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引言：
當(dāng)下廣受行業(yè)追捧的高效組件技術(shù)非雙面組件莫屬，但再高效的組件仍需逆變器等設(shè)備與之匹配才能充分釋放價值。
最近業(yè)內(nèi)“忽如一夜春風(fēng)來”出現(xiàn)了很多匹配雙面組件的逆變器，那么究竟哪款才是雙面組件真正的“最佳拍檔“呢？本文從大量的實證數(shù)據(jù)出發(fā)，為讀者揭開雙面組件最優(yōu)匹配逆變器的神秘面紗。
什么是雙面組件
目前市場上的雙面組件使用的電池技術(shù)主要有基于p型硅片的PERC技術(shù)，基于n型硅片的PERT技術(shù)和異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的HIT技術(shù)。
圖1 雙面組件與常規(guī)組件
如圖1所示，除了正面接收太陽輻射外，雙面組件背面也可以接收來自空氣中的散射光、地面的反射光以及每天早晚來自背面的太陽直射光。因此雙面組件的發(fā)電量與相同電站設(shè)計的單面組件相比有一定的增益。
圖2 雙面組件來自背面的發(fā)電量增益
我們采用結(jié)構(gòu)相同的單面和雙面組件進行了長期測試，可以看到雙面組件來自背面的發(fā)電量增益與場景密切相關(guān)，發(fā)電量提升5%~39%不等。此外，基于弱光響應(yīng)好、工作溫度下功率損失小的優(yōu)異性能，雙面組件還可以進一步提升發(fā)電量至2-6%。
綜合來講，雙面組件相對常規(guī)組件的發(fā)電量增益在圖2列出的場景一般為7%~45%。
雙面組件電站需要怎樣的逆變器？
01
輸入電流能力更強，效率更高
下圖為某知名廠家正面功率為300W的雙面組件部分參數(shù)，可以看到隨著雙面增益的增加，開路電壓和峰值功率電壓基本不變，而組件峰值功率和峰值功率電流變大。
這就要求設(shè)計人員根據(jù)項目實際增益情況選擇直流側(cè)輸入電流更大、更合適的逆變器。
華為SUN2000-75KTL-C1雙面組件專用逆變器每路MPPT電流25A（見下表），完全滿足雙面組件輸出電流變大的應(yīng)用需求，且98.58%的中國效率問鼎行業(yè)。
02
MPPT顆粒度更細
圖3 雙面組件背面增益因位置不同差異大
如圖3所示，雙面組件背面輻照不均勻，導(dǎo)致組件最終輸出總體功率不同，組件電流離散率達到5%以上。這就要求逆變器MPPT顆粒度更細，另外在設(shè)計組串和組串接入逆變器時應(yīng)盡量避免不一致造成的失配損失。
華為SUN2000-75KTL-C1雙面組件專用逆變器每2串一路MPPT，是業(yè)界MPPT顆粒度最細的逆變器，最大程度地減少雙面組件帶來的失配。經(jīng)PVSYST仿真2串一路MPPT的逆變器較常規(guī)逆變器在雙面組件系統(tǒng)中失配損失低1.1%。
03
自適應(yīng)、更精準、業(yè)內(nèi)最高效的MPPT算法
圖4 不同組件IV曲線圖
如上圖4所示，由于雙面組件失配較多，其IV曲線較單面組件更復(fù)雜、功率-電壓曲線將產(chǎn)生多個極值峰，這就對逆變器的檢測精度和最大功率跟蹤（MPPT）提出了更高的要求。
對此，華為組串式逆變器擁有多路MPPT單元，能極大地避免組串失配導(dǎo)致的發(fā)電量損失；組串級的檢測精度達到0.5%。
同時，華為采用業(yè)內(nèi)最高效的MPP智能追蹤算法，逆變器采用自適應(yīng)MPPT追蹤技術(shù)，光照相對穩(wěn)定時能最大程度逼近組件的最大功率點；當(dāng)多云天氣光照劇烈變化時，能快速響應(yīng)實時追蹤到最大功率點，最佳適配雙面組件。
此外，針對雙面組件存在多個極值峰的特點，可智能識別當(dāng)前是否處于全局最大功率點，并及時啟動高速多峰掃描算法，確保逆變器始終處于組件全局最大功率點，有效提升雙面組件的發(fā)電量。
