采用金属薄膜电容,寿命可以到 25 年,所以最关键的因素只有散热器和母排, 这两个器件如果采用的器件不一样, 成本也相差非常大, 但寿命也相差很大。 散热器寿命的控制点是鳍片和基板的连接工艺, 母排寿命的控制点是正负极之间的局部放电电流, 这两个关键点能处理好, 寿命也就不成问题。下章我将就这两个问题向大家揭密正确的处理方法应该是怎么的, 不良厂家为了节省成本又是怎么处理的,以用所造成的严重后果。光伏逆变器最关键母排是指从 IGBT 到直流支撑电容这一段的母排, 这就好比人体心脏周边的大动脉和大静脉,因为这一段电流大,频率高,温度高,其电气性能核心技术是减少杂散电感, 因为杂散电感会产生尖峰电压, 尖峰电压越高,对 IGBT 的损伤就越大,系统的损耗也越大。母排机械性能核心技术是减少局部放电,提高母排的寿命。减少杂散电感常用的方法有三个 1 是电流正极和负极之间的距离尽可能短, 2 是电流正极和负极方向尽可能上下叠加, 3 是电容到IGBT 之间的距离尽可能短。局部放电是由正负极之间的气隙造成的,所以在尽量减少气隙,方法有两个 1 母排和绝缘片之间的粘合越紧密越好,不留下任何气隙,所以要选用好的粘结材料, 2 母排和绝缘片之间要非常干净,不能有任何灰尘和脏污。现在正规生产厂家一般采用叠层母排,成本比较大,但性能优良,寿命长。叠层母排是把正负极铜排、绝缘片、粘胶有机地结合在一起,它的杂散电感少,寿命长。而社会上一些不良厂家,为了节省成本,直接用正极铜排,负极铜排和绝缘片叠加在一起, 减去粘胶的工艺, 这样做成本减少了大约 30, 后果短时间3、 5 年也看不出来,但 5 年过后,逆变器的性能会大大降低,原因有 2 个 1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, 2 母排的局部放电会越来越大,因为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, 而绝缘层的损坏,对逆变器而言,将是灾难性的。通过世界上著名调查 BCC 报告,目前大部分电子元器件失效的 55的原因是由于散热做得不好。散热器是由基板和鳍片组成, IGBT 装在基板上, IGBT在运行过程中会产生大量热量,通过基板传到鳍片上,再通过流动的空气带走。散热器的核心技术有两个 1 基板尽可能平整,和 IGBT 接触可靠性高; 2 基板和鳍片之间的热阻尽可能少。 基板的平整度现在大都可以达到, 通过好一点的加工中心, 表面精飞一刀就可以了。 难度就大的成本最高的是基板和鳍片之间的连接,目前连接工艺有 4 种机械压合,环氧树脂粘接,锡焊,铜焊。其中机械压合设备投资小,速度快,加工成本低;环氧树脂粘接,锡焊这两种工艺设备投资小,但加工工艺较复杂,速度慢;铜焊设备投资大,加工工艺复杂,速度慢。所以采用铜焊工艺的散热器价格要比采用机械压合工艺的散热器贵 30左右。 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,采用这样散热器稳定工作寿命为 5 年左右, 5 年之后热量会越来越集中在基板上散不出去, 10 年后基本上就报废了。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。结论 现在光伏行业竞争已进入白热化, 企业为了生存而采取各种手段。 为了降低成本而不择手段,造成这一后果最根本的原来就是国家金太阳的补贴政策,采用“事前补贴”的政策,使业主不会去重视产品的性能,只关心产品的价格。光伏逆变器作为光伏系统核心器件,其成本比例已不到系统总成本的 10,如果光伏逆变器发电量提高 1 个百分点, 相当于逆变器的价值提高 10 个百分点。有数据统计, 现在国外优秀逆变器比国内普通逆变器发电量相差达 20, 但国内的市场优秀的逆变器公司反而难以生存, “ 劣币驱逐良币” , 但技术差距越来越大,值得欣慰的是国家政策的制订者已经注意这个现象了, 光伏补贴政策可能很快由“事前补贴”转为“度电补贴” 。那些靠低成本占领市场而产品性能低的公司终究会退出的。

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