光伏逆变之道 创造洁净能源新世界

作者: admin 分类: 体育 发布时间: 2019-05-24 11:47

  什么是光伏逆变器

  逆变是针对顺变而言的,整流器把交流电能变换成直流电能的过程称为顺变。那么把直流电能变换成交流电能的过程就称为逆变了,把完成逆变功能的电路称为逆变电路,把实现逆变过程的装置称为逆变器。

  在太阳能光伏发电系统中为什么一定要采用光伏逆变器呢?目前我国发电系统主要是直流系统,即将太阳能电池发出的电给蓄电池充电,而蓄电池直接给负载供电,如我国西北地方使用较多的太阳照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简单,成本低廉,但由于负载直流电压的不同(如12v、24v、48V等),很难实现系统的标准化和相容性。特别是家用电器,如日光灯、电视机、电冰箱、电风扇和大多数动力机械都是利用交流电工作的,即大多数为交流负载,所以利用直流电力供电的光伏电源,很难作为商品进入市场。太阳能光伏系统设置逆变器的目的就是将直流电转换为交流电,便于满足大多数使用者负载的需要。

  此外,如果电力线受到破坏或被迫关闭,逆变器就要停止向用电设备或电网供电。如果电力线电压偏低或欠压,或出现较大的扰动时,要采用一种用于非孤岛逆变器的传感器来传感这种情况。当出现这种情况时,逆变器将自动地关闭向电网供电,或把电力传输到其他地方,从而防止它成为电力发电的孤岛。所谓孤岛效应,即电网出现故障后,并联在电网上的光伏并网发电系统依旧可以工作,处于独立运行状态。

光伏逆变器

  光伏逆变器的技术发展路线

  光伏逆变器把光伏组件产生的直流电转换成交流电后馈入电网,逆变器的性能和可靠性决定着发电的电能质量和发电效益,因此光伏逆变器在整个光伏发电系统里处于一个核心地位。

  并网逆变器在所有类别中占据了主要的市场份额,也是所有逆变器技术发展的一个开始。相对于其它几类逆变器,并网逆变器从技术上相对简单,重点关注光伏输入和电网输出,能够安全、可靠、高效、高质量的输出电能成为了这类逆变器重点衡量的技术指标。在不同国家制定的光伏逆变器并网技术条件中,以上几点成为了标准的共性衡量点,当然细节的参数有所不同。针对并网型逆变器,所有的技术要求都是围绕着满足电网对分布式发电系统的要求展开的,更多的要求来自于电网对逆变器的要求,即自上而下的要求,如电压,频率规格,电能质量要求,发生安全,故障时候的控制要求。以及如何并网,并入什么电压等级的电网等等要求,因此并网型逆变器总归是要满足电网的要求即可,它没有来自于发电系统内部的要求。而且从技术上而言,非常重要的一点是并网型逆变器是并网发电,即符合并网条件即发电,它不承担电网本身的稳定性,安全性等问题,也不涉及到光伏系统内的能源管理问题,因此它是简单的。就像它产生的电的商业模式一样来的简单。据国外的统计数据,目前已经建设并运行的光伏系统中,大约有超过90%都是光伏并网系统,都采用的是并网逆变器。

  和并网逆变器相互对立的一类逆变器就是离网逆变器。离网型逆变器指的是逆变器输出不和电网相联,而是和负载相联,直接带动负载供电。离网逆变器应用是较少的,主要在一些偏远地区,不具备并网条件,并网条件差,或者有自发电,自用电需求的场合下,离网系统强调的是自发自用。离网逆变器由于应用少,因此在技术上研究、发展的都很少。在国际上关于离网逆变器的技术条件,标准也很少,这就导致了该类逆变器研究,开发的越来越少,呈现萎缩的态势。但离网逆变器所具有的功能,涉及到的技术却并不简单,特别是和储能电池的配合,整个系统的控制和管理都比并网型逆变器要复杂。应该说,由离网逆变器,光伏板,蓄电池,负载等其它设备组成的系统已经是一个简单的微电网系统,唯一一点是该系统不和电网相联,是一个孤岛系统。

  事实上,离网逆变器是双向逆变器发展的一个基础,双向逆变器实际上是综合了并网逆变器和离网逆变器的技术特点,应用在局部供电网络或者发电系统和电网并联使用的场合。这类应用虽然目前不多,但因为该类系统是微电网发展的雏形,符合未来分布式发电的基础架构和商业运行模式,因此在技术上属于承前启后的一个角色,即在当前并网型应用和未来局部微电网应用之间的桥梁作用。事实上,目前在一些光伏发展较快,较为成熟的国家和市场,以家庭、小型区域为单位的微电网应用已经在开始慢慢发展了。同时,当地政府鼓励以家庭为单元发展局部发电、储电、用电的网络,以新能源发电自用优先,不足部分取自电网。因此双向逆变器需要考虑更多的控制功能和能源管理功能,如蓄电池充放电控制,并网/离网运行策略,负载可靠供电策略等。总而言之,双向逆变器将更多的从整个系统的角度担当重要的控制和管理功能,而不单一的只考虑电网的要求或者负载的要求。