04
更加安全可靠的防護設(shè)計
電流變大導(dǎo)致熔絲故障率增大
組件電流受輻照、溫度等影響，大小不可控制，當(dāng)熔絲處在小電流過載時，其熔斷時間將變得很長，在這種“將斷未斷”的情況下，熔絲將處于一個非常高溫的熱平衡狀態(tài)，或破壞線纜和熔絲盒的絕緣，最終引發(fā)著火事故。雙面組件輸出電流更大，更加容易出現(xiàn)小電流過載情況，導(dǎo)致高溫熔斷甚至引發(fā)火災(zāi)。
圖5 熔絲高溫引發(fā)故障
華為SUN2000-75KTL-C1雙面組件專用逆變器每2串一路MPPT，采用無熔絲的安全防護方案，從設(shè)計上就保證不會出現(xiàn)過電流情況，安全保護組件并提高系統(tǒng)可靠性。 同時，避免了安全隱患、頻繁的更換熔絲的運維工作和因熔絲故障引起的發(fā)電量損失。
單一規(guī)格的熔絲無法適應(yīng)當(dāng)前主流組件
現(xiàn)在市面上主流廠家的雙面組件最大反向承受電流能力有15A和20A兩種，如下圖所示。這時直流匯流箱或內(nèi)置熔絲的組串式逆變器無論選擇哪種熔絲規(guī)格都無法適配另外一種規(guī)格的組件，即內(nèi)置20A的熔絲，將無法保護15A的組件；內(nèi)置15A熔絲又將因為工作電流大而頻繁熔斷。
兩個主流雙面廠家的最大保險絲額定電流
05
更精細化的設(shè)計, 業(yè)內(nèi)唯一一款精準的雙面組件電站設(shè)計工具
如前文所述，雙面組件綜合功率受項目地輻照資源、地面反射率等眾多因素影響，導(dǎo)致雙面組件在不同項目的實際輸出功率差異很大。
這就要求設(shè)計人員不能一刀切地照搬組件串并聯(lián)和逆變器的配置，而應(yīng)該根據(jù)具體項目來精細設(shè)計。即便是相同地方，因場景不同方案也需要精細化設(shè)計。因此，雙面組件系統(tǒng)方案較常規(guī)組件變化更多。如果要將所有影響因素都考慮到，雙面組件系統(tǒng)的設(shè)計方案將多達10000種以上。此時按照經(jīng)驗和常規(guī)設(shè)計已經(jīng)無法準確而快速地獲取最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計，需要更專業(yè)的雙面組件設(shè)計工具來輔助。
一般來講，雙面組件的發(fā)電量評估需要建立相應(yīng)的物理模型。NREL、美國圣地亞國家實驗室以及德國Fraunhofer ISE的研究人員在這方面做了大量研究，他們著重研究了Ray-tracing和veiw-factor兩個模型，可以較為準確地描述雙面組件來自背面的增益。這兩個模型基于3D建模，盡管能夠呈現(xiàn)更多細節(jié)，但算法比較復(fù)雜，運算起來也比較耗時，不符合工程應(yīng)用的實際需求。
華為在這兩個模型的基礎(chǔ)上進行了簡化和優(yōu)化，推出了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的基于2D物理模型（如圖6所示）的設(shè)計利器——雙面組件系統(tǒng)智能設(shè)計工具：它可以在計算速度和設(shè)計細節(jié)之間找到平衡點，準確而快速地計算雙面組件系統(tǒng)的最佳配置。
圖6 雙面組件背面受到輻照的2D模型示意圖
智能雙面組件設(shè)計工具，融合全場景、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的智能控制算法，可以精準輸出最優(yōu)設(shè)計方案，較采用常規(guī)設(shè)計方法的方案發(fā)電量提升3%以上，是當(dāng)前業(yè)內(nèi)唯一一款精準的雙面組件電站設(shè)計工具，已被大量實際數(shù)據(jù)驗證。
