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光伏系統(tǒng)的發(fā)展，什么東西都是越做越大，唯有逆變器是越做越小了。原來(lái)只有一種集中逆變器;后來(lái)發(fā)展出了組串逆變器;再后來(lái)有了每個(gè)組件裝一個(gè)的微型逆變器;再后來(lái)有了只在組件端處理MPPT優(yōu)化，把DC-AC功能交還給組串逆變器的組件優(yōu)化器，和接線盒集成了(智能接線盒);現(xiàn)在甚至出現(xiàn)了針對(duì)組件內(nèi)電池串甚至單個(gè)電池優(yōu)化的所謂“亞組件集成變流器”(Sub-module integrated converter, SubMIC)。
這倒也迎合我們光伏系統(tǒng)分布式發(fā)展的大趨勢(shì)!
為什么會(huì)出現(xiàn)這種變流器逆變器分布式發(fā)展的趨勢(shì)?歸根結(jié)底兩點(diǎn)原因：榨出光伏系統(tǒng)每一毫瓦可以發(fā)的電，以及提升光伏系統(tǒng)的可靠性。這看起來(lái)是很矛盾的東西——F1方程式的引擎可以榨干每一分馬力，可這種高轉(zhuǎn)速引擎也就開個(gè)幾百公里的壽命。但其實(shí)對(duì)光伏系統(tǒng)，卻有可能是魚和熊掌兼得的。這里聽兔子君慢慢道來(lái)。
電池在生產(chǎn)的時(shí)候，龍生九子各個(gè)不同;封裝以后，組件與組件的差距進(jìn)一步放大;再連線，又引入了線損的不同;別說(shuō)傾角什么的也不可能完全一樣。當(dāng)把所有的組件連在一起的時(shí)候，無(wú)論是串聯(lián)還是并聯(lián)，都是對(duì)電流和電壓相互牽制的過程。就算是設(shè)計(jì)生產(chǎn)的時(shí)候把什么參數(shù)都搞成一樣，還有鳥屎、樹木建筑物遮擋、溫度梯度等外界參數(shù)，使得各個(gè)電池處于不同的偏置狀態(tài)。結(jié)果就是發(fā)電量不能最大化，而且有的太陽(yáng)能電池長(zhǎng)期處于反向偏置狀態(tài)還可能造成熱斑等惡劣后果，嚴(yán)重影響壽命。
所以組串逆變器出現(xiàn)了，不管別的組串怎么樣，我可以把我自己的組串發(fā)電量榨干，并且如果我這個(gè)組串掛了，至少別的組串不受影響;再后來(lái)微型逆變器和組件優(yōu)化器出現(xiàn)了，不管組串上別的組件怎么樣，我可以把我自己的這個(gè)組件發(fā)電量榨干，并且如果我這個(gè)組件掛了，別的組件不受影響;所以亞組件集成變流器出現(xiàn)了，不管組件里別的電池怎么樣，我可以把我自己的這個(gè)電池發(fā)電量榨干，并且如果我這個(gè)電池掛了，組件里別的電池不受影響。
(各種變流設(shè)備設(shè)計(jì)模型)
效果
分布式變流設(shè)備(逆變器、優(yōu)化器、變流器)對(duì)效果的增益毋庸置疑，只是大小因應(yīng)用場(chǎng)景而異。越是地形光照氣候復(fù)雜的系統(tǒng)，組串之間、組件之間、電池之間的發(fā)電量變化比較大，分布式變流設(shè)備的價(jià)值就越高。需要考慮到的是，只要是電子設(shè)備就會(huì)有功率損耗。一般來(lái)說(shuō)優(yōu)化器的CEC效率是高于一般逆變器的，而一般逆變器又高于微型逆變器，微型逆變器又高于亞組件變流器。傳統(tǒng)認(rèn)為3-4kW系統(tǒng)是拐點(diǎn)，低于這個(gè)大小的光伏系統(tǒng)比較適合于微型逆變器以下的分布式布局。隨著電力電子技術(shù)的提升，價(jià)格不斷降低，這個(gè)拐點(diǎn)應(yīng)該是不斷提升的。值得注意的是，新型電子元件采用的差分功率處理模式(DPP)，只在發(fā)電功率的失配的情況產(chǎn)生作用，所以無(wú)論是效率、壽命還是元器件的大小，都有非常大的提升。
