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光伏逆变器成本之战内幕初探

发布时间:2020-06-29 19:21:58 阅读: 来源:螺旋钢管厂家

光伏产业的冬天,光伏产业链上的各个厂家都在绞尽脑汁拼命削减成本,以应会客户越来越狠的降价要求,作为光伏逆变器产业链上最具技术含量的天之娇子—光伏并网逆变器,也未能幸免,500KW并网逆变器的价格,已从2009年的2.0元每瓦降到如今的0.5元每瓦,逆变器生产厂家在降低利润的同时,也对光伏逆变器价格比较贵的元器件进行的替代甚至取消,以保证整机的价格下降。然而,由于光伏逆变器在光伏电站的特殊地位,有些逆变器生产厂家的降成本措施,已经严重危害了整个行业。因为在光伏电站中,逆变器的成本不到10%,损耗却占80%以上,光伏电站发电效率90%由逆变器来控制,考核逆变器的方法,不能光靠价格,更重要的是看逆变器的实际发电能力。现在国内生产逆变器的厂家多达300家,最终能留下来有影响力的厂家也就10来家,到底哪些企业会最终生存下来,哪些企业会率先出局,笔者认为:只有坚持回到产品质量路线,有社会责任感,有道德底线,有持续改进能力的公司才是最终的胜利者。笔者从事光伏逆变器设计5年多,从一个系统工程师的角度,向大家揭密一些不良厂家降成本的内幕。

MPPT效率之谜,在光伏逆变器的技术规格书里,大多数厂家都有MPPT效率这个指标,有些标为99%,有些甚至标为99.9%,MPPT效率目前还没有可靠的仪器去测量,做认证也不需要测量,其实,MPPT效率是决定光伏逆变器发电量最关键的因素,其重要性远超过光伏逆变器本身的效率,现在国内外光伏逆变器在相同的条件下对比发电量,相差可能高达20%,这个差异的主要原因就是MPPT效率。有不懂MPPT的同学可以先百度MPPT的基本原理和实现方法。笔者主要向大家揭密MPPT效率的计算方法和来源,MPPT的效率等于硬件效率乘以软件效率,硬件效率主要由电流传感器的精度,采样电路的精度来决定的,软件效率主要由采样频率来决定的,MPPT实现的方法有很多种,但不管用哪种方法,首先要测量组件功率的变化,再对变化做出反应。这其中最最关键的元器件就是电流传感器,它的精度和线性误差将直接决定硬件效率,而软件的采样频率也是由硬件的精度来决定的。目前电流传感器有开环和闭环两种,开环的电流传感器测量精度99%,线性精度99%,总测量误差2%,闭环的电流传感器测量精度99.6%,线性精度99.9%,总测量误差0.5%,这里面是什么意思,我向大家解释下,如果采用开环电流传感器,组件功率发生2%的变化,逆变器根本就测不出来,由于开环电流传感器误差大,所以采样频率也要降低,否则会发生振荡,所以软件的效率也只能达到99%,也就是说,使用开环电流传感器的逆变器,它MPPT极限效率只有97%,而采用使用闭环电流传感器的逆变器,它MPPT极限效率可达到99.5%。在市面上,开环电流传感器比闭环电流传感器大约便宜30%,现在社会有些不良厂家,为了降低成本,采用价格低的开环电流传感器,但对外宣称MPPT效率还能超过99%,严重误导广大EPC和业主,损害人们的利益,这种不耻行为必将遭到人们的唾弃,成为光伏市场率先出局的厂家。

逆变器本身效率主要由功率开关器件如IGBT和磁性器件如变压器和电抗器来决定的,功率器件的选择性较少,使用各种方案对系统效率的影响也较少。磁性器件是定制性器件,材料选择性很广,选用产品不一样,价格会相差很大。磁性元器件的损耗包括铜损和铁损,铜损是线圈损耗,随着电流呈线性变化,线圈现在主要材料有铜和铝,铜的损耗相对较少,但价格太贵,现在大型逆变器上基本上不用铜做磁性材料了,铝的价格便宜,损耗相对较大,但可以加大面积减少损耗。铁损主要是磁心损耗,是空载损耗,恒定的损耗,目前工频机广泛使用的材料是硅钢片,硅钢片又分取向和无取向两种,取向硅钢片要求高,价格是无取向硅钢片的两倍,但损耗仅为取向硅钢片的三分之一,而且取向硅钢片对电流谐波有明显的抑制作用,现在社会有些不良厂家,为了降低成本,磁性元器件采用无取向的硅钢片,这种做法直接的后果就是整机效率降低,电流谐波加大,在阴雨天等低照度天气下,根本就发不出来的电,在低功率运行时,电能质量很差。

