禾迈杨波：从逆变器角度看光伏发电系统的高效和安全

2016年10月31日-11月1日，由北极星太阳能光伏网主办的“第二届光伏电站质量˙设备选型高峰论坛暨2016金融机构光伏电站投资风控研讨会”在北京艾维克酒店举办。来自国内各大电站投资单位、电力设计研究院、大型金融机构、光伏发电设备企业等近300人参与此次盛会，共同探讨光伏发电产业如何走上质量之路、效率之路。

会上，杭州禾迈电力电子技术有限公司总经理杨波发表了主题为《从逆变器角度看光伏发电系统的高效和安全》的演讲。

杭州禾迈电力电子技术有限公司总经理 杨波

主要内容如下：

禾迈在美丽的杭州，是一家为光伏电站和户用光伏系统提供逆变器等专业产品和技术服务的电力电子公司。虽然公司还比较年轻，但是涉及的技术和产品已经很多，在新能源领域，除了太阳能，还有储能技术、电动汽车充电技术等。

禾迈的创立其实很简单，是一家由浙江大学和杭开集团共同合作的高新技术企业。浙江大学是一座拥有百年历史的高等学府，杭开集团则拥有雄厚的产业资源，禾迈创立之前就已经开展了全方位的产学研合作。2008年在浙江大学电力电子国家重点实验室内，产品开始研发，2012年，在“浙江大学-杭开集团新能源研发中心”基础上，成立了禾迈电力电子这家公司，走到现在，刚好4年的时间。

我们的技术团队主要来自浙江大学电气工程学院的电力电子国家实验室，包括博士后3人，博士10人，硕士25人。禾迈团队起步于学校，比较注重创新技术的研究，已经拥有了很多国家专利和软件著作权。

今天的演讲主题和光伏逆变器产品有关，但同时也和大家分享一些我们的创新技术和理念。

众所周知逆变器在光伏系统中的作用，所有太阳能的功率都要全额通过逆变器，所以逆变器是光伏系统里面除了组件以外最为重要的核心。我们很关注逆变器的转换效率，但是我们又在思考，影响电力电子变流器的因素有很多，研究关键的并不只是它的效率的提升，更重要的是要弄清我们的能量源来自于哪里，有什么特性，太阳能组件的特性跟普通电池的特性不一样，必须明白它的特性，才能开发出一个与之适配的变流器。

反过来，光伏系统的需求对逆变器提出了很多特殊要求。有件事情我印象很深，光伏行业的前辈曾和我说:汽车有3万的，有30万的，有300万的，都是出行用的，价格的不同那是因为汽车有溢价，但是光伏没有溢价，每度电的收益是一样的。让我们的收益变多，必须从几个方面来提出要求，比如说发电效率更高，发点时间更长，系统成本和维护费用降低，总收入必然增多。因此必须要实现高效的能量转换，可靠的运营机制以及功率的匹配，以及更低的维护成本投入，这些也都是大家所关注的。因此，除了电力电子要把转换效率做到最高以外，在光伏逆变器还有三件要紧的事情需要解决，很多标准，很多企业都做了这些技术方面的要求。

从我们公司产品的研发历程讲起。

首先，我们给中大型电站提供了模块化逆变器的解决方案，从机柜结构来看它就是一个集中式的逆变器，从电气结构来看是把集中式逆变器分成了几个模块，以实现组串式的功能。模块采用了国际上最先进的T型三电平变换，效率可做到99%。市面很多逆变器效率都可以做到99%，未来禾迈即使做到了99.9%，由于不可能超过100%，进步空间是非常小的，但即使变换的效率尽量提高，到底是不是满足了系统高效的要求？

第二个，我们给户用系统提供了微型逆变器的解决方案，就是在每个组件后面都加一个逆变器。同样我们禾迈微型逆变器做到了全球最高的效率，转化效率有96.7%，静态MPPT效率达到99.8%，CEC效率达到96.5%，但是是否就带来了实质发电量的增加？我们认为不一定。

