2014年11月19日第14屆中國光伏大會在北京亮馬河大廈會議中心成功舉辦，陽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)場實錄：
非常感謝大會組委給我這么一個機會，我的報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，一個是技術(shù)現(xiàn)狀，第二個是產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，我們未來的趨勢以及最后一個小結(jié)。
我們現(xiàn)在逆變器的應用主要就是分成四塊，一個是荒漠電站，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。從四個應用當中我們現(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)。組串逆變器是針對每一串光伏組編逆變饋入電網(wǎng)，微型是針對每一塊光伏組件逆變后獨立饋入電網(wǎng)，功率優(yōu)化其是每一個組建采用直流匯總。
技術(shù)現(xiàn)狀，具體表現(xiàn)五個方面，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，沒有新型的半導體器件，如果沒有高速的性能優(yōu)越的微處理器，我們這個逆變器是無法去實現(xiàn)更高的性能，主要圍繞著如何提高光伏組件，光伏方陣的運行效率，減少損耗，提高可靠性，以及整個光伏其他的PID等等，還有遮擋灰塵等等，對逆變器本身來說，聚焦于如何減少自身的損耗和提高設(shè)備可靠性。普遍采用較為復雜的控制技術(shù)，以及現(xiàn)代控制里面的一些算法?，F(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和技術(shù)?，F(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橋梁，在我們的可再生能源和電網(wǎng)之間，要做好這個橋梁的工作。
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，最近碳化硅器件國產(chǎn)也有些突破?，F(xiàn)在目前電壓等級在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收購了（英文），是目前的第二。陽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不到了，因為我們賣的太便宜了。
逆變器各種應用情況，這里引用了IHS去年年底的一個報告，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，在全球市場當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設(shè)備，在中國市場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。
其中逆變器應用情況，是隨著規(guī)模的擴大，它的比例沒有下降，功率等級是不斷提升當中，目前主力機型都在1兆瓦左右，有單個的也有并聯(lián)的。組串性逆變器，目前的現(xiàn)狀是組串逆變器發(fā)展非常快，特別適合用在中小型項目當中，特別是屋頂，山坡、家庭電纜等等，最大優(yōu)勢在多云的氣候，我們光伏電站接入電網(wǎng)標準里面規(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，為什么裝儲能。在多云天氣來的時候，組串逆變器特別有優(yōu)勢，因為云塊可能有的地方?jīng)]到達，那個地方可以大量發(fā)電，還有運輸方便，出現(xiàn)故障也不可能大面積發(fā)生停電。還有一個很重要的直流路徑比較短，直流保護成本低。直流是容易拉弧的，很容易發(fā)生火災，逆變器發(fā)生在組進的跟前有這個好處。
下面幾點是它不足的地方，它的單位造價是高的，運行管理，由于臺數(shù)太多了，有的一個電站有幾千臺，這樣的話電網(wǎng)友好性差，比如一些限電的，儲能的，穿越的，這些要求也能實現(xiàn)，但是比較費勁，轉(zhuǎn)換效率相對低一些，電網(wǎng)容易發(fā)生一些諧振，還有沙塵、嚴寒，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)展其實非?？欤覀兛催@三款逆變器的轉(zhuǎn)換效率都大于99%，這個在很多人認為是不可能實現(xiàn)的事情，現(xiàn)在都基本上實現(xiàn)了。最高是99.15%。也有一些新型的拓撲電路結(jié)構(gòu)支撐高效的創(chuàng)新活動，這個我不多說了。
