2014年光伏逆变器回顾及2015年展望

        回顾2014年光伏并网逆变器，可以用两个字来形容“惨烈”来形容。集中式逆变器的价格2012年的0.8元/W，到2013年是0.4元/W，2014年初的0.32元/W，降到年未的0.24元/W，受到帐期和价格影响，一批企业逐渐退出市场。这几年但新进来的逆变器公司则很少。笔者认为，2015年价格战还将继续，将会有更多公司退回，能够坚持到最后的公司在10家左右。

让我们回顾一下逆变器技术的发展历史，光伏逆变器是新兴的设备，电力电子发展比较成熟的设备有变频器，UPS，机车牵引变流器。早期的光伏逆变器是属于贵族，所采用的技术是参考从机车牵引变流器而来的，所用的器件都是世界一流公司最好的器件，如采用infineon牵引级别的功率开关管FF1200R12IP4，Rogers的叠层母排，Aavid的散热器，Concept的驱动器，Schaffner的滤波器，随着逆变器价格一路走低，这个尖端品牌的器件逐渐从国内逆变器市场退出，逆变器的技术也向UPS靠拢。国产的元器件占领了市场。

近年来逆变器行业几次大的降成本措施：

1、功率器件IGBT降价：2012年前500KW的逆变器大部分是英飞凌公司的FF1200R12IP4，近年来英飞凌公司推出了工业级的FF600R12ME4，成本一下降了50%，加上富士，三菱也推出了替代英飞凌的器件，价格也比它便宜。经过两年多时间的运行，工业级的IGBT表现还算可以。

2、电抗器降价：线材由铜改为铝，铁芯由进品的硅钢片改为国产硅钢片，由取向的硅钢片改为无取向硅钢片，电抗器的成本约下降60%，造成的后果是电抗器损耗增大，铜的电阻比铝少，但铝可以通过增加面积来减少电阻，因此线损增加不大。取向硅钢具有强烈的方向性；在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率与低损耗特性。因此采用无取向的硅钢片后，会导致电抗器铁损增大。

3、结构件降低：大部分厂家都推出了结构紧凑型的逆变器，500KW逆变器，2012年前宽度一般在2.8米，到2013年宽度一般在2米，2014年后新推出的一般在1.5米左右，体积变小，对逆变器厂家的结构设计人员技术要求是一个挑战，要综合考虑安装，维护和散热的问题。逆变器集成直流配电柜，可以节省直流配电柜的结构件，配电柜到逆变器之间的电缆。

取消直流叠层母排，大部分厂家采用两个铜排中间夹一层绝缘片，这样逆变器的性能会降低，原因有2个：母排的杂散电感会越来越大，系统的EMC干扰也越来越高，IGBT会经常受到损伤；母排的局部放电会越来越大，母排和绝缘片之间没有粘结在一起，肯定会存在气隙，而且气隙会越来越大，最后造成绝缘性降低。

采用低端的机械压合的散热器，从散热技术上来看，采用机械压合工艺的散热器，基板和鳍片之间连接面积小，所以热阻大，而且随着时间的推移，基板和鳍片连接部位会发生形变，热阻会越来越大，而采用铜焊接工艺的散热器，由于铜的散热效果比铝好，所以基板和鳍片之间的热阻就非常少，接近本体，寿命也可达20年之久。

4、节省一些非重要器件：如去掉直流和交流滤波器，绝缘阻抗检测仪；减少直流母线电容的数量；直流和交流开关由断路器改为负荷开关加熔断器；电流传感器、防雷器、风机、熔断器等器件由进口高端品牌改为优秀国产品牌。这些改变有一些是参考UPS的经验，效果还有待时间去检验。特别是断路器改为负荷开关加熔断器，UPS是大量应用了，断路器的电气隔离、短路保护等功能后者可以实现，但断路器的过载保护功能和主动分励脱扣功能后者没有，这些功能有没有实际意义，也需要时间去检验。

5、大量采用国产器件：断路器国外高端品牌有ABB，施耐德，西门子，国外中端品牌有LS，国内这几年也出现了很多流断路器，如诺雅克，北京人民，上海良信，新驰电气，奔一电气，常熟开关，这些开关厂看到了商机，也推出了光伏逆变器，汇流箱专用的断路器，目前逐渐替代了国外高端品牌。但国产器件产品性能到底怎么样，还得靠时间去检验。

6、逆变器输出电压等级由270V提高315V,交流输出最大电流由1176A降到1008A，电流的减少可以使逆变器电抗器变小，接触器，IGBT，断路器也可以选择小一型号的产品，有利于降低成本，同时整机效率也会提高。不利之处是MPPT电压范围缩小，在某些地区会影响系统发电量。

可以看到，这几年国内逆变器在降成本方案上还是下了很多功夫，还得益于元器件厂家价格降下来，以及国产品牌的崛起。不过国内逆变器厂家对新技术和新器件的应用还是太少，日本的TMEIC就已以推出以碳化硅为功率器件的逆变器，并且开始大批量应用，碳化硅内阻很少，可以把效率做很高，开关频率可以达到10K，也可以节省LC滤波器和母线电容。
2015年展望与发展

光伏逆变器使用环境和UPS，变频器不一样，光伏组件的寿命是25年，所以要求逆变器的寿命也要到25年，但目前由于价格战，逆变器已经慢慢远离机车牵引变流器方向，笔者认为这个是不正常的。随着国内越来越多有志之士加入光伏行业，以及国内对行业质量的控制力度，光伏电站的补贴将不会向不合格的电站发放。逆变器行业经过一轮低价洗礼，将会回到正常的轨道，产品的稳定性，整体发电量是首要考虑的因素，招标时不再是价格最低者中标。
可以看到，逆变器的微处理器是向着速度更高，功能更强的方向发展，每一代产品更新时间约为5-6年，逆变器使用时间约为8-10年，从芯片上市到逆变器大规模采用的时间约为2-3年，芯片的生产批量生产时间约为10-15年，对于集中式逆变器而言，更换主芯片，就意味着要更换控制板，对于组串式逆变器，更换主芯片，就意味着要更换整机。

提高系统电压，在相同的功率情况下，电流将会减少，因此国内有些厂家在研发直流1500V的逆变器，这个技术在机车行内已经成熟，对逆变器来说没有很大的难度，关键是组件，直流电缆和接头等器件相应的技术要跟上来，1500V的直流输入，组件的最高工作电压就可以串联到1200V，可以由40块组件串联，和现在的20-24块组件串联相比，可以大幅减少直流电缆的数量，还可以提高系统的效率。但凡事有利必有弊，电压上去了，对组件的一致性要求更高的，因为串联电路的电流是由电路最小的一块组件决定的。对系统的安全性能也要求更高了，直流电和交流电不同，没有过零点，一旦出现漏电，将会造成大的事故。所以在国外发达地区如美国和日本，光伏系统是600V为主。