2014年11月19日第14屆中國(guó)光伏大會(huì)在北京亮馬河大廈會(huì)議中心成功舉辦，陽(yáng)光電源股份有限公司總經(jīng)理曹仁賢發(fā)表了《光伏逆變的最新技術(shù)及展望》，下面為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)錄：
非常感謝大會(huì)組委給我這么一個(gè)機(jī)會(huì)，我的報(bào)告題目是光伏逆變的最新技術(shù)及展望，分為四大塊內(nèi)容，一個(gè)是技術(shù)現(xiàn)狀，第二個(gè)是產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，我們未來的趨勢(shì)以及最后一個(gè)小結(jié)。
我們現(xiàn)在逆變器的應(yīng)用主要就是分成四塊，一個(gè)是荒漠電站，還有一些山丘、魚塘等等一些土地的附加利用，第三個(gè)是工商業(yè)屋面，最后是家庭電站。這些電站規(guī)模逐步在減小，荒漠電站規(guī)模最大，家庭主要在4000萬以下。從四個(gè)應(yīng)用當(dāng)中我們現(xiàn)在光伏逆變器這幾年技術(shù)發(fā)展非常快，在分類上面出現(xiàn)了這四種形態(tài)，第一個(gè)是我們所謂的集中逆變器，給它定義是將光伏組件大規(guī)模串并聯(lián)以后集中逆變饋入電網(wǎng)。組串逆變器是針對(duì)每一串光伏組編逆變饋入電網(wǎng)，微型是針對(duì)每一塊光伏組件逆變后獨(dú)立饋入電網(wǎng)，功率優(yōu)化其是每一個(gè)組建采用直流匯總。
技術(shù)現(xiàn)狀，具體表現(xiàn)五個(gè)方面，光伏逆變器高度依賴于電力電子和微電子技術(shù)的發(fā)展，如果沒有新型的功率器件，沒有新型的半導(dǎo)體器件，如果沒有高速的性能優(yōu)越的微處理器，我們這個(gè)逆變器是無法去實(shí)現(xiàn)更高的性能，主要圍繞著如何提高光伏組件，光伏方陣的運(yùn)行效率，減少損耗，提高可靠性，以及整個(gè)光伏其他的PID等等，還有遮擋灰塵等等，對(duì)逆變器本身來說，聚焦于如何減少自身的損耗和提高設(shè)備可靠性。普遍采用較為復(fù)雜的控制技術(shù)，以及現(xiàn)代控制里面的一些算法。現(xiàn)在也是基本著眼于如何提高電網(wǎng)的安全性，友好性，并提供一些智能的服務(wù)和技術(shù)。現(xiàn)在技術(shù)性圍繞這五塊也做了大量創(chuàng)新，做了大量工作，我們看右邊的圖，我們的光伏逆變器就是一個(gè)橋梁，在我們的可再生能源和電網(wǎng)之間，要做好這個(gè)橋梁的工作。
目前的技術(shù)水平，轉(zhuǎn)換效率做到97%到99%，MPPT效率做到98%到99.9%，單機(jī)最大功率現(xiàn)在有2.5兆瓦，電路結(jié)構(gòu)主要目前是以兩電平為主少量為三電平，冷卻方式風(fēng)棱為主，少量為自冷，液冷，功率器件以IGBT為主，（英文）為輔，少量的碳化硅器件，在工信部支持下，最近碳化硅器件國(guó)產(chǎn)也有些突破?，F(xiàn)在目前電壓等級(jí)在1000伏以內(nèi)。
產(chǎn)業(yè)的情況，目前依然是SMA是全球的逆變器的龍頭老大，ABB收購(gòu)了（英文），是目前的第二。陽(yáng)光逆變器去年出貨量是全球第二，只是出貨量，但是銷售數(shù)額一排就前五名也達(dá)不到了，因?yàn)槲覀冑u的太便宜了。