我现在要讲就是从光伏系统的高效来看，转换效率、MPPT效率只是对于光伏逆变器最表面的要求，实际要提高的是光伏发电系统效率，应该包括更多方面，比如说高效的组件，更合理的配置方式等。单从逆变器的角度来看怎么提高的系统效率呢？除了前面提到共同关注的指标，转换效率99%，MPPT效率99.9%，其他可能更大的制约因素是哪些方面呢？比如怎么让发电的时间更长。太阳能是随季节和时间波动的，发电量每天、每周、每季的差异都很大。传统的电力电子逆变器是针对传统的电源输入，按额定功率和额定效率设计。但光伏系统的功率输入变化就很大了，那对应逆变器该如何设计？另一方面，怎么让系统可靠性更高，维修时间更短?一个500千瓦的逆变器停工一天损失是几千块钱，这些都是我想和大家分享的禾迈产品贯穿的理念。

因此，除了高转换效率以外要实现多MPPT技术、功率冗余技术、轻载高效技术等，我们认为这个基础就是模块化技术。模块化技术，之前艾默生做的最好，在此基础上，我们更进一步该做什么呢？

第一个就是灵活可变的MPPT配置技术，目前据我了解只有禾迈推出了这样的技术，现在我们都知道集中式逆变器一般一个MPPT，最多达到4个MPPT，组串式逆变器每个组串可以有一个MPPT，但它们的MPPT数量都是固定不可配置的，而对于模块化来说，每模块组合就可以实现灵活的MPPT配置了。在浙江，山地光伏应用很多，我们发现了一个应用需求，集中式逆变器解决不了山地光伏多MPPT的需求，组串逆变器又贵，但禾迈模块化逆变器可以很好解决这个问题。现在一个500千瓦的逆变器，里面有63千瓦乘8个的模块，任意模块都可以组合，比如说一个500千瓦的机器，可以150千瓦一个MPPT，可以100千瓦、200千瓦任意组合，这就是模块化带来的灵活配置，这样的灵活配置就可以根据山地实际情况而相应匹配。选址难，土地条件差，可以通过模块化逆变器可变MPPT配置来解决，这是我们第一个优点。

第二个怎么增加它的发电时间呢？在轻载的时候，系统组件虽然是有效的，但发电量极低，逆变器不一定能启动发电，怎么办?由于模块可以智能加载和卸载，基本逆变器可一直保持在最高效率工作，设定满载时可以把效率做到最高，这就是禾迈产品加权平均效率可以做到很高的原因。这样有好处，第一发电量增加了，第二发电时间延长了。早上和傍晚太阳能组件的输出功率比较小，我们只用50千瓦模块来发电，启动功率就变得非常小，可以有效的延长发电时间。

第三个，在太阳能系统里面，太阳能电站的停机维护和停机检修时间非常重要，这个事情上我一直认为UPS的概念可以延续，这也是艾默生当年做模块化光伏逆变器的理念，任何一个模块出现了故障，其他模块独立工作，不用停机维修，理论上可以称为永不停机的逆变器。

禾迈永不停机这个人性化的设计，是在实践中受到的启发。系统维护、运维两者都很重要，5分钟修好还是5天修好，意味着几千甚至上万块钱的损失，禾迈模块化逆变器模块的替换，一个人即可完成操作，非常简单，大大降低了运维时间，可以让发电时间有效增加。

最后总结一下，无论是集中式逆变器、组串式逆变器、模块化逆变器都有自己的应用场合。禾迈模块化逆变器它在故障情况下的发电损失会降低到最小，加上之前所提的两个灵活的配置，特别适合山地光伏等MPPT要求高的场合，这也是从业主的角度来考虑的。顺便提一下，目前分布式电站，功率大小比较分散，对我们来说50千瓦的模块可以随意配置,从50kW到1000kW都可匹配，这样可以给业主除了组串式逆变器以外增加一个选择，并且整体来讲的逆变器成本会降低很多。

