谁是双面组件的“最佳拍档”?解密最高效率、最佳适配的双面组件逆变器及方案设计

  • 2018年02月13日
  • 原文出处:华为
图1 双面组件与常规组件

图1 双面组件与常规组件

图2  双面组件来自背面的发电量增益

图2 双面组件来自背面的发电量增益

表2-1 双面组件部分参数

表2-1 双面组件部分参数

表2-2 SUN2000-75KTL-C1参数表

表2-2 SUN2000-75KTL-C1参数表

图3 双面组件背面增益因位置不同差异大

图3 双面组件背面增益因位置不同差异大

图4  不同组件IV曲线图

图4 不同组件IV曲线图

图5 熔丝高温引发故障

图5 熔丝高温引发故障

图6 双面组件背面受到辐照的2D模型示意图

图6 双面组件背面受到辐照的2D模型示意图

表3:双面组件场景各解决方案对比表

表3:双面组件场景各解决方案对比表

表3:双面组件场景各解决方案对比表

表3:双面组件场景各解决方案对比表

表4:华为组串逆变器在双面组件电站的精选案例

表4:华为组串逆变器在双面组件电站的精选案例

共和双面组件电站

共和双面组件电站

格尔木双面组件电站

格尔木双面组件电站

新泰农光互补项目

新泰农光互补项目

两淮漂浮电站

两淮漂浮电站

当下广受行业追捧的高效组件技术非双面组件莫属,但再高效的组件仍需逆变器等设备与之匹配才能充分释放价值。

最近业内“忽如一夜春风来”出现了很多匹配双面组件的逆变器,那么究竟哪款才是双面组件真正的“最佳拍档“呢?本文从大量的实证数据出发,为读者揭开双面组件最优匹配逆变器的神秘面纱。

一、什么是双面组件

目前市场上的双面组件使用的电池技术主要有基于p型硅片的PERC技术,基于n型硅片的PERT技术和异质结结构的HIT技术。

如图1所示,除了正面接收太阳辐射外,双面组件背面也可以接收来自空气中的散射光、地面的反射光以及每天早晚来自背面的太阳直射光。因此双面组件的发电量与相同电站设计的单面组件相比有一定的增益。

我们采用结构相同的单面和双面组件进行了长期测试,可以看到双面组件来自背面的发电量增益与场景密切相关,发电量提升5%~39%不等。此外,基于弱光响应好、工作温度下功率损失小的优异性能,双面组件还可以进一步提升发电量至2-6%。

综合来讲,双面组件相对常规组件的发电量增益在图2列出的场景一般为7%~45%。

二、双面组件需要怎样的逆变器?

输入电流能力更强,效率更高

下图为某知名厂家正面功率为300W的双面组件部分参数,可以看到随着双面增益的增加,开路电压和峰值功率电压基本不变,而组件峰值功率和峰值功率电流变大。

这就要求设计人员根据项目实际增益情况选择直流侧输入电流更大、更合适的逆变器。

华为SUN2000-75KTL-C1双面组件专用逆变器每路MPPT电流25A(见下表),完全满足双面组件输出电流变大的应用需求,且98.58%的中国效率问鼎行业。

MPPT颗粒度更细

如图3所示,双面组件背面辐照不均匀,导致组件最终输出总体功率不同,组件电流离散率达到5%以上。这就要求逆变器MPPT颗粒度更细,另外在设计组串和组串接入逆变器时应尽量避免不一致造成的失配损失。

华为SUN2000-75KTL-C1双面组件专用逆变器每2串一路MPPT,是业界MPPT颗粒度最细的逆变器,最大程度地减少双面组件带来的失配。经PVSYST仿真2串一路MPPT的逆变器较常规逆变器在双面组件系统中失配损失低1.1%。

自适应、更精准、业内最高效的MPPT算法

如上图4所示,由于双面组件失配较多,其IV曲线较单面组件更复杂、功率-电压曲线将产生多个极值峰,这就对逆变器的检测精度和最大功率跟踪(MPPT)提出了更高的要求。

对此,华为组串式逆变器拥有多路MPPT单元,能极大地避免组串失配导致的发电量损失;组串级的检测精度达到0.5%。

同时,华为采用业内最高效的MPP智能追踪算法,逆变器采用自适应MPPT追踪技术,光照相对稳定时能最大程度逼近组件的最大功率点;当多云天气光照剧烈变化时,能快速响应实时追踪到最大功率点,最佳适配双面组件。

此外,针对双面组件存在多个极值峰的特点,可智能识别当前是否处于全局最大功率点,并及时启动高速多峰扫描算法,确保逆变器始终处于组件全局最大功率点,有效提升双面组件的发电量。

更加安全可靠的防护设计

电流变大导致熔丝故障率增大

组件电流受辐照、温度等影响,大小不可控制,当熔丝处在小电流过载时,其熔断时间将变得很长,在这种“将断未断”的情况下,熔丝将处于一个非常高温的热平衡状态,或破坏线缆和熔丝盒的绝缘,最终引发着火事故。双面组件输出电流更大,更加容易出现小电流过载情况,导致高温熔断甚至引发火灾。