逆變器各種應(yīng)用情況，這里引用了IHS去年年底的一個(gè)報(bào)告，我們可以看一下，組串逆變器也好，微型逆變器也好，大型的逆變器也好，在全球市場(chǎng)當(dāng)中基本上來說還是有一定的共性，就是超過某一定功率的一般來說是配備一些大型的逆變?cè)O(shè)備，在中國(guó)市場(chǎng)上由于大量的都是大型電站，主要還是以集中逆變器為主，組串逆變器發(fā)展也是比較快。
其中逆變器應(yīng)用情況，是隨著規(guī)模的擴(kuò)大，它的比例沒有下降，功率等級(jí)是不斷提升當(dāng)中，目前主力機(jī)型都在1兆瓦左右，有單個(gè)的也有并聯(lián)的。組串性逆變器，目前的現(xiàn)狀是組串逆變器發(fā)展非?？?，特別適合用在中小型項(xiàng)目當(dāng)中，特別是屋頂，山坡、家庭電纜等等，最大優(yōu)勢(shì)在多云的氣候，我們光伏電站接入電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)里面規(guī)定了功率變化率的上升率，上升率可以控制，通過逆變器的調(diào)節(jié)，我是可以把功率限制的，所以上升率是可以限制的，但是如果來了云塊功率下降了怎么辦，不管是組串逆變器也好，大型逆變器也好，功率下降了突然就下降了，這是電網(wǎng)受不了的地方，為什么裝儲(chǔ)能。在多云天氣來的時(shí)候，組串逆變器特別有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵茐K可能有的地方?jīng)]到達(dá)，那個(gè)地方可以大量發(fā)電，還有運(yùn)輸方便，出現(xiàn)故障也不可能大面積發(fā)生停電。還有一個(gè)很重要的直流路徑比較短，直流保護(hù)成本低。直流是容易拉弧的，很容易發(fā)生火災(zāi)，逆變器發(fā)生在組進(jìn)的跟前有這個(gè)好處。
下面幾點(diǎn)是它不足的地方，它的單位造價(jià)是高的，運(yùn)行管理，由于臺(tái)數(shù)太多了，有的一個(gè)電站有幾千臺(tái)，這樣的話電網(wǎng)友好性差，比如一些限電的，儲(chǔ)能的，穿越的，這些要求也能實(shí)現(xiàn)，但是比較費(fèi)勁，轉(zhuǎn)換效率相對(duì)低一些，電網(wǎng)容易發(fā)生一些諧振，還有沙塵、嚴(yán)寒，特別是眼光底下暴曬等等，還有待克服。
組串逆變器分為三類，單向、小型的，還有雙向，相等比較熱門的微型。組串逆變器的發(fā)展其實(shí)非?？?，我們看這三款逆變器的轉(zhuǎn)換效率都大于99%，這個(gè)在很多人認(rèn)為是不可能實(shí)現(xiàn)的事情，現(xiàn)在都基本上實(shí)現(xiàn)了。最高是99.15%。也有一些新型的拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)支撐高效的創(chuàng)新活動(dòng)，這個(gè)我不多說了。
組串逆變器功率在不斷增大，我們看了前面是40千瓦單機(jī)的，到后來都是60千瓦單機(jī)，在不久將來可能還會(huì)有更大功率的，單機(jī)功率的加大主要還是為了分?jǐn)偯客叩某杀?，?dāng)然逆變器的通訊技術(shù)也是越來越發(fā)達(dá)，多能支撐，3G甚至4G，甚至一些互聯(lián)網(wǎng)。現(xiàn)在在日本在德國(guó)，在澳大利亞，大量的裝備儲(chǔ)能的系統(tǒng)，日本去年到今年，安裝了幾十萬套帶家庭儲(chǔ)能的光伏發(fā)電系統(tǒng)。接下來一塊就是微型逆變器，這個(gè)微型逆變器在美國(guó)市場(chǎng)上占了非常大的一個(gè)份額，但是非常奇怪也只有在美國(guó)市場(chǎng)是有這么大份額，主要有一個(gè)著名的作用，微型逆變器公司是在美國(guó)，它的優(yōu)點(diǎn)是它不可能發(fā)生這種失配的情況，因?yàn)槊恳患M件都有一個(gè)逆變?cè)O(shè)備，這也正是它的缺點(diǎn)，轉(zhuǎn)換效率現(xiàn)在只做到96%，另外每瓦成本都在兩三塊錢，現(xiàn)在大功率產(chǎn)品每瓦是三毛錢，這個(gè)基本上接近3塊錢。