以上是我从技术方面来分析，或者说把我们的技术理念融入我们产品中做出来的模块化逆变器的一些简单的介绍。

再来讲我们的第二个产品，也是想把这个理念拓展，即为什么做微逆。微型逆变器做的最好的公司是美国的一家公司，它在美国的出货量一年是400万台左右，在美国已经有超过一半户用光伏系统用微型逆变器而不是组串式逆变器。4年前我们开始研发微型逆变器，现在我们在国内国外占据了较大的市场份额。

模块化逆变器和微型逆变器是一个理念，微逆针对每块组件提供一个MPPT，从技术上来讲可以最高效的提供发电效益给用户。

美国杂志NERL上发表的一篇论文，大概在两年多以前，在美国大量地区做了很多实践和理论的工作，得出一个结论，就是在轻度阴影、中度阴影和重度阴影，微逆系统比组串式系统发电效率提升5%到15%，顺便提一下，组件特性的不同也可以等效视为有阴影发生，即我们通常说的光伏发电短板效应，专业术语叫功率失配。

微逆可以允许不同组件在系统中混用，在国外采用微逆的系统可以随意增加光伏组件，对厂家每快组件的电气特性没有任何要求，允许混用不同厂家组件，因为是每块组件独立在逆变工作，可以随意的DIY接入进去，可以随意增加系统功率。

另外一个是系统安全，这个可能会引起组串式逆变器厂家的反感，所以这一段我们只谈技术，现在基本上户用系统80%火灾都是由于光伏组件串联的直流高压引起的，微型逆变器的输入电压只有40伏左右，所以完全是安全的，一方面很难引起电弧导致起火，现在在国内做的屋顶项目据说已经有事故发生，主要是高压直流引起的触电和火灾。当然，采用组串式逆变器如果安装规范、配件质量有保障、安装质检到位，这些隐患也可以有效降低。

所以微型逆变器有很多优点，微型逆变器什么时候能彻底取代组串式，我说现在还不行，微型逆变器现在还是相对高端，它有一个不利就是价格相对比较高。但是从性价比的角度来说，微型逆变器质保15年，我15年之内免费更换，你公正来说，其实性价比是超过组串式的。

我想告诉大家，如果真正想持有一个好的户用电站，给老百姓安装一个好的户用电站，我觉得微型逆变器是一个非常好的选择，我有15年的质保，相对来说价格就比组串式的便宜了。

另外，微逆给后期运维带来的方便也很重要。禾迈微逆系统可以上网看到每块组件的发电情况，。户用是千家万户的，怎么上门维修，发电量少了你不知道哪一块组件坏掉了，怎么修？但我们的微逆系统可以清楚地看到，这样可以给运维降低成本。

最后，总结一下，第一个是我们现在全新推出的模块化逆变器，我们提高了模块化逆变器的稳定性和可靠性，还推出了全新的灵活配置的多MPPT结构。

第二个，微型逆变器，是我们给家庭户用光伏电站提供的另一种选择。禾迈微逆全球最高效率96.7%，最高防护等级IP67，国内最长免费质保15年，国内市场占有率第一。

第三个，利用技术创新，为客户提供更多的选择。我希望我们禾迈的技术创新给客户提供多一种选择。技术方面讲完了，跟大家简单分享一下我们的典型案例。这是我们浙江30MW山地电站，全部采用禾迈模块化的逆变器，这里运用到我们的多MPPT技术，因为它有不同的坡度。这个电站现在发电状况非常好，欢迎大家看一看。

这是我们在浙江上千户的家庭光伏系统，全部采用微逆变器，布置非常方便，不需要任何培训，跟组件一样方便安装，现在老百姓反馈非常好，也请大家可以去看一看。

今天就讲到这里，谢谢大家！