壽命
這個(gè)大概是最值得關(guān)心的事情。絕大多數(shù)人，包括兔子都有這樣的疑問——電子元件自己也有壽命啊，加在光伏系統(tǒng)甚至組件里面，靠譜不靠譜?固然分布式變流器解決了電池組件反向偏置等等讓太陽(yáng)能電池大幅“折壽”的問題，但是本身的壽命不靠譜的話，豈不是兩相抵消甚至更慘?這是很要命的問題。
如果是假設(shè)變流器壽命無(wú)限長(zhǎng)，僅僅從提升光伏組件壽命來(lái)看，按照低于80%發(fā)電量就報(bào)廢來(lái)算，微型逆變器和組件優(yōu)化器基本可以提升光伏系統(tǒng)5年的壽命，而亞組件變流系統(tǒng)可以提升10年壽命。
如果是引入電力電子設(shè)備的壽命，光伏系統(tǒng)壽命上的收益就要少很多。根據(jù)一般標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體元器件標(biāo)準(zhǔn)，25年質(zhì)保，根據(jù)Weibull概率模型，25年后會(huì)有5%的原件失效，50年后會(huì)有20%的原件失效。這樣的話微型逆變器和組件優(yōu)化器基本上不會(huì)對(duì)光伏系統(tǒng)壽命提升有任何幫助，而亞組件變流器依然可以有大致5年的壽命提升。
壽命提升直接導(dǎo)致度電成本下降，如果有很好的商業(yè)模式的情況下，電力電子元件追加的成本可以輕易的被找回來(lái)。提高元件的可靠性，減少失效率，是分布式變流器逆變器成功的關(guān)鍵!
后記：所謂只有想不到，沒有做不到——以后會(huì)不會(huì)有針對(duì)相鄰副柵圈起來(lái)的電池一小塊的電子器件，專治掉柵隱裂!兔子此處占坑，給它起個(gè)名叫做“亞電池集成變流器(Sub-Cell Integrated Converter, subCIC)”!
這倒也迎合我們光伏系統(tǒng)分布式發(fā)展的大趨勢(shì)!
(各種變流設(shè)備的優(yōu)化處理范圍，Olalla, PIP, 2017)
為什么會(huì)出現(xiàn)這種東西為什么會(huì)出現(xiàn)這種變流器逆變器分布式發(fā)展的趨勢(shì)?歸根結(jié)底兩點(diǎn)原因：榨出光伏系統(tǒng)每一毫瓦可以發(fā)的電，以及提升光伏系統(tǒng)的可靠性。這看起來(lái)是很矛盾的東西——F1方程式的引擎可以榨干每一分馬力，可這種高轉(zhuǎn)速引擎也就開個(gè)幾百公里的壽命。但其實(shí)對(duì)光伏系統(tǒng)，卻有可能是魚和熊掌兼得的。這里聽兔子君慢慢道來(lái)。
電池在生產(chǎn)的時(shí)候，龍生九子各個(gè)不同;封裝以后，組件與組件的差距進(jìn)一步放大;再連線，又引入了線損的不同;別說(shuō)傾角什么的也不可能完全一樣。當(dāng)把所有的組件連在一起的時(shí)候，無(wú)論是串聯(lián)還是并聯(lián)，都是對(duì)電流和電壓相互牽制的過程。就算是設(shè)計(jì)生產(chǎn)的時(shí)候把什么參數(shù)都搞成一樣，還有鳥屎、樹木建筑物遮擋、溫度梯度等外界參數(shù)，使得各個(gè)電池處于不同的偏置狀態(tài)。結(jié)果就是發(fā)電量不能最大化，而且有的太陽(yáng)能電池長(zhǎng)期處于反向偏置狀態(tài)還可能造成熱斑等惡劣后果，嚴(yán)重影響壽命。