給大家介紹一個(gè)新的技術(shù)，既然是微型逆變，為什么還要升壓呢，把交流電壓串聯(lián)起來，還真是有人做這樣的事情，五年前我去申請(qǐng)這樣一個(gè)專利，結(jié)果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在真有人做這樣的事情，這個(gè)東西特別好用，但是前提是你怎么把它所有的東西，交流怎么串聯(lián)，當(dāng)然新的技術(shù)也在不斷的派生出來。
第三點(diǎn)，我講講技術(shù)趨勢(shì)。電力電子逆變?cè)O(shè)備，我們要關(guān)注的就是如何把自身的設(shè)備和我們系統(tǒng)的性價(jià)比提上去，從直流側(cè)，從逆變側(cè)，從電網(wǎng)側(cè)，從系統(tǒng)角度做些布局。我們看看發(fā)展的軌跡，這是以我們陽(yáng)光為例的，下一代的大家可以看看從明年開始，這種氮化鎵碳化硅的器件，三電平多電平的轉(zhuǎn)換電路，主平現(xiàn)在有1000兆的公共機(jī)的主平也在做這樣的設(shè)備，使得這個(gè)設(shè)備做起來變得非常容易。我預(yù)測(cè)下一代逆變?cè)O(shè)備基本上是無損，無損的話轉(zhuǎn)換效率達(dá)到99%，這個(gè)肯定能達(dá)到，但是下一個(gè)目標(biāo)是99.5%，基本上來說要把太陽(yáng)能過來寶貴的效率基本都用上，99.5%，我想未來五年一定能突破。
右邊列幾個(gè)新的器件，新的這些器件，碳化硅器件，把開關(guān)頻率可以做到5000，做到這么高，電感電容都是不需要的，儲(chǔ)能很小一點(diǎn)點(diǎn)成本大幅度降低，動(dòng)態(tài)性能也得到改善。我們的電力電子技術(shù)，圍繞著我們的逆變?cè)O(shè)備主要就是需要有高性能的DSP，拓?fù)?，新型的算法，和一些改進(jìn)。
小功率的，大功率的，三電平、四電平、五電平，常規(guī)的只有兩個(gè)電平，不是零就是一，如果創(chuàng)造出第三個(gè)電平是多少呢，肯定是正負(fù)0.5，正負(fù)0.5怎么來，就是通過開關(guān)器件，通過直流側(cè)中間的分壓產(chǎn)生第三個(gè)電平，產(chǎn)生第三個(gè)電平最大的好處就是諧波大量減少，電流大量降低，成本大幅降低，轉(zhuǎn)換效率提高。我們準(zhǔn)備做1500伏的直流系統(tǒng)，從今年開始，歐洲美國(guó)已經(jīng)開始在安裝一些電站，不是現(xiàn)在1000伏了，是1500伏的直流有兩個(gè)好處，所有現(xiàn)在城市軌道交通，全部是1500伏，可以共用這1500伏的技術(shù)。我們現(xiàn)在電站做的越來越大，要提高發(fā)電效率，降低損耗，限水這塊要特別關(guān)注，所以下一步要提高到1500伏，提高到1500伏其實(shí)很簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是這些開關(guān)組件、絕緣、電纜等等，如果呈線性增加了投資，還不如不要提高，一定要非線性的把這些成本降下去。