最后，雙面組件IV曲線的復(fù)雜性使組串故障智能診斷容易誤判，反而引起運維的不便。最新的華為智能光伏IV診斷功能2.0，采用了全新的智能組串診斷算法，它基于大數(shù)據(jù)分析和AI算法，能夠自主學(xué)習(xí)、自我進化，在內(nèi)置數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上快速掌握各類組件的輸入輸出特性曲線并自動過濾引起誤判的噪聲，可全面支持雙面組件，是雙面組件電站運營維護的最佳選擇。
綜上，將智能光伏與當(dāng)前主流逆變器解決方案進行對比分析，見下表。
表3：雙面組件場景各解決方案對比表
雙面組件匹配不同解決方案對比項
傳統(tǒng)集中式解決方案
傳統(tǒng)組串式解決方案
智能光伏解決方案
逆變器輸入直流電流增大
良；
減少匯流箱數(shù)量
差；
沒有增大MPPT輸入電流
優(yōu)；
增大MPPT輸入電流
逆變器MPPT顆粒度
差；
百串一路MPPT
良；
多串（大于2）一路MPPT
優(yōu)；
2串一路MPPT
逆變器熔絲故障
差；
差；
優(yōu)；
2串一路MPPT無熔絲方案
逆變器MPPT算法
差；
差；
優(yōu)；
行業(yè)最高效算法，同時針對雙面組件的IV曲線復(fù)雜多峰等特點進行了智能算法優(yōu)化
雙面組件解決方案設(shè)計
無；
無；
優(yōu)：
目前業(yè)內(nèi)唯一的智能自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)雙面組件設(shè)計工具，面對各復(fù)雜場景
雙面組件分析工具
無；
無；
優(yōu)；
智能IV曲線2.0，基于大數(shù)據(jù)分析和AI算法，雙面組件電站運維最佳選擇
總結(jié)
不建議
可用
最佳匹配
雙面組件+最佳逆變器應(yīng)用案例
輸入電流更大、效率最高、業(yè)內(nèi)唯一的雙面智能設(shè)計工具、“雙面組件+跟蹤支架”智能融合控制算法、業(yè)內(nèi)最高效的組件MPP智能追蹤算法以及安全可靠的無熔絲設(shè)計，這五大智能法寶使得華為逆變器成為當(dāng)之無愧的雙面組件最佳搭檔。
實際上，華為逆變器和雙面組件解決方案已廣泛應(yīng)用于各種場景的雙面組件電站，下表是部分精選案例：
表4：華為組串逆變器在雙面組件電站的精選案例
案例1
共和雙面組件電站
并網(wǎng)時間：2016年6月
容量：固定支架1MW，平單軸跟蹤支架1.3MW
逆變器： HW SUN2000-50KTL-C1
組件： 360W HIT雙面
應(yīng)用場景： 草與沙
發(fā)電量增益（相比常規(guī)組件）：10.5%
案例2
格爾木雙面組件電站
并網(wǎng)時間：2017年8月起逐步并網(wǎng)
容量：平單軸跟蹤支架60MW
逆變器：HW SUN2000-50KTL-C1
組件：345W組件，350W組件
應(yīng)用場景：沙漠
發(fā)電量增益（相比常規(guī)組件）： 13%
案例3
新泰農(nóng)光互補項目
并網(wǎng)時間：2017年11月
容量：單軸跟蹤支架100MW
逆變器：HW SUN2000-50KTL-C1
組件：310W
應(yīng)用場景：農(nóng)光
發(fā)電量增益（相比常規(guī)組件）：22%
案例4
兩淮漂浮電站
并網(wǎng)時間：2017年12月
容量：10 MW
逆變器：HW SUN2000-50KTL-C1
組件：285W
應(yīng)用場景：水面白色浮筒
發(fā)電量增益（相比常規(guī)組件）：15%
總結(jié)
毫無疑問，雙面組件已然按下新一輪技術(shù)更替鍵，而新技術(shù)的應(yīng)用必然帶來新匹配技術(shù)需求，如更高的逆變器輸入電流、更細的MPPT顆粒度、更精準的MPPT算法，更智能的雙面電站設(shè)計工具……誰是最適配的光伏逆變器和方案設(shè)計？通過以上分析，答案不言而喻。