  作为电网发展的方向之一,以新能源发电为核心构建的局部发电、配电、用电网络将是未来微电网主要发展的方式之一。在这种模式下,局部微电网将和大电网形成一种互动的关系,微电网将不再是紧密依靠大电网运行,而更多的以独立运行的方式,即孤岛方式在运行。以满足区域的安全,可靠用电优先,只有在局部电力富裕或者需要从外部电网取电时,才形成并网运行的模式。目前,由于各方面的技术,政策等条件不成熟,微电网并没有大规模的得到应用,只有少量的示范项目在运行,而且这些项目中,以并网运行的模式居多。微网逆变器是结合了双向逆变器的技术特征,同时担当重要的电网管理功能,是典型的逆变、控制和管理为一体的综合控制逆变一体机。它承担着局部能量管理、负荷控制,电池管理,逆变,保护等功能,将和微电网能源管理系统(MGEMS)一起完成对整个微电网的管理功能,将是构建微网系统的核心设备。和逆变器技术发展中最开始的并网逆变器相比,已经脱离了单纯的逆变功能,而承载了微电网管理和控制的功能,从系统层面关注和解决一些问题。图2展示的是我公司合作的微点网项目系统配置图,该系统具有一定的典型性,是由柴油发电机担当基本供电单元,可再生能源发电作为补充。由我公司提供储能型逆变器,提供双向逆变、变流、电池充放电,微电网管理系统对整个微电网进行管理,接触器A,B,C都是受控于微电网管理系统,能够在孤岛运行时根据电力供应切断非重要负荷,维持微电网的稳定和重要负荷的安全运行。

  中国光伏逆变器市场现状

  美国与欧洲太阳能光伏组件市场几乎被天合光能、尚德电力以及英利绿色能源之类中国太阳能电池板制造商所雄霸。撇开国家之间的贸易战不谈,中国光伏企业以其低成本、高质量的晶体硅太阳能电池板赢得战场。据GTMResearch研究报告,2011年,几乎50%的中国光伏组件出口至美国。

  不过,就光伏系统中另一个重要硬件逆变器而言,中国企业在美市场份额几乎为零(这一分析结果排除Satcon与AdvancedEnergy在中国生产的逆变器)。目前,逆变器市场被德国企业SMA以及其他欧洲美国企业(比如Fronius,、AdvancedEnergy、Kaco与Satcon)所主导。

  每一个与电网联接的光伏系统都需要一个逆变器将直流电转变为交流电。中国逆变器企业在美国与欧洲市场份额不大有以下几点原因:

  1)光伏逆变器成本仅占光伏系统总成本的7%,因此一个更为便宜的逆变器并不会对光伏系统价格产生太大影响。所以,客户并不倾向选择价格较低中国企业生产的逆变器。

  2)正如很多安装商因质量、银行可贴现性以及可靠性等问题并不选择中国制造的组件一样,安装商也不太愿意选择中国生产的逆变器。

  3)因为UL1741认证(一些供应商花费两年时间才获得UL认证)很难获取,欧洲制造商在进入美国市场上颇费周折。很多中国制造商已经取得一些进步,不过想要获取UL认证,还是要花费精力。

  据统计2010年末全球太阳能光伏累计装机容量接近40GW,比2009年的23GW增加70%。欧洲是太阳能利用最多的地区,2010年末累计安装光伏(PV)29617.145兆瓦,同比增长81.8%,占世界光伏发电装机总容量的74.5%。亚太地区光伏发电装机容量虽仅次于欧洲,但仅占世界总量的14.7%;北美地区装机容量为2747.2兆瓦,同比增长56.0%,占世界份额为6.9%。

  随着全球光伏安装规模的逐渐增大,光伏逆变器市场也随之急剧放大。

  由于光伏逆变器不依赖于电池的不同技术,它的成长性比各种电池的发展更具爆发性。2010年全球光伏逆变器的市场规模为65亿美元左右,前瞻产业研究院光伏逆变器行业研究小组分析预计,到2015年,即使考虑售价下降,光伏逆变器市场规模也将超过150亿美元。

  在海外光伏市场低迷的情况下,政府救市的意愿较强,四部门联合宣布将借助财政补贴、金太阳示范工程、太阳能屋顶项目等举措,强力推动光伏发电在国内的大规模应用。光伏发电装机目标被确定为到2015年达21GW,到2020年达50GW。其中值得注意的是,到2015年屋顶光伏电站规模为30GW,到2020年则达25GW。按规划比例计算,到2020年屋顶光伏比例将占到装机目标一半左右,逐渐占据光伏产业装机的半壁江山。据IHSiSuppli公司的光伏(PV)市场追踪报告,由于两大太阳能市场增长停滞或者降低上网电价补贴,2011年全球光伏逆变器市场小幅下滑,但其它地区的增长限制了其跌幅。