其他還有一些技術(shù)，散熱的技術(shù)，我想跟大家說的是最新技術(shù)，是蒸發(fā)冷卻，這么高密度大的設(shè)備，如何把熱量挪走，蒸發(fā)確實(shí)是相變的冷卻方式，這種方式很早就有，現(xiàn)在用在大功率的電子電力上面，使得逆變器的體積可以縮小三倍。更好的處理器我就不說了，我們采用更高性能的處理器來做無非就是提高測(cè)量精度，加快響應(yīng)速度，同時(shí)提供更好的為這個(gè)后端的智能化提供一個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)的信息化的平臺(tái)。我們看看體積和重量，大幅度減少，重量和體積就在這五年當(dāng)中，也是減少了3倍。單機(jī)的功率，這是我們?nèi)虻腟MA逆變器。我們有往中小型去做，也有往大功率去做，小的做的很小，一兩塊板，大的做的非常大，到底今后的路線怎么走，我想今后這是個(gè)多元化的應(yīng)用的長(zhǎng)河，應(yīng)該說產(chǎn)品形式在不斷豐富當(dāng)中。有一點(diǎn)，我想這個(gè)趨勢(shì)是逆變器未來作為一個(gè)執(zhí)行的機(jī)構(gòu)，作為一塊像太陽(yáng)能電池板一樣靜止的東西，應(yīng)該是要著眼于解決方案，就是客戶知道了哪家好哪家不好，就把方案都交給你，我們可以看看這里，在這個(gè)房子當(dāng)中什么都有，就交給你去做，現(xiàn)在這樣的，現(xiàn)在是非常滿足于客戶的要求，因?yàn)榭蛻舨粚I(yè)，但是他要對(duì)他的錢負(fù)責(zé)。比如晚上怎么辦，晚上是不是要把變壓器斷開，原來我們?cè)谂潆娫O(shè)施，晚上有負(fù)荷，太陽(yáng)能晚上開著干嗎，晚上你關(guān)掉以后白天怎么開，每天這么開關(guān)大家是不是能承受，電力系統(tǒng)是否能夠接受，但是這些都是著眼于績(jī)效考核的。分布式發(fā)電如果裝這些，還有地面電站，要裝這些大的狀況，現(xiàn)在蓋房子要征地的，現(xiàn)在西北經(jīng)常發(fā)生要征一個(gè)太陽(yáng)能電站當(dāng)中，要征兩畝地來干這個(gè)機(jī)房，這個(gè)事情是個(gè)很大的事情，因?yàn)檫@個(gè)涉及到這么一塊小地方，涉及到很多扯皮的事情，現(xiàn)在我們說不蓋房子了，就是這個(gè)解決方案，在那里又環(huán)保，又快速，又不要解決征地的問題，為什么說很環(huán)保呢，現(xiàn)在歐洲已經(jīng)不允許你建水泥房了，因?yàn)樗噙@個(gè)墩子一百年自己也吸收不掉，但是這個(gè)鐵房子，30年以后你可以把它化掉，還可以賣點(diǎn)廢品的錢。
關(guān)鍵這一切我們都是為了PR的指標(biāo)，我們對(duì)這個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了定義，同時(shí)我們國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也在做，我們?cè)诜植忌习压庹召Y源給出掉，歸結(jié)起來應(yīng)該去提高這樣的效率，這里冒出一個(gè)問題，現(xiàn)在超發(fā)的超配的太陽(yáng)能電池板配1.3個(gè)兆瓦，逆變器配一個(gè)兆瓦的怎么定義，我們很遺憾，現(xiàn)在我們每個(gè)電站是按照光伏組件的功率定義的，這是一個(gè)非常不正常的現(xiàn)象，我在這里跟大家呼吁，任何東西都是要給客戶負(fù)責(zé)，太陽(yáng)能電站還是按照直流定義的，要盡快建立交流定義的功率，在加拿大我們做的絕大部分電站中午都是限發(fā)的，但是回報(bào)率是最高的，我們做的太陽(yáng)能電池太便宜了。其他還有些監(jiān)控，一些新的技術(shù)，我們要使得這個(gè)電站能夠具有一些初步的診斷，這個(gè)設(shè)備本身肯定需要武裝起來，設(shè)備本身的診斷智能化等等，這個(gè)是你也就是說是你這個(gè)設(shè)備應(yīng)該具備的能力，相當(dāng)于你作為一個(gè)工程師應(yīng)該掌握英語(yǔ)，現(xiàn)在中學(xué)生都掌握電腦。
