集中式與組串式逆變器方案在大型并網光伏電站中的投資成本分析

中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司 ■ 高立剛

甘肅中電投吉能新能源有限公司 ■ 范憲國

0 引言

近年來，國家政策從初始投資補貼轉向度電補貼，如何降低電站運維成本、提高發電量、提升電站整體收益率，成為光伏電站投資者關注的焦點。國際上計算發電成本使用平準化成本LCOE(Levelized Cost of Energy)來衡量電站投資的可行性。LCOE是系統生命周期內產生的所用相關費用之和與發電量總額之比，即每度電的發電成本(單位：元/kWh)，也適用于光伏發電領域。

通常項目業主比較重視組件、支架、逆變器、箱變、線纜等設備的成本分析，其實電站的施工成本也是一個較大占比。本文將對集中式逆變器和組串式逆變器的建設成本，包括物料安裝和施工成本進行詳細分析，并采用同一廠家的組件、逆變器、線纜等，進行平準化發電成本分析。

1 并網逆變器簡介

目前市場上并網逆變器的產品主要有兩種主流的發展方向：一種是組串式逆變器，另一種是集中式逆變器。兩種方案在大規模并網光伏電站的應用均較為廣泛。

集中式逆變器的規格以單機500 kW為主要產品，隨著技術的更新也出現了630 kW的產品、1 MW的并網逆變器及一體化機房。圖1為陣列區逆變器室，因逆變器需強制冷卻，因此逆變器外墻上設專用風道(采用冷風時)。圖2為集裝箱逆變器房。集中型逆變器一般采用單路MPPT(最大功率跟蹤)跟蹤，組件串經直流匯流后接入并網逆變器，再經升壓箱變并入電網。采用集中型逆變器后，每個組串至逆變器的路徑有一定差異，使得壓降和線路損耗不同。因此，集中式逆變器直流母線電壓側并不能真實地反映每個組串的電壓，而集中型逆變器的跟蹤是以直流側母線電壓電流為依據，實際上，這種跟蹤方式屬于“偽跟蹤”，并不能跟蹤到整個1 MWp子方陣的最大功率點。

圖1 陣列區逆變器室

圖2 集裝箱逆變器房

圖3 組串式逆變器(支架安裝)

組串式逆變器是以組串為單位，在組串式逆變器的進線側設2～3路MPPT，每1～2個組串接入1路MPPT，每4～5個組串(約30～40 kW)對應1臺并網逆變器。采用組串式逆變器多路MPPT方案可跟蹤到每個組串的最大功率點。減少組串不匹配，理論上可提高發電量。

2 大型地面光伏電站項目比較

大型并網光伏電站的主要發電設備為電池組件、逆變器、升壓箱變等。其施工主要包括平整土地、打樁、支架安裝、組件安裝、設備安裝、布線、逆變器室建設等方面。隨著市場競爭的促進，組串式逆變器的成本快速降低，組串式逆變器與集中式逆變器的價格差距已縮至0.15～0.20元/W。

鑒于各廠家的組串式和集中式逆變器的性能、質量存在差異，為便于比較，在新疆哈密地區某大型光伏電站選取國內某知名品牌廠商的集裝箱集中式逆變器(1 MW)和組串式逆變器(40 kW)進行建設成本(不計入相同部分，如組件等)比較。目前的市場價格，集裝箱式逆變器為0.32～0.38元/W，組串式為0.45～0.50元/W。

經濟比較：由表1、2可知，使用組串式方案要比使用集中式總體造價節約0.01元/Wp。考慮各種實際布局因素，兩種方案初始投資成本基本持平。

表1 采用集中式逆變器的1 MWp光伏電站

表2 采用組串式逆變器的1 MWp光伏電站

通過比較西部大型地面光伏電站，組串式逆變器在地面電站中發電量可提升約3%，因此可帶來更高的發電收益，從而間接降低成本。以西部典型電站為例，組串式逆變器每年每W提升的發電收益為1.6 kWh/W×3%×0.9元/kWh×1a=0.0432元/W。每50 MW的大型地面光伏電站每年可增加216萬元的發電量收入，采用組串式逆變器，其LCOE指數較低。

技術比較：集中式方案無法適應多樣化的場景和需求，如地面起伏不平、朝向不一致、局部遮擋、組件型號不同、可安裝的面積大小不同和相對零散等；運維中存量管理問題突出，面臨監控困難、故障定位難、服務響應慢等挑戰。

集中式方案采用集裝箱形式，地基施工成本跟兆瓦房相當，但是增加了設備，同時增加了很多故障點，如風扇、熔絲、配套設備，給后續運維帶來了諸多問題。特別是西部風沙嚴重地區，集裝箱的散熱和防塵一直是困擾業主的問題，也增加了大量的運維成本。

利用組串逆變器進行模塊化設計降低了施工工藝難度。相對于集裝箱式逆變器，組串逆變器結構簡單、小巧輕便，無需進行土建施工、重型機械吊裝，運輸安裝更加方便，無需高級技工參與即可完成安裝、接線和調試，自然散熱，IP65防護等級，更安全可靠。

更為重要的是，組串式逆變器多路MPPT方案可跟蹤到每個組串的最大功率點，減少組串不匹配，提高運行效率。

3 結論與建議

由經濟技術比較可知，使用組串式逆變器解決方案，促成了系統建設成本的整體降低，提升了系統的發電量；同時組串式逆變器簡單靈活的組網方式和精細化管理也在工程設計、系統運維、設備維護等方面為客戶帶來了更多的價值和便利；并且能適應不同類型，如地面電站、山地電站等。綜合投入與產出，組串式解決方案為投資方將帶來更低的LCOE。

在大型地面光伏電站、山地光伏電站建設中，由于組件串到逆變器的直流壓降接觸電阻等方面的影響，使得集中逆變器直流側的跟蹤方式為“偽跟蹤”；逆變器的單路MPPT難以跟蹤整個500 kW陣列的最佳工作點，木桶“短板效應”顯著。在山地、丘陵等安裝區域，大型設備交運、吊裝、安裝空間有限，增加電纜長度，加劇了損耗，不利于優化設計。

因此，在大型地面并網光伏電站等項目中采用組串式逆變器優點突顯，值得推廣。

[1] 傅國軒， 李雪， 高旭冬. 并網光伏電站基于匯流箱組串電流離散率的分析方法及應用[J].電網與清潔能源， 2014， (11)： 109－113

[2] 柴亞盼， 童亦斌. 陰影遮擋下組串式MPPT應用研究[J]. 變流技術與電力牽引，2014， (4)： 20－24.