  德国能源系统改革

  在德国弗莱堡的瓦邦社区,当地的房子像火柴盒一般排列整齐,不过更加引人注意的,是每家每户屋顶上的太阳能电池板。在明媚阳光下,这些电池板成了当地社区最耀眼的标志。

  除了民居,当地几乎所有的公共建筑也都安装了太阳能电池板,居民们把这些太阳能电池板叫做向日葵屋,这些太阳能并不是给居民自用,而是返还到城市供电系统。除了在安装太阳能电池板上政府会给出相应补贴外,每户居民一年卖电就能获得6000欧元的收入。

  目前在德国,不仅单体住宅,集体住宅、廉租房,或者多户型的公寓也可使用太阳能。太阳能面板普及的地区和家庭越来越多,他们为整个国家提供了20%的可再生能源发电量。

  早在1999年1月,德国就在全国范围内实施十万太阳能屋顶计划。这项计划的目标是到2003年底安装10万套光伏屋顶系统,总容量在300-500万千瓦,即每个屋顶3-5千瓦。

  为了推动和保证光伏能源为核心内容的新能源计划的实施,2000年,德国政府颁布首部《可再生能源法》。这部法律保证购买和使用光伏发电能源的居民和企业将得到0.99德国马克(0.56欧元)/kWh的价格返还。与此同时,德国联邦经济技术部(FederalMinistryofEconomicsTechnology)也为此十万太阳能屋顶计划提供了总共约4.6亿欧元的财政预算。

  首部《可再生能源法》出台,对德国太阳能光伏发电产业起到了巨大的推动作用。

  政府的补贴政策使德国太阳能产业风光无限,据德国媒体报道,自2006年以来,德国一直稳居世界光伏发电总装机容量第一把交椅。未来德国政府还将在现有基础上继续削减对安装太阳能光伏装置和太阳能上网电价的补贴。

  太阳能发电已经不像传统观点和媒体的导向所认为的那样不稳定。仅仅2012年5月的第一周,德国太阳能制造了7亿8000万千瓦时的电力,到了5月末,也就是创纪录的那个星期,发电量达到了10亿9600万千瓦时,几乎满足了当周德国电力总需求的12%。

  按照目前的发展趋势,太阳能在德国能源产业的份额预计将会继续翻番,从2011年的3.2%一跃升至2016年的7%左右。

  目前,全球累计光伏产能中约有78%安装在欧洲境内。EPC公司已在这一市场内建立起了有效的沟通渠道,并有能力在极短的时间内实现大型光伏电站的安装应用。这些公司在相关电站的运行与维护上有着极为宝贵的经验知识,而这些经验知识反过来也使其有能力以可信赖的光伏安装合作商的身份在未来的非欧盟市场上开展业务。数量众多的与电站建造和现有电站维护相关的服务正处于进一步发展或完善当中。这些服务范围涉及旧电站建成后的优化,和对电站进行创新性管理等各个领域。甚至金融产业也可充分利用这一经验。随着二级市场上出现了大规模的电站,以及基础设施和养老基金等积极地为自身投资组合引进光伏项目,金融领域和交易业务领域则需要新的解决方案来适应新的发展趋势。

  同时,随着产业关注的焦点不再是欧洲市场,产业亟需获得关于全球其他地区市场的经验。亚洲和美洲市场在光伏领域内的崛起即标志着这一发展的开始。欧洲设备制造商可以说是首批意识到这一状况并采取了相应行动。目前,逆变器及其他系统零部件制造商也同样面临着这一挑战。他们的长期成就仍有待证实。在涉及下游从业企业的时候,EPC企业也是首批对变化多端的市场环境做出应对的企业。

  事实上,欧洲主要光伏市场内对于就业岗位的创造已经处于停滞状态。据DIW(德国经济研究所)称,德国绿色能源领域内的就业水平在2012年将出现停滞。而这一现象并不仅仅是通过各制造商申请破产的举动来体现的,还体现在SolArhybrid等各主要EPC公司也纷纷出现类似状况这一事实之上。欧洲的下游光伏产业能否经受得住考验并采取可靠、可持续发展的措施,还有待观察。

  预计欧洲将继续领跑可再生能源市场,从目前到2017年市场份额将达到43%。在可再生能源逆变器应用中光伏逆变器将占据较大的份额。PikeResearch还指出,到2017年亚太地区光伏逆变器安装量将达到72GW,北美市场为66GW。

  诚然,2012年对于整个产业来说是一个重要的转折点。然而,真正的转折点已经在2011年就已显露了头角,的那个是全球市场需求重心开始转移,同时中古够开始发展其强劲的国内市场。

如果觉得我的文章对您有用,请随意打赏。您的支持将鼓励我继续创作!