最后一個(gè)，我們逆變器左邊是光伏組件，右邊是電網(wǎng)，如何通過設(shè)備提高電網(wǎng)的友好性，是逆變器廠家非常重要的一個(gè)活動(dòng)。這點(diǎn)大家都滿足了，我們叫做穿越，大家都愛看穿越劇，一個(gè)意思，其實(shí)指在電壓低，突然很低，零電壓高電壓等等情況底下能不能給我扛住625毫秒，甚至更長(zhǎng)的，都是可以的。在分布式電站中孤島保護(hù)的問題，如果這個(gè)電網(wǎng)停電了，如果在發(fā)電可能涉及到電力系統(tǒng)員工的安全問題，特別是多臺(tái)并起來的時(shí)候，這個(gè)問題非常麻煩，現(xiàn)在研究的也比較少。當(dāng)然還有剛才所長(zhǎng)講的頻率，這個(gè)頻率的問題，到底頻率高和低，現(xiàn)在一些標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對(duì)頻率特征已經(jīng)做了明確規(guī)定和描述。還有諧振的問題，大家看右邊這個(gè)地方，發(fā)生諧振了，這個(gè)很容易發(fā)生諧振，一諧振里邊電容就損壞了。分布式發(fā)電中還有一個(gè)大問題，無功要快速調(diào)節(jié)，現(xiàn)在有很多電站，分布式發(fā)電裝上去以后，發(fā)電還不夠電網(wǎng)給他無功的罰款，一個(gè)月罰款罰十幾萬，發(fā)電發(fā)十幾萬，并網(wǎng)點(diǎn)功率數(shù)的控制，必須把傳感器，把計(jì)量要裝到最后的并網(wǎng)點(diǎn)，負(fù)責(zé)后面的，那個(gè)點(diǎn)上的功率數(shù)要提上來，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)，這個(gè)現(xiàn)在是現(xiàn)實(shí)的問題，如果接在400伏配電網(wǎng)上，現(xiàn)在沒有手段把它接上去以后，整個(gè)功率數(shù)都下降了，考核體系還沒有變，你要接受罰款。還有一個(gè)大問題，剛才所長(zhǎng)講了，電壓升高了，現(xiàn)在要搞幾萬個(gè)扶貧項(xiàng)目，一個(gè)村上裝幾千套3000瓦5000瓦的系統(tǒng)，這個(gè)肯定是不可行的，一個(gè)村莊上，我去調(diào)研了一次，一戶農(nóng)村家庭里面白天的負(fù)荷總共大概加起來白天只有60瓦，這都算是比較大方的人家了，基本上白天都關(guān)掉，只有一個(gè)冰箱。把這些電站全部接到那上面去，這個(gè)電壓曲線就往上升，沒有負(fù)荷，到中午的時(shí)候估計(jì)會(huì)產(chǎn)生一些索賠的現(xiàn)象，這個(gè)電壓肯定是高的，我們有沒有方法，其實(shí)我們電力系統(tǒng)有一個(gè)很好的方法叫有載調(diào)壓，是不是可以做一些無功的奉獻(xiàn)，使得電壓能夠調(diào)下去，但是這個(gè)活誰去做，就是剛才領(lǐng)導(dǎo)講的，誰去測(cè)量觀測(cè)最后去執(zhí)行呢，如果10千伏以下都不管了誰管。西部在限電，光儲(chǔ)系統(tǒng)能不能今后也不要占指標(biāo)了，水光伏不是不占指標(biāo)的，光儲(chǔ)能不能給予一些優(yōu)待，這塊紅的轉(zhuǎn)到綠的給多少錢，儲(chǔ)能裝置很貴，一瓦時(shí)4塊錢左右，如果你去補(bǔ)一個(gè)10%，這個(gè)電站當(dāng)中就是一筆大的投資，是不是可以，儲(chǔ)能是回避不了的，肯定是要儲(chǔ)的，什么時(shí)候儲(chǔ)現(xiàn)在可以示范起來。