當(dāng)下廣受行業(yè)追捧的高效組件技術(shù)非雙面組件莫屬，但再高效的組件仍需逆變器等設(shè)備與之匹配才能充分釋放價值。
最近業(yè)內(nèi)“忽如一夜春風(fēng)來”出現(xiàn)了很多匹配雙面組件的逆變器，那么究竟哪款才是雙面組件真正的“最佳拍檔“呢？本文從大量的實證數(shù)據(jù)出發(fā)，為讀者揭開雙面組件最優(yōu)匹配逆變器的神秘面紗。
什么是雙面組件
目前市場上的雙面組件使用的電池技術(shù)主要有基于p型硅片的PERC技術(shù)，基于n型硅片的PERT技術(shù)和異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的HIT技術(shù)。
圖1 雙面組件與常規(guī)組件
如圖1所示，除了正面接收太陽輻射外，雙面組件背面也可以接收來自空氣中的散射光、地面的反射光以及每天早晚來自背面的太陽直射光。因此雙面組件的發(fā)電量與相同電站設(shè)計的單面組件相比有一定的增益。
圖2 雙面組件來自背面的發(fā)電量增益
我們采用結(jié)構(gòu)相同的單面和雙面組件進行了長期測試，可以看到雙面組件來自背面的發(fā)電量增益與場景密切相關(guān)，發(fā)電量提升5%~39%不等。此外，基于弱光響應(yīng)好、工作溫度下功率損失小的優(yōu)異性能，雙面組件還可以進一步提升發(fā)電量至2-6%。
綜合來講，雙面組件相對常規(guī)組件的發(fā)電量增益在圖2列出的場景一般為7%~45%。
雙面組件電站需要怎樣的逆變器？
01
輸入電流能力更強，效率更高
下圖為某知名廠家正面功率為300W的雙面組件部分參數(shù)，可以看到隨著雙面增益的增加，開路電壓和峰值功率電壓基本不變，而組件峰值功率和峰值功率電流變大。
這就要求設(shè)計人員根據(jù)項目實際增益情況選擇直流側(cè)輸入電流更大、更合適的逆變器。
華為SUN2000-75KTL-C1雙面組件專用逆變器每路MPPT電流25A（見下表），完全滿足雙面組件輸出電流變大的應(yīng)用需求，且98.58%的中國效率問鼎行業(yè)。
02
MPPT顆粒度更細
圖3 雙面組件背面增益因位置不同差異大
如圖3所示，雙面組件背面輻照不均勻，導(dǎo)致組件最終輸出總體功率不同，組件電流離散率達到5%以上。這就要求逆變器MPPT顆粒度更細，另外在設(shè)計組串和組串接入逆變器時應(yīng)盡量避免不一致造成的失配損失。
華為SUN2000-75KTL-C1雙面組件專用逆變器每2串一路MPPT，是業(yè)界MPPT顆粒度最細的逆變器，最大程度地減少雙面組件帶來的失配。經(jīng)PVSYST仿真2串一路MPPT的逆變器較常規(guī)逆變器在雙面組件系統(tǒng)中失配損失低1.1%。
03
自適應(yīng)、更精準、業(yè)內(nèi)最高效的MPPT算法
圖4 不同組件IV曲線圖
如上圖4所示，由于雙面組件失配較多，其IV曲線較單面組件更復(fù)雜、功率-電壓曲線將產(chǎn)生多個極值峰，這就對逆變器的檢測精度和最大功率跟蹤（MPPT）提出了更高的要求。
對此，華為組串式逆變器擁有多路MPPT單元，能極大地避免組串失配導(dǎo)致的發(fā)電量損失；組串級的檢測精度達到0.5%。
同時，華為采用業(yè)內(nèi)最高效的MPP智能追蹤算法，逆變器采用自適應(yīng)MPPT追蹤技術(shù)，光照相對穩(wěn)定時能最大程度逼近組件的最大功率點；當(dāng)多云天氣光照劇烈變化時，能快速響應(yīng)實時追蹤到最大功率點，最佳適配雙面組件。
此外，針對雙面組件存在多個極值峰的特點，可智能識別當(dāng)前是否處于全局最大功率點，并及時啟動高速多峰掃描算法，確保逆變器始終處于組件全局最大功率點，有效提升雙面組件的發(fā)電量。
04
更加安全可靠的防護設(shè)計
電流變大導(dǎo)致熔絲故障率增大
