如何在逆变器身上做“文章”，提高电站发电效率？

一个光伏电站的实际发电量受三个重要因素影响：装机容量、有效日照时间、系统效率，这三个因素与电站实际发电量均成正比关系。其中，装机容量在电站设计初便已确定，有效日照时间则由电站安装地点决定，因此一个电站要想提高发电量唯一的途径就是从“系统效率”上下功夫。

我国的光伏电站基本都是2010s建成，理论上80%的系统效率应该是一个平均水平。然而，大量的实际调研数据证明，我国西部大型地面电站的平均系统效率仅能达到74%左右（来源于王斯成老师讲座）。


到底是哪些因素将系统效率拉到如此低？我们又能从哪些方面着手进行改进以提高系统效率呢？

首先我们看一下，光伏电站系统损耗的主要来源。

光伏系统主要由组件、汇流箱、直流配电柜、光伏逆变器、升压变压器及连接各设备的线缆六部分构成。因此，相对应的系统效率损失也主要来自这六部分。

（1）温度对组件输出功率的影响，当温度过高时组件输出功率会降低。在一些光照好的地区，一天当中最好的光照时间段为12~15点，但是同时气温最高，Pmax与组件表面温度成反比，会直接影响组件输出的最高功率。因此，建议电站项目做好组件的散热措施，比如彩钢瓦屋顶隔热等。

（2）组件的一致性问题。组件一致性包括标称偏差、组件衰减与老化、离散性等系列问题。根据组件存在的“木桶效应”，组件一致性越差，则组串输出效率越会受到表现最差组件的拖累。

（3）组件受到阴影遮挡、脏污、灰尘、朝向不一等影响导致的组件失配现象。

（4）汇流箱失配、通流损耗。

（5）直流柜失配、通流损耗。

（6）光伏逆变器功耗及效率。

（7）升压变压器损耗。

（8）直流线损、交流线损。一般情况下，直流线损可以按2~3%来估算。交流线路短，线损相对较少，一般可以按1%来进行估算。

（9）设备故障和检修带来的系统效率降低。

综合以上9大因素来看，系统效率受到“失配”、“效率”、“损耗”三大因素影响最多。失配影响主要源自于由于内部或外部因素影响导致的组件（串）间的不一致性；损耗则主要来自于电流通过各类系统设备及线缆时产生的消耗；效率则重点关注逆变器的转换效率。

其次，我们看一下，通过逆变器如何提高系统效率？

光伏逆变器在整个电站系统造价中占比很小，但却是光伏系统发电效率的决定者。根据茂硕电气研发团队对光伏系统深入的对比研究发现：合理的选择及配置光伏逆变器，整个系统总发电量甚至可以产生5-10%的差别。接下来我们就具体看一下茂硕电气研发团队是如何通过合理选择及配置逆变器来减少“失配”、“损耗”、“效率”三大因素对电站系统的影响，从而提高电站系统效率。

（1）通过增加MPPT数量降低组件失配的影响

MPPT（Maximum Power Point Tracking最大功率点跟踪）是追踪太阳能电池板的最大功率输出点，以期望达到电池板的最大出力，输出最多的电能。在光伏发电系统设计中，MPPT数量——即最大功率点跟踪数量，是关键设计要素。

不同厂家、不同型号、以及不同生产批次的光伏组件，P-V特性曲线是不完全一致的；而受到阴影、朝向等影响时，在不同光照、不同温度以及不同衰减下，各组件的特性曲线也会产生不一致。在整个光伏系统中，由电池片构成组件，组件串（并）联形成组串，组串又进行汇流，最终经配电柜进入逆变器，这样每一层都会形成新的组合功率曲线，新组合曲线的最大功率输出将小于组合前各功率曲线最大功率输出之和，最终导致层层的失配存在，也因此导致系统功率损失。

在电站系统中增加MPPT跟踪数量，通过阵列解耦，让单个MPPT跟踪的组件越少，组件失配损失就会越低。这正是在这个原因的驱使下，逆变器形成了集中型、组串型、微型逆变器三大类别。

由于电网容易受到逆变器产生的谐波影响，所以在电站系统设计时并不是逆变器越多越好，因此增加电站系统MPPT数量并不能单纯依靠增加逆变器数量解决。目前，业内非常好的解决掉电站系统MPPT数量的成功案例有两个，一个是使用组件（串）优化器，二是茂硕电气研发团队推出的5路MPPT的50KW组串逆变器。

组件（串）优化器主要原理是把逆变器MPPT跟踪和逆变的功能分开，并将MPPT跟踪功能转移到每块组件或每个组串后，这样可以直接增加电站系统的MPPT数量。但这种方案也会存在增加系统成本及自身功耗过大的问题。