华为SUN2000-75KTL-C1双面组件专用逆变器每2串一路MPPT,采用无熔丝的安全防护方案,从设计上就保证不会出现过电流情况,安全保护组件并提高系统可靠性。 同时,避免了安全隐患、频繁的更换熔丝的运维工作和因熔丝故障引起的发电量损失。

单一规格的熔丝无法适应当前主流组件

现在市面上主流厂家的双面组件最大反向承受电流能力有15A和20A两种,如下图所示。这时直流汇流箱或内置熔丝的组串式逆变器无论选择哪种熔丝规格都无法适配另外一种规格的组件,即内置20A的熔丝,将无法保护15A的组件;内置15A熔丝又将因为工作电流大而频繁熔断。 

更精细化的设计, 业内唯一一款精准的双面组件电站设计工具

如前文所述,双面组件综合功率受项目地辐照资源、地面反射率等众多因素影响,导致双面组件在不同项目的实际输出功率差异很大。

这就要求设计人员不能一刀切地照搬组件串并联和逆变器的配置,而应该根据具体项目来精细设计。即便是相同地方,因场景不同方案也需要精细化设计。因此,双面组件系统方案较常规组件变化更多。如果要将所有影响因素都考虑到,双面组件系统的设计方案将多达10000种以上。此时按照经验和常规设计已经无法准确而快速地获取最优的系统设计,需要更专业的双面组件设计工具来辅助。

一般来讲,双面组件的发电量评估需要建立相应的物理模型。NREL、美国圣地亚国家实验室以及德国Fraunhofer ISE的研究人员在这方面做了大量研究,他们着重研究了Ray-tracing和veiw-factor两个模型,可以较为准确地描述双面组件来自背面的增益。这两个模型基于3D建模,尽管能够呈现更多细节,但算法比较复杂,运算起来也比较耗时,不符合工程应用的实际需求。

华为在这两个模型的基础上进行了简化和优化,推出了业内领先的基于2D物理模型(如图6所示)的设计利器——双面组件系统智能设计工具:它可以在计算速度和设计细节之间找到平衡点,准确而快速地计算双面组件系统的最佳配置。

智能双面组件设计工具,融合全场景、自适应、自学习的智能控制算法,可以精准输出最优设计方案,较采用常规设计方法的方案发电量提升3%以上,是当前业内唯一一款精准的双面组件电站设计工具,已被大量实际数据验证。

最后,双面组件IV曲线的复杂性使组串故障智能诊断容易误判,反而引起运维的不便。最新的华为智能光伏IV诊断功能2.0,采用了全新的智能组串诊断算法,它基于大数据分析和AI算法,能够自主学习、自我进化,在内置数据库的基础上快速掌握各类组件的输入输出特性曲线并自动过滤引起误判的噪声,可全面支持双面组件,是双面组件电站运营维护的最佳选择。

综上,将智能光伏与当前主流逆变器解决方案进行对比分析,见下表(见配图)。

双面组件+最佳逆变器应用案例

输入电流更大、效率最高、业内唯一的双面智能设计工具、“双面组件+跟踪支架”智能融合控制算法、业内最高效的组件MPP智能追踪算法以及安全可靠的无熔丝设计,这五大智能法宝使得华为逆变器成为当之无愧的双面组件最佳搭档。

实际上,华为逆变器和双面组件解决方案已广泛应用于各种场景的双面组件电站,下表是部分精选案例:

1

共和双面组件电站

并网时间:2016年6月

容量:固定支架1MW,平单轴跟踪支架1.3MW

逆变器: HW SUN2000-50KTL-C1

组件: 360W HIT双面

应用场景: 草与沙

发电量增益(相比常规组件):10.5%

2

格尔木双面组件电站

并网时间:2017年8月起逐步并网

容量:平单轴跟踪支架60MW

逆变器:HW SUN2000-50KTL-C1

组件:345W组件,350W组件

应用场景:沙漠

发电量增益(相比常规组件): 13%

3

新泰农光互补项目

并网时间:2017年11月

容量:单轴跟踪支架100MW

逆变器:HW SUN2000-50KTL-C1

组件:310W

应用场景:农光

发电量增益(相比常规组件):22%

4

两淮漂浮电站

并网时间:2017年12月

容量:10 MW

逆变器:HW SUN2000-50KTL-C1

组件:285W

应用场景:水面白色浮筒

发电量增益(相比常规组件):15%

04

总结

毫无疑问,双面组件已然按下新一轮技术更替键,而新技术的应用必然带来新匹配技术需求,如更高的逆变器输入电流、更细的MPPT颗粒度、更精准的MPPT算法,更智能的双面电站设计工具……谁是最适配的光伏逆变器和方案设计?通过以上分析,答案不言而喻。

(责任编辑:Xin Yin)

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