所以組串逆變器出現(xiàn)了，不管別的組串怎么樣，我可以把我自己的組串發(fā)電量榨干，并且如果我這個(gè)組串掛了，至少別的組串不受影響;再后來(lái)微型逆變器和組件優(yōu)化器出現(xiàn)了，不管組串上別的組件怎么樣，我可以把我自己的這個(gè)組件發(fā)電量榨干，并且如果我這個(gè)組件掛了，別的組件不受影響;所以亞組件集成變流器出現(xiàn)了，不管組件里別的電池怎么樣，我可以把我自己的這個(gè)電池發(fā)電量榨干，并且如果我這個(gè)電池掛了，組件里別的電池不受影響。
(各種變流設(shè)備設(shè)計(jì)模型)
效果
分布式變流設(shè)備(逆變器、優(yōu)化器、變流器)對(duì)效果的增益毋庸置疑，只是大小因應(yīng)用場(chǎng)景而異。越是地形光照氣候復(fù)雜的系統(tǒng)，組串之間、組件之間、電池之間的發(fā)電量變化比較大，分布式變流設(shè)備的價(jià)值就越高。需要考慮到的是，只要是電子設(shè)備就會(huì)有功率損耗。一般來(lái)說(shuō)優(yōu)化器的CEC效率是高于一般逆變器的，而一般逆變器又高于微型逆變器，微型逆變器又高于亞組件變流器。傳統(tǒng)認(rèn)為3-4kW系統(tǒng)是拐點(diǎn)，低于這個(gè)大小的光伏系統(tǒng)比較適合于微型逆變器以下的分布式布局。隨著電力電子技術(shù)的提升，價(jià)格不斷降低，這個(gè)拐點(diǎn)應(yīng)該是不斷提升的。值得注意的是，新型電子元件采用的差分功率處理模式(DPP)，只在發(fā)電功率的失配的情況產(chǎn)生作用，所以無(wú)論是效率、壽命還是元器件的大小，都有非常大的提升。
壽命
這個(gè)大概是最值得關(guān)心的事情。絕大多數(shù)人，包括兔子都有這樣的疑問——電子元件自己也有壽命啊，加在光伏系統(tǒng)甚至組件里面，靠譜不靠譜?固然分布式變流器解決了電池組件反向偏置等等讓太陽(yáng)能電池大幅“折壽”的問題，但是本身的壽命不靠譜的話，豈不是兩相抵消甚至更慘?這是很要命的問題。
如果是假設(shè)變流器壽命無(wú)限長(zhǎng)，僅僅從提升光伏組件壽命來(lái)看，按照低于80%發(fā)電量就報(bào)廢來(lái)算，微型逆變器和組件優(yōu)化器基本可以提升光伏系統(tǒng)5年的壽命，而亞組件變流系統(tǒng)可以提升10年壽命。
如果是引入電力電子設(shè)備的壽命，光伏系統(tǒng)壽命上的收益就要少很多。根據(jù)一般標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體元器件標(biāo)準(zhǔn)，25年質(zhì)保，根據(jù)Weibull概率模型，25年后會(huì)有5%的原件失效，50年后會(huì)有20%的原件失效。這樣的話微型逆變器和組件優(yōu)化器基本上不會(huì)對(duì)光伏系統(tǒng)壽命提升有任何幫助，而亞組件變流器依然可以有大致5年的壽命提升。
壽命提升直接導(dǎo)致度電成本下降，如果有很好的商業(yè)模式的情況下，電力電子元件追加的成本可以輕易的被找回來(lái)。提高元件的可靠性，減少失效率，是分布式變流器逆變器成功的關(guān)鍵!
后記：所謂只有想不到，沒有做不到——以后會(huì)不會(huì)有針對(duì)相鄰副柵圈起來(lái)的電池一小塊的電子器件，專治掉柵隱裂!兔子此處占坑，給它起個(gè)名叫做“亞電池集成變流器(Sub-Cell Integrated Converter, subCIC)”!
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