光伏電站組串式與集中式系統效益分析

王建章

【摘 要】本文通過分析對比組串式與集中式這兩種應用較為廣泛的光伏電站系統方案，通過理論上與實際上的案例結合的方法分析它們的安全性方面的差異、電站收益方面的差異等內容進行綜合的，整體上的分析。

【關鍵詞】組串；集中；線損；收益

建立一個光伏電站后，電站能否長期可靠地運行直接影響到投資人的收益度，在長約20年的投資回報期間內，為了降低產品故障率、提高光伏發電的收益。目前我們國內的光伏電站運維質量、可靠性常常很低，而逆變器作為光伏電站的核心組件，它的安全、可靠性成為大家關注的焦點。

組串式光伏發電系統，它的光伏組件以串聯的方式串聯后以并聯的方式接入組串式逆變器，組串式逆變器防護等級較高。

集中式發電系統，它的光伏組件串聯后以并聯的方式接入常規直流匯流箱后再進入箱式逆變器。光伏電站以組串式和集中式布局時其異同主要有如下幾點：

1 系統發電性能

最大功率點MPPT對系統發電量的影響， 21KW共有140個MPPT，集中式510KW共有5個MPPT，電壓范圍組串式在160-800V，集中式在400-800V，由于天氣變化造成的陰影、山地間的不平整而產生的陰影得出，光伏組串式的發電量稍稍高于集中式的發電量，價格比較組串式高于光伏集中式。

2 線損對比

光伏發電站選擇與敷設電纜時，都應符合現行國家標準《電力電纜設計規范） 的規定，電纜的截面應進行經濟技術比較后來確定選擇。

（1）敷設于山溝、盒槽中的電纜應選用C 大類阻然的電纜。

（2）組件之間及組件跟匯流箱間的電纜應有防曝曬措施及固緊方面的措施。

（3）電纜的敷設一般用直接埋填、電纜挖溝、電纜用的橋架、電纜明暗線槽等方法。用于動力方面的電纜和控制方面的電纜建議采用分開排列方式。

（4）電纜的通道溝不應作為排水的通路。

（5）進行遠距離傳輸電能時，網絡間的電纜建議采用光導纖維電纜。

光伏組件的陣列間的電纜截面一般為4平米的專用光纖電纜線。防雷的匯流箱至配電柜的電纜截面選擇宜按照電壓降不超過5%進行選擇。

3 光伏組串式與光伏集中式的失配結果

導致光伏組件失配的基本原因主要有發下幾點：

（1）光伏組件個體之間的差異性。

（2）組件在安裝過程中造成了參數之間的變化，例如搬運組件時的方法不恰當造成了光伏內部的隱裂。

（3）電站投入運行后由于遮擋陰影造成了組件輸出電壓性能差異。

（4）每個組件的不對稱性能上的衰減。

通常，光伏電站組件不匹配的主要原因并非單晶等光伏組件本身，往往是由于陰影遮擋、安裝的方向與方位角。由于電站安裝于地面，山地之間有高差、還有云層多少、周圍樹木等等方面的影響，從而使得同一個電站的每一塊、每一串、甚至每一個單元的組件性能都不相匹配，所以光伏組串方式的逆變器發電量可提高。

4 它們的安全性能比較

光伏電站中運行中可能引發火災、對運維人員的人身安全產生一些風險威脅。最大差異就是直流電纜和交流電纜的距離不同，交流輸電與直流輸電在安全性上有明現的差異。

集中式方案，直流匯流箱連接到直流配電柜這段電流電壓可達400-600V，當組件的電線纜通過線扣槽進行匯集時，容易發生線與線間的短路故障。采用組串方式只有并聯的2串間可能會發生短路，組合機率數為4，集中式的一臺直流匯流箱的16路線纜都可能會發生短路方面故障，組合機率數為32，因此集中式組件線間直接發生短路故障的概率要比光伏組串式的故障機率要高很多。短路故障出現時若不能及時排除，可能會引起電流的反充。

5 逆變器的轉換效率

逆變器是將光伏組件產生的直流電轉換成交流電的裝置，逆變器轉換效率的高低將最終影響能夠并網的電量多少。逆變器設備，在所有光伏組件效率η一定的狀況下，如何來增加逆變器的轉換效率η是提升發電量的關鍵。當前不同廠家的逆變器轉換效率η都達到了80%發上的水平。實際電站運行效率測試結果表明：在不同負荷等級情況之下，組串式逆變器比集中式逆變器轉換效率高2%。同時，當光伏組串工作電壓升高，逆變器逆變的轉換效率η也隨之而升高；集中式逆變器隨著組串電壓升高，效率反而會出現下降。

6 運維效率對發電量的影響

一個光伏電站建成之后，高效率的是保證及提高光伏電站的發電量關鍵。運行維護的難易程度和工作量大小也關系到電站運行階段成績、公司人員及新設備的再投入等等。當前不少光伏電站在方案設計初始階段，往往考慮得較多的是如何提升發電量，同時降低電站的投資建設成本，以至于對電站后期的運維工作考慮不足。但是光伏電站往往是一個較系統的工程，運維工作貫穿光伏電站20年的整個運行周期。對于光伏集中式的方案，理論計算上采用的智能匯流箱可以檢測到每一串的正常工作電流I及并聯工作電壓U；但實際工作中，匯流箱電流檢測精度低以及通信上的不可信，導致與實際上報的發電數據量存在很大的差異，在光伏組件的組串出現故障時，我們很難準確判斷事故點。多數情況下，對于集中式方案的光伏組件的組串巡檢與運維，可能依賴人工嚴重。運維的工作量很大、成本又高、效率可能又低。運維人員不可能在第一時間就發現度處理好，大多數的故障處于不可知、不可控的狀態。對電站而言，此類故障不僅會損失發電總量，而且會危及光伏電站的運行安全性。相比而言，組串式光伏采用的逆變器其精度較高，基本上是集中式光伏發電的5倍以上，還能檢測到每一串電池板的電壓U、電流I，對組串進行智能的P-V、I-V的曲線進行動態掃描，能可靠的監測到每一個組串的運行狀態，幫助工作人員及時發現并處理故障。琮可通過大數據云分析，主動預知判斷出故障，做到運維真正的智能化，但這是以精準的數據源為基礎得出的。

總之，在地面電站建設中我們采用光伏組串式或光伏集中式應根據前面的數據進行選擇，若單從安全方面考慮，光伏組串式的輸出電壓U、輸出電流I是小于集中方式的；單從成本方面考慮，組串式的成本比光伏集中式的要多，；單從后期收益考慮，組串式發電量相對要高于集中式的。我們在大型的地面光伏電站的建設過程中，采用組串式方案不僅會帶來發電量的增大，還能有效解決光伏電站交付后運維中長期存在的不利因素。在建設光伏電站的總體投資中，設計者不僅公要考慮的是電站的初始投資成本，還需要放眼未來，關注運行維護的總體成本，這樣才是處于不敗地位的佼佼者光伏電站。光伏組串式建設方案，相比采用集中式的逆變器布局，它能為一個光伏電站獲得長期穩定的收益提供有效保證，是我們未來建設光伏電站的一個總體發展方向。

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[責任編輯：朱麗娜]