我國(guó)光伏并網(wǎng)逆變器未來(lái)發(fā)展初探

安徽頤和新能源科技股份有限公司 姚俊

2011年度以來(lái)，在光伏組件價(jià)格節(jié)節(jié)走低及我國(guó)1.15元/kWh光伏上網(wǎng)電價(jià)政策推出的雙重影響下，國(guó)內(nèi)光伏電站建設(shè)在2011下半年度呈爆發(fā)態(tài)勢(shì)，這也極大地推動(dòng)了我國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是帶動(dòng)了光伏匯流箱、配電柜、并網(wǎng)逆變器等相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展。

隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，市場(chǎng)對(duì)光伏產(chǎn)品也提出了許多新的課題，光伏產(chǎn)業(yè)未來(lái)如何發(fā)展？本文僅就光伏并網(wǎng)逆變器環(huán)節(jié)作初步分析，與大家分享并探討。

一 價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)必將推動(dòng)器件國(guó)產(chǎn)化

光伏并網(wǎng)逆變技術(shù)由歐洲率先發(fā)展并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，因此歐洲市場(chǎng)對(duì)于光伏逆變產(chǎn)品配套器件的研究開發(fā)、生產(chǎn)制造也較完善。我國(guó)光伏并網(wǎng)逆變技術(shù)雖然自上世紀(jì)九十年代即開始研究，但光伏逆變產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化還是本世紀(jì)初才啟動(dòng)，因總量較小，相關(guān)元器件的研究開發(fā)國(guó)內(nèi)少有廠商愿意開展。到目前為止，我國(guó)企業(yè)制造的光伏并網(wǎng)逆變產(chǎn)品中所用主要器件絕大部分采用歐美品牌，諸如IGBT，電容，電流傳感器，交、直流斷路器，交流接觸器，防雷保護(hù)器，開關(guān)電源等。

近年來(lái)，隨著涉足光伏逆變產(chǎn)品的企業(yè)越來(lái)越多，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)白熱化，市場(chǎng)價(jià)格一路下滑。如500kW光伏并網(wǎng)逆變器，2010年市場(chǎng)價(jià)格約在1.3～1.5元/W；2011年市場(chǎng)價(jià)格還可維持在0.8元/W左右，但到2012年，價(jià)格跳水到0.6～0.4元/W，甚至有人預(yù)言，2013年，500kW逆變器的價(jià)格可能跌破0.4元/W。僅僅3年時(shí)間，價(jià)格跌去近3/4。在這種情況下，各光伏逆變產(chǎn)品制造商成本壓力越來(lái)越大，尋找價(jià)格更為低廉的替代器件成為一種必然的選擇。而國(guó)外器件制造商由于其自身的運(yùn)作模式與管理模式，很難同幅度地對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行降價(jià)。另一方面，隨著市場(chǎng)規(guī)模越來(lái)越大，很多國(guó)內(nèi)器件制造商看到商機(jī)，紛紛投入光伏逆變產(chǎn)品器件的開發(fā)制造，技術(shù)也不斷成熟，目前也有不少國(guó)產(chǎn)品牌器件可以滿足光伏逆變產(chǎn)品的技術(shù)需求，而其價(jià)格較進(jìn)口品牌要低廉得多，所以國(guó)產(chǎn)光伏逆變產(chǎn)品的器件國(guó)產(chǎn)化必將成為一種趨勢(shì)。

當(dāng)然，作為光伏逆變產(chǎn)品制造商，在國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中，如何讓成本大幅下降，又能保證產(chǎn)品的品質(zhì)，這是一個(gè)需要深入思考的問題。筆者認(rèn)為:

首先，逆變產(chǎn)品制造商要建立嚴(yán)格的測(cè)試機(jī)制，對(duì)于所選用的國(guó)產(chǎn)器件要按照嚴(yán)格的測(cè)試條件進(jìn)行測(cè)試，確保所選用的國(guó)產(chǎn)替代器件滿足使用要求，以保證產(chǎn)品的品質(zhì)。

其次，逆變器制造商要與國(guó)內(nèi)器件制造商進(jìn)行充分合作，支持和幫助國(guó)產(chǎn)品牌技術(shù)水平與品質(zhì)的提高。必須承認(rèn)，目前國(guó)內(nèi)的器件制造商較歐美企業(yè)還有一定的差距，同時(shí)，這些制造商對(duì)光伏行業(yè)的要求還未充分掌握，所以需要光伏逆變器制造商與器件制造商一起努力，共同研究和探討，提高器件制造的技術(shù)水平，更加適應(yīng)光伏行業(yè)應(yīng)用，從而推動(dòng)國(guó)產(chǎn)品牌器件技術(shù)水平與產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

第三，逆變器制造商必須加強(qiáng)生產(chǎn)管理，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高工藝的可靠性，降低制造與管理成本。

二 模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化將成趨勢(shì)

所謂模塊化，即逆變器各個(gè)功能部件成為獨(dú)立的模塊，將不同功能的模塊通過(guò)簡(jiǎn)單的拼裝、連接即可成為符合不同應(yīng)用、不同需求的逆變產(chǎn)品。

目前逆變器行業(yè)已有制造商開始模塊化生產(chǎn)，諸如西門子將其原變頻器中的模組稍加修改，即成為了逆變模組，并單獨(dú)對(duì)外銷售。這種逆變模組的推出，降低了光伏逆變器行業(yè)的準(zhǔn)入門檻，使一些有資金但缺乏核心技術(shù)的企業(yè)通過(guò)直接采購(gòu)逆變模組的方式迅速進(jìn)入光伏逆變器行業(yè)。

