摘要：本文针对大型光伏电站主要采用集中式和组串式两种发电方案，从经济效益和安全性的角度出发，结合实际情况，分析比较两者各自的优缺点。
关键词：集中式 组串式 经济效益 安全性
1 集中式与组串式系统结构对比
1.1 集中式系统
集中式光伏电站发电设备主要包括组件、直流汇流箱、逆变器及其配套的逆变器房或集装箱体、箱式变压器等。
图1 集中式光伏系统结构
集中式光伏电站一般采用1MW发电单元设置。由光伏组件串联组成光伏组串，光伏组串并联接入汇流箱，汇流箱接入逆变器。逆变器将直流电逆变成三相交流电，最后经箱变升压接入电网供电。
集中式光伏电站1MW发电单元一般配置12台16进1出直流汇流箱、2台500kW并网逆变器、1台双分裂箱式变压器等设备。
集中式优点：
（1） 逆变器数量少，便于管理；
（2） 逆变器集成度高，功率密度大，成本低；
集中式缺点：
（1）集中式并网逆变系统中，组件方阵汇流箱到达逆变器，逆变器最大功率跟踪功能（MPPT）范围在450-820V之间，组件配置更为灵活，不能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，当有一块组件效率偏低时，会影响整个系统的发电效率。
（2）逆变器机房较大，需要专用的机房和设备，安装部署困难。
（3）逆变器自身以及机房通风散热均要耗电，系统维护相对复杂。
（4）在雨雾天气情况下，发电时间较短。
1.2 组串式系统
与集中式系统相比，组串式系统减少了直流设备和逆变房等配套设施，增加了交流汇流箱，缩短了高压直流的传输距离。
图2 组串式光伏系统结构
组串式光伏电站一般采用1MW发电单元设置，由光伏组件串联组成光伏组串，光伏组串并联接入逆变器，逆变器将直流电逆变成三相交流电后接入交流汇流箱，汇流箱接入箱式变压器，最后经箱式变压器升压接入电网供电。
组串式光伏电站1MW发电单元配置相对灵活，一般配置20台25kW并网逆变器、5台8进1出交流汇流箱、1台双绕组箱变等设备。
组串式优点：
（1） 组串式逆变器采用模块化设计，几个光伏串对应一个逆变器。逆变器最大功率跟踪功能（MPPT ）电压范围宽，一般为250-800V，配置更为灵活。同时能监控到每一路组件的运行情况并使其处于最佳工作状态，最大程度增加了发电量。
（2） 组串式并网逆变器的体积小、占地少，便于安装。维护不需要专业工具和设备，直流线路连接也不需要直流汇流箱等。组串式还具有自耗电低、故障影响小、更换维护方便等优势。
（3）逆变器自身耗电小，通风散热相对简单。
（4）雨雾天气情况下，发电时间较长。
组串式缺点：
（1） 逆变器数量较多，管理难度相对较大。
（2）逆变器柜体长期直接暴露在恶劣天气情况下，容易导致设备老化。
2 集中式与组串式经济效益对比
2.1投资成本分析
根据当前行情，估算1MW发电单元内集中式与组串式投资费用。组串式系统比集中式系统在一次性投资方面高出约0.06元/W。
2.2 发电收益分析
逆变器是将光伏组件产生的直流电转换成交流电的装置，逆变器转换效率的高低将最终影响能够并网的电量。提升逆变器的转换效率，是增加发电量的关键。
集中式特别适用于地势平坦，无遮挡的地域，且仅有2至4 MPPT跟踪，范围在450-820V之间。组串式逆变器具有多路MPPT跟踪，减小了失配的几率，且范围一般为250-800V，比集中式MPPT电压范围宽，从而提升了发电量。组串式相对于集中式，更能适应地面起伏不平、周围树木有阴影遮挡、组件安装的方向及方位角不太理想等不利的情况。且发电时间较长，发电量更多。在不利条件下，经实际对比，组串式逆变器转换发电量比集中式提升5%左右。
2.3 维护成本分析
集中式逆变器机房需要定期检修、清扫、防尘网的清洗或更换。由于逆变器内部设备多，结构复杂，检修难度大、耗时长，且需要专业技术人员检修，检修周期相对较长。一台逆变器检修，会影响大范围光伏组件发电，电量损失多。
装机容量相同的情况下，组串式逆变器虽然数量比集中式逆变器多，但维护部件较少，基本免维护。一般故障处理时间较短，恢复生产快。并且单个逆变器影响范围小，检修造成的电量损失小。特殊情况下，逆变器还可以整机更换。
3 集中式与组串式安全性对比
3.1 安全性能分析
集中式光伏组串与汇流箱之间一般采用与熔断器底座压接的方式接入。由于熔断器底座对线缆接入安装要求高，现场实际不易做到，一旦出现接触不良的现象，直流电容易产生电弧且不易熄灭，轻则烧坏熔断器底座，重则导致整个汇流箱着火。国内已出现多起集中式光伏电站汇流箱烧毁事件。
而组串式方案中，逆变器一般采用专用光伏连接器与光伏组串，可靠性相对较高，可以有效规避因施工人员能力不同引发的安装隐患。在组串式方案中，光伏组串至逆变器这段电缆较短，电流较小，逆变器至汇流箱的电能传输为交流输电，电流一般控制在50A以内，且交流电由于存在过零点，不易产生电弧，从而大大降低了发生火灾的可能性。
在集中式方案中，直流汇流箱到逆变器这段电缆，电压高，长度一般超过100米，电流能达到100A以上。这也是集中式方案较易发生着火事故的一段电缆。一旦出现事故可能引发山地火灾，后果非常严重。
3.2安全性对比结果
在安全方面的对比上，组串式比集中式可靠性更好，安全性更高。在山地、丘陵地区，组串式优势更为明显。
4 结束语
综上所述，集中式光伏系统和组串式光伏系统各有优缺点。集中式方案在前期投资上成本略低，但随着技术的不断更新，两者之间的成本差异将越来减小，而组串式在发电量及安全性方面的优势将会越来越明显。综合考虑经济效益、系统安全性等方面，组串式发电方案都是理想的选择，相信未来国内更多的光伏电站都将会采用组串式方案。
参考文献
[1]岳国辉,张崇尧.浅析集中式和组串式逆变器的主要特点及其选型比较[J]电力设备，2016.13
[2]张力夫.大中型光伏电站集中式与组串式逆变器的对比[J].有色冶金节能,2016,32(1):51-54.
[3]薛葵.光伏电站运维下一站比拼:成本和价值[J].太阳能,2015(4):6-11
论文作者:梁显峰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/28
标签：逆变器论文; 集中式论文; 光伏论文; 电站论文; 组件论文; 系统论文; 安全性论文; 《电力设备》2017年第33期论文;