組串逆變器功率在不斷增大，我們看了前面是40千瓦單機的，到后來都是60千瓦單機，在不久將來可能還會有更大功率的，單機功率的加大主要還是為了分攤每瓦的成本，當然逆變器的通訊技術(shù)也是越來越發(fā)達，多能支撐，3G甚至4G，甚至一些互聯(lián)網(wǎng)?，F(xiàn)在在日本在德國，在澳大利亞，大量的裝備儲能的系統(tǒng)，日本去年到今年，安裝了幾十萬套帶家庭儲能的光伏發(fā)電系統(tǒng)。接下來一塊就是微型逆變器，這個微型逆變器在美國市場上占了非常大的一個份額，但是非常奇怪也只有在美國市場是有這么大份額，主要有一個著名的作用，微型逆變器公司是在美國，它的優(yōu)點是它不可能發(fā)生這種失配的情況，因為每一件組件都有一個逆變設(shè)備，這也正是它的缺點，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，這個基本上接近3塊錢。
給大家介紹一個新的技術(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，五年前我去申請這樣一個專利，結(jié)果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在真有人做這樣的事情，這個東西特別好用，但是前提是你怎么把它所有的東西，交流怎么串聯(lián)，當然新的技術(shù)也在不斷的派生出來。
第三點，我講講技術(shù)趨勢。電力電子逆變設(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1000兆的公共機的主平也在做這樣的設(shè)備，使得這個設(shè)備做起來變得非常容易。我預測下一代逆變設(shè)備基本上是無損，無損的話轉(zhuǎn)換效率達到99%，這個肯定能達到，但是下一個目標是99.5%，基本上來說要把太陽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，儲能很小一點點成本大幅度降低，動態(tài)性能也得到改善。我們的電力電子技術(shù)，圍繞著我們的逆變設(shè)備主要就是需要有高性能的DSP，拓撲，新型的算法，和一些改進。
小功率的，大功率的，三電平、四電平、五電平，常規(guī)的只有兩個電平，不是零就是一，如果創(chuàng)造出第三個電平是多少呢，肯定是正負0.5，正負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)生第三個電平，產(chǎn)生第三個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。我們準備做1500伏的直流系統(tǒng)，從今年開始，歐洲美國已經(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伏其實很簡單，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量精度，加快響應速度，同時提供更好的為這個后端的智能化提供一個比較標準的信息化的平臺。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中，也是減少了3倍。單機的功率，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，我想今后這是個多元化的應用的長河，應該說產(chǎn)品形式在不斷豐富當中。有一點，我想這個趨勢是逆變器未來作為一個執(zhí)行的機構(gòu)，作為一塊像太陽能電池板一樣靜止的東西，應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，在這個房子當中什么都有，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，因為客戶不專業(yè)，但是他要對他的錢負責。比如晚上怎么辦，晚上是不是要把變壓器斷開，原來我們在配電設(shè)施，晚上有負荷，太陽能晚上開著干嗎，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)生要征一個太陽能電站當中，要征兩畝地來干這個機房，這個事情是個很大的事情，因為這個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，因為水泥這個墩子一百年自己也吸收不掉，但是這個鐵房子，30年以后你可以把它化掉，還可以賣點廢品的錢。
關(guān)鍵這一切我們都是為了PR的指標，我們對這個指標進行了定義，同時我們國際標準也在做，我們在分布上把光照資源給出掉，歸結(jié)起來應該去提高這樣的效率，這里冒出一個問題，現(xiàn)在超發(fā)的超配的太陽能電池板配1.3個兆瓦，逆變器配一個兆瓦的怎么定義，我們很遺憾，現(xiàn)在我們每個電站是按照光伏組件的功率定義的，這是一個非常不正常的現(xiàn)象，我在這里跟大家呼吁，任何東西都是要給客戶負責，太陽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，但是回報率是最高的，我們做的太陽能電池太便宜了。其他還有些監(jiān)控，一些新的技術(shù)，我們要使得這個電站能夠具有一些初步的診斷，這個設(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，這個是你也就是說是你這個設(shè)備應該具備的能力，相當于你作為一個工程師應該掌握英語，現(xiàn)在中學生都掌握電腦。
