分布式光伏系統組件級的產品技術應用分析（MLPE）
光伏產業網訊
發布日期：2017-10-18
核心提示：
前言：在今年上海SNEC展會上，組件級電力電子技術及產品（MLPE）出現在多家逆變器品牌的展位上。實際上，絕大多數主流組件廠（晶科、天合、阿特斯、晶澳、尚德等等）早就關注并且都推出過與組件級電力電子技術結合的配套產品：智能組件（Smartmodule）或者交流組件（ACmodule）。而組件級電力電子技術與逆變器廠商聯合亮相，再一次吸引了業內目光。
前言：在今年上海SNEC展會上，組件級電力電子技術及產品（MLPE）出現在多家逆變器品牌的展位上。實際上，絕大多數主流組件廠（晶科、天合、阿特斯、晶澳、尚德等等）早就關注并且都推出過與組件級電力電子技術結合的配套產品：智能組件（Smartmodule）或者交流組件（ACmodule）。而組件級電力電子技術與逆變器廠商聯合亮相，再一次吸引了業內目光。
什么是組件級電力電子？
組件級電力電子，字面意思即為組件級別的電子設備。該技術包含電力電子、半導體器件、通訊、云計算及高可靠制造等多個方面。目前現有產品系列包括微型逆變器、優化器、關斷器（RSD）等等。
圖1.逆變器技術發展圖
組件級電力電子市場
圖2.MLPE市場體量（來源:IHS報告）
目前全球市場體量在2016年為3GW左右，截止到2020年將會接近10GW。截止到2020年，微型逆變器系列的主流產品交流組件和獨立微逆將會平分秋色；而優化器系列產品將出現三足鼎立的局面，分別是優化器結合常規逆變器、優化器結合簡化版逆變器及智能組件。
組件及電力電子應用優勢
一、安全
先引入一個概念：直流高壓。光伏系統采用組串/集中式逆變器，每一串由幾塊甚至幾十塊太陽能組件串聯而成，系統中即存在600V-1000V的直流高壓，而直流高壓是導致直流拉弧的直接原因。根據相關數據顯示，直流拉弧占光伏火災起因的52%。
圖3.單串中存在600-1000V的直流高壓
各國安規
ü美國:防火協會修改國家電氣規范(2014NECARTICLE690DRAFT)：“住宅用光伏發電系統中，在緊急情況發生時，光伏系統交流并網端斷開后，直流端電壓最大不能超過80伏；
ü德國：率先執行VDE防火安全標準，明確規定在光伏系統中逆變器與組件之間需要增加一個直流電切斷裝置。此外，德國保險公司也有明確規定，對于消防員在滅火過程中由于光伏電站帶電造成的人身傷害不予賠付；
ü意大利：消防員在建筑物帶電的情況下，是不可以進行滅火工作的；
ü澳大利亞:根據OVER11-1:2013規范，在組件附近必須有斷路裝置；
在國內，目前暫無光伏安全規范對光伏系統中的直流高壓進行明確的規定。逆變器廠商也試圖通過引入“電弧檢測功能”來保證系統安全性，然而該裝置并不能裂解直流高壓（組件級別），無法實現組件級別的關斷，依然會在滅火時對消防員人身安全造成傷害。
微型逆變器技術采用全并聯電路設計，組件之間不再有電壓疊加，直流電壓小于60伏(不高于組件最高輸出直流電壓)，徹底解決了由于高壓直流拉弧引起火災的風險，同時也解決了當房屋起火時，因光伏電站而阻礙了施救的問題。
圖4.微逆系統中單串組件電壓不超過60V
優化器系統/斷路器（RSD）雖然不能直接解決直流高壓問題，但在發生火災之后能夠關斷每塊組件的直流輸出，不會威脅到消防員的人身安全。當逆變器與電網斷開時，交流端輸出為0V時，優化器/斷路器會自動切斷連接，實現組件級別的關斷，真正意義上的裂解了組件串聯形成的直流高壓。
二、優化系統效率
圖5.傳統逆變器系統VS組件級電力電子系統
傳統逆變器系統中存在的“短板效應”是造成功率輸出損失的主要原因。從生產過程中產生的組件間失配（mismatch）、安裝及后期維護過程中的損壞、使用過程中的陰影遮擋、污漬（動物排泄物、落葉、灰塵等等），及系統后期由于衰減程度不同，這些原因都將造成組件間的失配問題。而組件級電力電子從技術到應用上解決了光伏電站整個生命周期的組件間不匹配的問題。通過采用組件電力電子技術最大程度上保證組件輸出功率，保證系統效率。通過測試及長期的數據收集，在相同條件下，組件級電力電子系統相較于傳統逆變器系統，發電量可增加5-25%。
三、組件級智能監控
組件級電力電子是目前技術可以企及的最小單位范圍內的監控系統。一方面是日常系統運維需求，組件可以在線上平臺進行遠程集中管理、故障遠程診斷，線下團隊的維護、檢修。組件級電力電子實現真正意義上的O2O運維。
圖6.組件級監控界面展示
另一方面是建筑智能化能源管理需求，在未來在統一平臺上完成負載/發電量/供暖/供冷/熱水等監控是發展趨勢，組件級智能監控可以直接融入成為能源管理系統一部分。
圖7.建筑智能化能源管理需求
四、著眼未來進一步提升系統效率
由于國內光伏市場發展，光伏組件技術相對瓶頸，各大組件廠紛紛推出疊片、半片、黑硅、N型、雙玻雙面、多珊等多款新型組件，希望能夠占領技術制高點。其中雙玻雙面組件（中來、英利、晶科、中盛光電等等）是相對成熟的技術，據相關數據顯示，雙面組件發電效率高于單面組件（最高可超過30%），整個周期的發電量增加，固定建筑安裝投資/運維成本降低，電力成本下降。然而，雙面組件的背面發電量不確定因素太大，組件間失配很嚴重，配合組件級電力電子技術是理想的解決方案。
圖8.戶用系統（采用微型逆變器）及商用系統（采用智能優化器）
組件級電力電子技術在安全、優化系統效率、智能監控及創新技術方面優勢顯著，是分布式，特別是建筑光伏的最佳解決方案，必將成為未來5年內的一大行業亮點！