茂硕电气推出的ST50KTL机型，第一方面将传统20/30KW组串逆变器功率一下子提高到了50KW，可以减少同一项目中逆变器并机数量，起到抑制谐波的作用；另一方面，ST50KTL将传统的2/3路MPPT设计直接提升为5路MPPT设计，增加了单位数量组件（项目容量）中MPPT追踪的路数，能够有效提高系统发电量。

以目前市面上普通的40/50KW组串型逆变器为例，目前最流行的分别是2路/3路MPPT设计，在1MW的光伏系统中，拥有MPPT数量对比如下：

从上面表格中对比中，茂硕电气推出的ST50KTL机型在每1MW项目中将拥有MPPT数量多达100路，较国内其他品牌机器优势一目了然。在实际应用中将极大程度降低组件“木桶效应”对整个系统发电量的影响。

（2）提高逆变器自身性能，增加系统效率

作为光伏电站型系统的“心脏”，逆变器性能可以说决定着整个电站的发电量。

逆变器影响到电站发电量的主要性能首当其冲的便是转换效率。目前逆变器规格书中标注的效率主要是最大效率和加权效率两种。其中最高效率指的是在包括直流电压等所有内外部环境都达到最佳状态时逆变器的转换效率，也就是说最大转换效率是一个瞬间效率。加权效率指的是在充分考虑外部光照、机器各个功率点效率基础上得出的综合效率，以此为标准来考察逆变器性能更加科学。

第二个关系到电站发电量的关键指标是“有效发电时长”。有效发电时长这个概念的理解可以有两种，一种指的是每天的发电时长，这个主要由逆变器工作电压范围决定，工作电压范围越宽，逆变器弱光发电能力越强，通俗说就是能起的更早休息得更晚；另外，也可以将有效发电时长这个概念理解成为长期的，它主要受到逆变器故障率的影响，要求逆变器平均无故障时间越短越好。

MPPT数量及算法也是逆变器的关键性能之一，其中关于数量的问题我们上面已经描述了很多，而MPPT对系统发电量的影响除数量外，还有另一个非常重要的方面，即MPPT对复杂曲线的动态静态精确跟踪能力，或者说“MPPT追踪效率”。MPPT追踪能力是一个逆变器企业真正软实力的重要体现，它来源于厂商对跟踪算法的不断创新及经验积累。

（3）通过逆变器设计影响系统设计，减少设备及线缆损耗<1>集中型逆变器集成直流配电功能，降低投入减少损耗

以阳光电源、茂硕电气为代表的一线逆变器企业，最新推出的集成直流配电功能的集中型500KW逆变器开始在国内市场逐渐取代老式逆变器。茂硕电气研发团队表示，“500KW集中型逆变器集成8路直流输入断路器，一方面可以为用户减少系统中直流配电柜和直流配电柜连接电缆的投入，另一方面也能够有效减少直流配电柜及连接线缆对系统发电的损耗，提高电站发电效率。

<2>光伏组串直接接入组串逆变器，减少汇流箱投入与损耗

在大中型厂房屋顶光伏分布式应用中，组串逆变器已经成为主流。这种应用较传统集中型逆变器来讲，一是增加了MPPT路数可以提高发电效率，另外组串型逆变器应用时允许光伏组串直接接入，可减少汇流箱的投入与损耗。以茂硕电气ST50KTL为例，共有5路MPPT、10路输入端口，允许每个组串（20-22块组件）不需要汇流直接接入逆变器，同时，由于每路组串对应到了每路输入端口， ST50KTL还可以实现对每路组串的智能监控，自诊断每路组串的运行状态。

<3>1500V方案提高电压减少损耗

线缆损耗在真个电站发电量损耗中占据了非常大的比重，一般情况下，直流线损可以按2~3%来估算，交流线路短，线损相对较少，一般可以按1%来进行估算。而减少线损的办法有两个：一是选用好的电缆，二是提高电压。

最近，行业内最新推出的DC1500V方案开始受到大家的热烈讨论。DC1500V光伏系统在应对光伏组件效率提升后的电压上升、通过电压提升降低线损、降低设备成本方面比目前DC1000V系统有比较明显的优势。

系统峰值运行电压提升到DC1200V，峰值开路电压提升到DC1500V，由此可以减少线缆、汇流箱、逆变器的采购成本，预计可以降低20%左右。系统电压提升还能带来线损降低的效益，对长期持有电站的业主有非常大的吸引力，我们从线损计算公式可以看出，电流减小（P=UI）；传输导线截面积不变，电流I减小，系统损耗功率P损=I2R随之减小。