筆者認(rèn)為，這種模式將來(lái)會(huì)成為一種趨勢(shì)，并且功能模塊將更趨豐富，市場(chǎng)分工將更為細(xì)化。屆時(shí)，將有一部分公司專門設(shè)計(jì)開發(fā)光伏逆變器的功能模塊，而有一些公司則通過(guò)采購(gòu)不同功能模塊的方式，組裝整機(jī)。為了適應(yīng)這種生產(chǎn)模式，各企業(yè)將會(huì)推動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生，推動(dòng)各功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化。這種模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化可以帶來(lái)行業(yè)的規(guī)?；I(yè)化生產(chǎn)，從而最大程度地降低產(chǎn)品成本。

目前的光伏逆變產(chǎn)品制造企業(yè)，必須要有充分的前瞻性，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，就必須要考慮到標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。一方面可以降低企業(yè)的制造成本，方便維護(hù)；另一方面，也可為將來(lái)市場(chǎng)的進(jìn)一步細(xì)化奠定基礎(chǔ)。

當(dāng)然，這種模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化由各個(gè)企業(yè)各自為戰(zhàn)是無(wú)法完成的，它需要光伏逆變產(chǎn)品從業(yè)者團(tuán)結(jié)一致，共同研究、討論制定出一個(gè)能被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)——包括接口、協(xié)議、功能等，以共同推動(dòng)我國(guó)光伏逆變產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展。

三 電網(wǎng)友好型與智能化

大量新能源電力的入網(wǎng)與大量電力電子設(shè)備的掛網(wǎng)運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性與電能質(zhì)量等都提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了減小新能源電力對(duì)電網(wǎng)的影響，電網(wǎng)公司必將會(huì)對(duì)入網(wǎng)的發(fā)電設(shè)備提出更為嚴(yán)格的要求。

2009年，我國(guó)頒布了《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)間諧波》(GB/T 24337-2009)，提出了間諧波的概念。即對(duì)于用電設(shè)備及并網(wǎng)設(shè)備，除需測(cè)試傳統(tǒng)的偶、奇次諧波外，還需測(cè)量間諧波，并要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2011年，德國(guó)電網(wǎng)公司對(duì)連接到低壓電網(wǎng)的光伏逆變器推出了VDE-AR-N4105；對(duì)連接到中壓電網(wǎng)的設(shè)備提出了BDEW標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)入網(wǎng)產(chǎn)品的功能、電能質(zhì)量及電網(wǎng)異常情況下的響應(yīng)提出了更多的要求，比如有功無(wú)功控制、無(wú)功補(bǔ)償、功率因數(shù)調(diào)整、過(guò)頻降額、孤島防護(hù)、低電壓穿越等等。符合上述要求的設(shè)備，在我國(guó)被稱為電網(wǎng)友好型設(shè)備。

光伏并網(wǎng)逆變器，作為光伏電站并網(wǎng)的核心控制設(shè)備，為了適應(yīng)越來(lái)越嚴(yán)格的電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求，必須具備這種電網(wǎng)友好型的特征要求，即要求具有靈活的電網(wǎng)故障響應(yīng)機(jī)制與遠(yuǎn)程控制機(jī)制。也就是說(shuō)，在電網(wǎng)各種狀態(tài)時(shí)，光伏逆變器可以根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的要求選擇不同的響應(yīng)，調(diào)整自己的狀態(tài)，充分地參與到電網(wǎng)管理中，以滿足電網(wǎng)在不同情況下的穩(wěn)定、安全、可靠運(yùn)行，同時(shí)為電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全、可靠運(yùn)行提供強(qiáng)有力的支撐。另一方面，為了適應(yīng)不同電網(wǎng)的需要，逆變器的這種電網(wǎng)響應(yīng)機(jī)制必須具備良好的智能化與可編程化，由當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)調(diào)度對(duì)光伏電站實(shí)行遠(yuǎn)程調(diào)控與編程。如何實(shí)現(xiàn)這種逆變器的智能化，具備充分的可編程特性，滿足電網(wǎng)友好型的要求，應(yīng)是目前光伏逆變器研究者急需思考和解決的問題。

四 小型化與高效化

光伏并網(wǎng)逆變器的小型化，也是發(fā)展趨勢(shì)之一。體積越小，重量越輕，必然會(huì)帶來(lái)運(yùn)輸成本、電站建設(shè)成本的下降。特別是近期傳出將對(duì)電站建設(shè)用地開征“土地使用稅”的傳聞，逆變器的小型化更具意義，可減少電站的建設(shè)用地，減少“土地使用稅”，降低電站的運(yùn)行成本。

當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的小型化，則必須解決逆變器的系統(tǒng)散熱問題，這也是目前的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。筆者認(rèn)為:實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的小型化一是有賴于逆變器自身技術(shù)的變革，如推出新的拓樸結(jié)構(gòu)或新型的散熱結(jié)構(gòu)；二是需器件技術(shù)的變革，如推出更為小型、經(jīng)濟(jì)、高效的IGBT、電抗器、斷路器等器件。

就高效化而言，筆者認(rèn)為，在目前效率已超過(guò)98%、MPPT效率已達(dá)99.9%的情況下，光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)一步的高效化，不應(yīng)該成為目前的主要追求目標(biāo)。因?yàn)樵谀壳扒闆r下，逆變器效率的進(jìn)一步提高，對(duì)整個(gè)電站的效率提高影響十分有限，但所花費(fèi)的代價(jià)則是非常巨大的，可謂得不償失。但我們可以從改善逆變器工作電壓、增加逆變器的適應(yīng)性、優(yōu)化逆變器MPPT、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面著手，提高逆變器的運(yùn)行時(shí)間及太陽(yáng)能利用率，從而提高系統(tǒng)上網(wǎng)電量。