后面還有一個(gè)技術(shù)，大家知道我們要做低電壓穿越，要高電壓穿越，虛擬同步的技術(shù)是可以解決現(xiàn)在大家關(guān)心的問題，我們科技部這次也立一個(gè)項(xiàng)目，什么叫虛擬同步呢？我們把光伏電站的外特性模擬成跟現(xiàn)在火電的同步機(jī)組一樣的外特性，如果達(dá)到這樣的外特性，這樣一個(gè)下垂特性，基本上就可以適應(yīng)現(xiàn)在電力系統(tǒng)的要求。里面有什么區(qū)別呢，虛擬同步，本來電力電子裝置一短路就要保護(hù)了，我就要做到跟左邊這個(gè)同步機(jī)組一樣的特性，有沒有可能，完全有可能的，你把電力電子裝置做大一點(diǎn)，把儲(chǔ)能裝置稍微加大一點(diǎn)，如果說分鐘級(jí)的，超級(jí)電阻也可以，把非線性系統(tǒng)模型成線性系統(tǒng)奉獻(xiàn)給我們的電力系統(tǒng)，使得我們整個(gè)今后的可再生能源穿透率能大幅度提升。
還有其他一些接口，還有西部的電站能不能再發(fā)這些無功，其實(shí)完全可以，現(xiàn)在我們的電站，每個(gè)電站又投了幾百萬下去的無功補(bǔ)償裝置，但是這個(gè)裝備自身已經(jīng)具備了這樣一個(gè)功能，重復(fù)投資了。當(dāng)然還有智能化的云的平臺(tái)，大數(shù)據(jù)時(shí)代要到來了。我們這么多數(shù)據(jù)，這么多客觀不客觀的，每個(gè)人都說自己東西好，沒有人說自己東西不好，那么客觀的數(shù)據(jù)傳上去以后，我們保存在云端，大家再評(píng)測(cè)。
最后一個(gè)是安全性，首先是安全性上面是PID，所有組件廠家都說PID拿到了認(rèn)證，拿到認(rèn)證并不意味著沒有PID，只不過PID做的比別人好一些。我在這里給大家舉一個(gè)例子，在某一個(gè)酒廠，做酒的，上面裝了10兆瓦的太陽(yáng)能發(fā)電，這個(gè)酒燒起來以后，蒸汽里面，酒是酸性物質(zhì)，使得頂上的太陽(yáng)能電站，肯定滲透進(jìn)去了，最后這個(gè)電站失效了，失效到什么地步呢，一半的發(fā)電都沒有了，這樣的損失誰去承擔(dān)。還有就是漏電，漏電怎么辦。最后一個(gè)是著火了，直流是不容易著火的，未來大量分布式在用，家庭樓頂上或者珍貴的車間里面頂上失火，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生這樣的事情，好幾件，怎么辦，我估計(jì)就像我們的電動(dòng)汽車失火一樣，我們會(huì)倒退五年，各方人士都來譴責(zé)我們，我們開始就要把這些工作做好，進(jìn)行拉弧的檢測(cè)，拉弧開始的時(shí)候我們能檢測(cè)到，把它關(guān)掉，讓它不要著火。
逆變器技術(shù)飛速發(fā)展，集中逆變器往更大方向發(fā)展，組串逆變器往更加輕便、更加安全、更加智能化方向發(fā)展，未來我們這個(gè)裝備逆變器裝備將更加聚集于自身效益和可靠性的提高，同時(shí)為電網(wǎng)提供諸如、平滑、無功、穿越、支撐、應(yīng)急等友好服務(wù)。光伏電站類型日趨復(fù)雜化，多樣化，因此需要針對(duì)不同類型的電站的實(shí)際情況因地制宜，科學(xué)設(shè)計(jì)，合理選擇逆變?cè)O(shè)備。我的報(bào)告就這么多，謝謝各位。