組件電流受輻照、溫度等影響，大小不可控制，當(dāng)熔絲處在小電流過載時，其熔斷時間將變得很長，在這種“將斷未斷”的情況下，熔絲將處于一個非常高溫的熱平衡狀態(tài)，或破壞線纜和熔絲盒的絕緣，最終引發(fā)著火事故。雙面組件輸出電流更大，更加容易出現(xiàn)小電流過載情況，導(dǎo)致高溫熔斷甚至引發(fā)火災(zāi)。
圖5 熔絲高溫引發(fā)故障
華為SUN2000-75KTL-C1雙面組件專用逆變器每2串一路MPPT，采用無熔絲的安全防護方案，從設(shè)計上就保證不會出現(xiàn)過電流情況，安全保護組件并提高系統(tǒng)可靠性。 同時，避免了安全隱患、頻繁的更換熔絲的運維工作和因熔絲故障引起的發(fā)電量損失。
單一規(guī)格的熔絲無法適應(yīng)當(dāng)前主流組件
現(xiàn)在市面上主流廠家的雙面組件最大反向承受電流能力有15A和20A兩種，如下圖所示。這時直流匯流箱或內(nèi)置熔絲的組串式逆變器無論選擇哪種熔絲規(guī)格都無法適配另外一種規(guī)格的組件，即內(nèi)置20A的熔絲，將無法保護15A的組件；內(nèi)置15A熔絲又將因為工作電流大而頻繁熔斷。
兩個主流雙面廠家的最大保險絲額定電流
05
更精細化的設(shè)計, 業(yè)內(nèi)唯一一款精準的雙面組件電站設(shè)計工具
如前文所述，雙面組件綜合功率受項目地輻照資源、地面反射率等眾多因素影響，導(dǎo)致雙面組件在不同項目的實際輸出功率差異很大。
這就要求設(shè)計人員不能一刀切地照搬組件串并聯(lián)和逆變器的配置，而應(yīng)該根據(jù)具體項目來精細設(shè)計。即便是相同地方，因場景不同方案也需要精細化設(shè)計。因此，雙面組件系統(tǒng)方案較常規(guī)組件變化更多。如果要將所有影響因素都考慮到，雙面組件系統(tǒng)的設(shè)計方案將多達10000種以上。此時按照經(jīng)驗和常規(guī)設(shè)計已經(jīng)無法準確而快速地獲取最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計，需要更專業(yè)的雙面組件設(shè)計工具來輔助。
一般來講，雙面組件的發(fā)電量評估需要建立相應(yīng)的物理模型。NREL、美國圣地亞國家實驗室以及德國Fraunhofer ISE的研究人員在這方面做了大量研究，他們著重研究了Ray-tracing和veiw-factor兩個模型，可以較為準確地描述雙面組件來自背面的增益。這兩個模型基于3D建模，盡管能夠呈現(xiàn)更多細節(jié)，但算法比較復(fù)雜，運算起來也比較耗時，不符合工程應(yīng)用的實際需求。
華為在這兩個模型的基礎(chǔ)上進行了簡化和優(yōu)化，推出了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的基于2D物理模型（如圖6所示）的設(shè)計利器——雙面組件系統(tǒng)智能設(shè)計工具：它可以在計算速度和設(shè)計細節(jié)之間找到平衡點，準確而快速地計算雙面組件系統(tǒng)的最佳配置。
圖6 雙面組件背面受到輻照的2D模型示意圖
智能雙面組件設(shè)計工具，融合全場景、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的智能控制算法，可以精準輸出最優(yōu)設(shè)計方案，較采用常規(guī)設(shè)計方法的方案發(fā)電量提升3%以上，是當(dāng)前業(yè)內(nèi)唯一一款精準的雙面組件電站設(shè)計工具，已被大量實際數(shù)據(jù)驗證。