光伏电站设计寿命是25年,其中组件和其它器件的寿命应该可以达到,逆变器作为光伏电站的核心器件,设计寿命也应该到达25年。从逆变器系统上看到,寿命瓶颈是PCBA板和逆变器的心脏部位—逆变模块。PCBA由于技术限制,寿命很难达到25年,但由于PCBA价格不高,重量轻,一般放在容易更换的位置,所以相对好处理。逆变模块由IGBT,散热器,母排,直流支撑电容组成。IGBT现在随着技术的发现,如果系统设计得好,寿命可以到25年,直流支撑电容现在普通采用金属薄膜电解电容,寿命可以到25年,所以最关键的因素只有散热器和母排,这两个器件如果采用的器件不一样,成本也相差非常大,但寿命也相差很大。散热器寿命的控制点是鳍片和基板的连接工艺,母排寿命的控制点是正负极之间的局部放电电流,这两个关键点能处理好,寿命也就不成问题。

光伏逆变器最关键母排是指从IGBT到直流支撑电容这一段的母排,这就好比人体心脏周边的大动脉和大静脉,因为这一段电流大,频率高,温度高,其电气性能核心技术是减少杂散电感,因为杂散电感会产生尖峰电压,尖峰电压越高,对IGBT的损伤就越大,系统的损耗也越大。母排机械性能核心技术是减少局部放电,提高母排的寿命。减少杂散电感常用的方法有三个:1是电流正极和负极之间的距离尽可能短,2是电流正极和负极方向尽可能上下叠加,3是电容到IGBT之间的距离尽可能短。局部放电是由正负极之间的气隙造成的,所以在尽量减少气隙,方法有两个:1母排和绝缘片之间的粘合越紧密越好,不留下任何气隙,所以要选用好的粘结材料,2母排和绝缘片之间要非常干净,不能有任何灰尘和脏污。

现在正规生产厂家一般采用叠层母排,成本比较大,但性能优良,寿命长。叠层母排是把正负极铜排、绝缘片、粘胶有机地结合在一起,它的杂散电感少,寿命长。而社会上一些不良厂家,为了节省成本,直接用正极铜排,负极铜排和绝缘片叠加在一起,减去粘胶的工艺,这样做成本减少了大约50%,后果短时间3、5年也看不出来,但5年过后,逆变器的性能会大大降低,原因有2个:1母排的杂散电感会越来越大,系统的EMC干扰也越来越高,IGBT会经常受到损伤,2母排的局部放电会越来越大,因为母排和绝缘片之间没有粘结在一起,肯定会存在气隙,而且气隙会越来越大,最后造成绝缘性降低,而绝缘层的损坏,对逆变器而言,将是灾难性的。

散热器是由基板和鳍片组成,IGBT装在基板上,IGBT在运行过程中会产生大量热量,通过基板传到鳍片上,再通过流动的空气带走。散热器的核心技术有两个:1基板尽可能平整,和IGBT接触可靠性高;2基板和鳍片之间的热阻尽可能少。基板的平整度现在大都可以达到,通过好一点的加工中心,表面精飞一刀就可以了。难度就大的成本最高的是基板和鳍片之间的连接,目前连接工艺有4种:机械压合,环氧树脂粘接,锡焊,铜焊。其中机械压合设备投资小,速度快,加工成本低;环氧树脂粘接,锡焊这两种工艺设备投资小,但加工工艺较复杂,速度慢;铜焊设备投资大,加工工艺复杂,速度慢。所以采用铜焊工艺的散热器价格要比采用机械压合工艺的散热器贵30%左右。从散热技术上来看,采用机械压合工艺的散热器,基板和鳍片之间连接面积小,所以热阻大,而且随着时间的推移,基板和鳍片连接部位会发生形变,热阻会越来越大,采用这样散热器稳定工作寿命为5年左右,5年之后热量会越来越集中在基板上散不出去,10年后基本上就报废了。而采用铜焊接工艺的散热器,由于铜的散热效果比铝好,所以基板和鳍片之间的热阻就非常少,接近本体,寿命也可达20年之久。

现在光伏行业竞争已进入白热化,企业为了生存而采取各种手段。为了降低成本而不择手段,造成这一后果最根本的原来就是国家金太阳的补贴政策,采用“事前补贴”的政策,使业主不会去重视产品的性能,只关心产品的价格。光伏逆变器作为光伏系统核心器件,其成本比例已不到系统总成本的10%,如果光伏逆变器发电量提高1个百分点,相当于逆变器的价值提高10个百分点。有数据统计,现在国外优秀逆变器比国内普通逆变器发电量相差达20%,但国内的市场优秀的逆变器公司反而难以生存,“劣币驱逐良币”,但技术差距越来越大。值得欣慰的是国家政策的制订者已经注意这个现象了,光伏补贴政策可能很快由“事前补贴”转为“度电补贴”。那些靠低成本占领市场而产品性能低的公司终究会退出的。

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