最后一個，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活動。這點大家都滿足了，我們叫做穿越，大家都愛看穿越劇，一個意思，其實指在電壓低，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，甚至更長的，都是可以的。在分布式電站中孤島保護的問題，如果這個電網(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，特別是多臺并起來的時候，這個問題非常麻煩，現(xiàn)在研究的也比較少。當然還有剛才所長講的頻率，這個頻率的問題，到底頻率高和低，現(xiàn)在一些標準已經(jīng)對頻率特征已經(jīng)做了明確規(guī)定和描述。還有諧振的問題，大家看右邊這個地方，發(fā)生諧振了，這個很容易發(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，一個月罰款罰十幾萬，發(fā)電發(fā)十幾萬，并網(wǎng)點功率數(shù)的控制，必須把傳感器，把計量要裝到最后的并網(wǎng)點，負責后面的，那個點上的功率數(shù)要提上來，實現(xiàn)閉環(huán)，這個現(xiàn)在是現(xiàn)實的問題，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。還有一個大問題，剛才所長講了，電壓升高了，現(xiàn)在要搞幾萬個扶貧項目，一個村上裝幾千套3000瓦5000瓦的系統(tǒng)，這個肯定是不可行的，一個村莊上，我去調(diào)研了一次，一戶農(nóng)村家庭里面白天的負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，只有一個冰箱。把這些電站全部接到那上面去，這個電壓曲線就往上升，沒有負荷，到中午的時候估計會產(chǎn)生一些索賠的現(xiàn)象，這個電壓肯定是高的，我們有沒有方法，其實我們電力系統(tǒng)有一個很好的方法叫有載調(diào)壓，是不是可以做一些無功的奉獻，使得電壓能夠調(diào)下去，但是這個活誰去做，就是剛才領(lǐng)導講的，誰去測量觀測最后去執(zhí)行呢，如果10千伏以下都不管了誰管。西部在限電，光儲系統(tǒng)能不能今后也不要占指標了，水光伏不是不占指標的，光儲能不能給予一些優(yōu)待，這塊紅的轉(zhuǎn)到綠的給多少錢，儲能裝置很貴，一瓦時4塊錢左右，如果你去補一個10%，這個電站當中就是一筆大的投資，是不是可以，儲能是回避不了的，肯定是要儲的，什么時候儲現(xiàn)在可以示范起來。
后面還有一個技術(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項目，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)在火電的同步機組一樣的外特性，如果達到這樣的外特性，這樣一個下垂特性，基本上就可以適應現(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了，我就要做到跟左邊這個同步機組一樣的特性，有沒有可能，完全有可能的，你把電力電子裝置做大一點，把儲能裝置稍微加大一點，如果說分鐘級的，超級電阻也可以，把非線性系統(tǒng)模型成線性系統(tǒng)奉獻給我們的電力系統(tǒng)，使得我們整個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，其實完全可以，現(xiàn)在我們的電站，每個電站又投了幾百萬下去的無功補償裝置，但是這個裝備自身已經(jīng)具備了這樣一個功能，重復投資了。當然還有智能化的云的平臺，大數(shù)據(jù)時代要到來了。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，大家再評測。
最后一個是安全性，首先是安全性上面是PID，所有組件廠家都說PID拿到了認證，拿到認證并不意味著沒有PID，只不過PID做的比別人好一些。我在這里給大家舉一個例子，在某一個酒廠，做酒的，上面裝了10兆瓦的太陽能發(fā)電，這個酒燒起來以后，蒸汽里面，酒是酸性物質(zhì)，使得頂上的太陽能電站，肯定滲透進去了，最后這個電站失效了，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。還有就是漏電，漏電怎么辦。最后一個是著火了，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，我估計就像我們的電動汽車失火一樣，我們會倒退五年，各方人士都來譴責我們，我們開始就要把這些工作做好，進行拉弧的檢測，拉弧開始的時候我們能檢測到，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，同時為電網(wǎng)提供諸如、平滑、無功、穿越、支撐、應急等友好服務。光伏電站類型日趨復雜化，多樣化，因此需要針對不同類型的電站的實際情況因地制宜，科學設(shè)計，合理選擇逆變設(shè)備。我的報告就這么多，謝謝各位。