最后，雙面組件IV曲線的復(fù)雜性使組串故障智能診斷容易誤判，反而引起運維的不便。最新的華為智能光伏IV診斷功能2.0，采用了全新的智能組串診斷算法，它基于大數(shù)據(jù)分析和AI算法，能夠自主學(xué)習(xí)、自我進化，在內(nèi)置數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上快速掌握各類組件的輸入輸出特性曲線并自動過濾引起誤判的噪聲，可全面支持雙面組件，是雙面組件電站運營維護的最佳選擇。
綜上，將智能光伏與當(dāng)前主流逆變器解決方案進行對比分析，見下表。
表3：雙面組件場景各解決方案對比表
雙面組件匹配不同解決方案對比項
傳統(tǒng)集中式解決方案
傳統(tǒng)組串式解決方案
智能光伏解決方案
逆變器輸入直流電流增大
良；
減少匯流箱數(shù)量
差；
沒有增大MPPT輸入電流
優(yōu)；
增大MPPT輸入電流
逆變器MPPT顆粒度
差；
百串一路MPPT
良；
多串（大于2）一路MPPT
優(yōu)；
2串一路MPPT
逆變器熔絲故障
差；
差；
優(yōu)；
2串一路MPPT無熔絲方案
逆變器MPPT算法
差；
差；
優(yōu)；
行業(yè)最高效算法，同時針對雙面組件的IV曲線復(fù)雜多峰等特點進行了智能算法優(yōu)化
雙面組件解決方案設(shè)計
無；
無；
優(yōu)：
目前業(yè)內(nèi)唯一的智能自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)雙面組件設(shè)計工具，面對各復(fù)雜場景
雙面組件分析工具
無；
無；
優(yōu)；
智能IV曲線2.0，基于大數(shù)據(jù)分析和AI算法，雙面組件電站運維最佳選擇
總結(jié)
不建議
可用
最佳匹配
雙面組件+最佳逆變器應(yīng)用案例
輸入電流更大、效率最高、業(yè)內(nèi)唯一的雙面智能設(shè)計工具、“雙面組件+跟蹤支架”智能融合控制算法、業(yè)內(nèi)最高效的組件MPP智能追蹤算法以及安全可靠的無熔絲設(shè)計，這五大智能法寶使得華為逆變器成為當(dāng)之無愧的雙面組件最佳搭檔。
實際上，華為逆變器和雙面組件解決方案已廣泛應(yīng)用于各種場景的雙面組件電站，下表是部分精選案例：
表4：華為組串逆變器在雙面組件電站的精選案例
案例1
共和雙面組件電站
并網(wǎng)時間：2016年6月
容量：固定支架1MW，平單軸跟蹤支架1.3MW
逆變器： HW SUN2000-50KTL-C1
組件： 360W HIT雙面
應(yīng)用場景： 草與沙
發(fā)電量增益（相比常規(guī)組件）：10.5%
案例2
格爾木雙面組件電站
并網(wǎng)時間：2017年8月起逐步并網(wǎng)
容量：平單軸跟蹤支架60MW
逆變器：HW SUN2000-50KTL-C1
組件：345W組件，350W組件
應(yīng)用場景：沙漠
發(fā)電量增益（相比常規(guī)組件）： 13%
案例3
新泰農(nóng)光互補項目
并網(wǎng)時間：2017年11月
容量：單軸跟蹤支架100MW
逆變器：HW SUN2000-50KTL-C1
組件：310W
應(yīng)用場景：農(nóng)光
發(fā)電量增益（相比常規(guī)組件）：22%
案例4
兩淮漂浮電站
并網(wǎng)時間：2017年12月
容量：10 MW
逆變器：HW SUN2000-50KTL-C1
組件：285W
應(yīng)用場景：水面白色浮筒
發(fā)電量增益（相比常規(guī)組件）：15%
總結(jié)
毫無疑問，雙面組件已然按下新一輪技術(shù)更替鍵，而新技術(shù)的應(yīng)用必然帶來新匹配技術(shù)需求，如更高的逆變器輸入電流、更細的MPPT顆粒度、更精準的MPPT算法，更智能的雙面電站設(shè)計工具……誰是最適配的光伏逆變器和方案設(shè)計？通過以上分析，答案不言而喻。
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