小時候讀武俠，發(fā)現(xiàn)金庸小說主人公武功進(jìn)階過程都離不開師父的悉心傳授和點撥，連駑鈍如郭靖，都在各位金牌私教的點撥之下成為赫赫有名的“北俠”，尤其是性子疏懶的洪七公也按照郭靖的特質(zhì)進(jìn)行了悉心傳授，最后使得丐幫幫主世傳武功“降龍十八掌”更像是為郭靖這般氣質(zhì)的人所生。
光伏江湖也存在武功學(xué)習(xí)稟賦差異，有晴空萬里、陽光普照的集中式光伏，也有陰影時見、遮擋時現(xiàn)的分布式光伏。就像天生稟賦并不十分出色的郭靖，分布式光伏也可以在金牌私教的點撥之下，化不利為有利，將發(fā)電資源發(fā)揮到極致，取得高階效率。這一“金牌私教”就是華為數(shù)字能源開發(fā)的智能組件控制器(華為優(yōu)化器)。第8期《比特與瓦特》欄目介紹了這一方案。
《比特與瓦特》是華為數(shù)字能源推出的黑科技視頻欄目。欄目名稱來自數(shù)字單位比特(Bit)能源單位瓦特(Watt)。
在光伏領(lǐng)域，數(shù)字化、智能化技術(shù)對能源技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)管理，已經(jīng)成為一大趨勢。但這些融入能源的數(shù)字技術(shù)，因為屬于新興和“高階”領(lǐng)域，顯得有些“高深莫測”，并不為人所熟悉。華為多年來吸納了大量ICT、電力電子等領(lǐng)域的科學(xué)家，他們具備對技術(shù)的深入理解和洞察，同時也在新能源項目中擔(dān)綱重要職能。每一期《比特與瓦特》，兩個擬人化小人兒“比特”和“瓦特”拜訪具有這些實戰(zhàn)經(jīng)驗的技術(shù)專家，他們用簡潔明了的語言，結(jié)合華為大量落地實踐，科普數(shù)字能源領(lǐng)域更新更優(yōu)的技術(shù)方案，幫助大家增加對數(shù)字能源黑科技的了解，理解行業(yè)動向背后的邏輯。
本期《比特與瓦特》邀請的是華為數(shù)字能源高級專家顧桂磊，他介紹了華為優(yōu)化器方案在光伏發(fā)電中的多重價值。
多發(fā)價值
將組件稟賦和能量百分百發(fā)揮是每一個光伏電站的期待，這樣能夠?qū)l(fā)電效率最大化。但是就像高手也有疲憊乏力時，常有一些阻礙因素影響發(fā)電。
顧桂磊介紹說：“影響光伏發(fā)電的因素很多，其中一個就是光伏組件的陰影遮擋問題，樹葉、鳥糞、污物都可能形成陰影，輸出功率就會下降，導(dǎo)致串聯(lián)在同一組串上的其他組件的輸出功率也被拉低。”
相信每一個光伏項目開發(fā)者都期待光伏組件時時清亮如新，日日艷陽高照，但是真實情況卻是一只鳥飛過，它造成的陰影都會短暫影響組件發(fā)電，更不用說鳥兒向組件“饋贈”糞肥了，這些將和太陽斜射之下的樹葉一起對組件發(fā)電效率帶來“陰影”。
從電量損失來看，雖然受陰影和遮擋影響的組件損失大，但損失更大的是因為木桶效應(yīng)而形成的電量損失。串聯(lián)在一起的沒有受到陰影和遮擋影響的組件也將受到拖累，導(dǎo)致出現(xiàn)更大的電量損失。
在這一時刻，華為優(yōu)化器就有了應(yīng)用空間。華為優(yōu)化器就是安裝在組件下方的DC/DC轉(zhuǎn)換裝置，以Buck電路為基礎(chǔ)，采用“優(yōu)化器 + 雙級逆變器”架構(gòu)。
它的技術(shù)原理是，通過優(yōu)化器內(nèi) DC-DC 電路，改變光伏組件輸出 IV 特性曲線，使組件最佳功率點不再僅僅局限在單一一點，而變成了一個可以調(diào)節(jié)的范圍曲線。組件在這個范圍內(nèi)都可以輸出最佳功率，即使每塊組件的最佳功率點不一致，卻依然可以在最佳功率點工作。
顧桂磊用更通俗的話介紹說：“當(dāng)單塊光伏組件被遮擋，導(dǎo)致輸出功率下降時，優(yōu)化器就會自動調(diào)整輸出狀態(tài)，通過智能MPPT追蹤技術(shù)，讓每塊組件工作在最大功率點上，實現(xiàn)發(fā)電量最大化。”
如此一來，優(yōu)化器就成為每塊光伏組件的“金牌私教”，因材施教，獨立追蹤每塊光伏組件的最大功率，從而發(fā)電更多。
更重要的是，被遮擋的光伏組件被單獨隔離，這樣就不會拖累其他正常光伏組件，可大幅減小組件之間的失配，能夠保證每塊組件都工作在最大功率點上，從而帶來比傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)更高的發(fā)電量和收益。
這些陰影和遮擋雖然分布式光伏比較常見，但是并非僅僅屋頂式光伏才有，這可以說是每一個組件都有可能因為陰影和遮擋而受影響，所以華為的優(yōu)化器在每個光伏場景都有巨大的發(fā)揮空間，能夠?qū)⒚恳粔K組件的稟賦發(fā)揮到最大值。通過給每塊組件加裝優(yōu)化器，可以實現(xiàn)組件級優(yōu)化，使每塊組件達(dá)到最優(yōu)發(fā)電。
華為在南方工廠屋頂以真實環(huán)境搭建了優(yōu)化器實證基地，模擬優(yōu)化器在戶用系統(tǒng)真實運行環(huán)境的表現(xiàn)，通過裝配對比試驗保障產(chǎn)品性能。根據(jù)實測數(shù)據(jù)顯示，配置華為智能組件控制器后，光伏系統(tǒng)發(fā)電量提升了5%-30%。
甚至沒有任何陰影和遮擋的光伏組件，都可以因為優(yōu)化器的因材施教作用，將稟賦開發(fā)到極致，產(chǎn)生電量更多。據(jù)實測數(shù)據(jù)推測，在無遮擋場景下全生命周期可提高發(fā)電量 5.5%。
這是因為組串失配導(dǎo)致木桶效應(yīng)出現(xiàn)，并不僅僅是因為遮擋和陰影，制造公差、組串老化衰減等原因都可能導(dǎo)致失配，輸出功率及輸出電流偏低，從而整個組串發(fā)電量偏低。但是，輸出電流偏低的光伏組件，經(jīng)優(yōu)化器后輸出電流抬升，就能夠?qū)崿F(xiàn)整個組串的統(tǒng)一高工作電流，提升整體發(fā)電量。
多裝價值
良好的光照和氣候條件、附近無遮擋等因素是設(shè)計分布式光伏系統(tǒng)的首要考量。但是隨著度電成本進(jìn)一步降低，分布式光伏的普及程度也大大提升，優(yōu)質(zhì)屋頂資源已經(jīng)越來越稀缺。
一般情況下，各類場景存在的遮擋比例如下：
將原來因為陰影和遮擋比較多從而顯得不那么優(yōu)質(zhì)的屋頂資源利用起來，從“多裝”角度發(fā)力，成為光伏項目開發(fā)的一條新路徑。面對有遮擋或者多朝向屋頂?shù)墓夥惭b需求，如何更優(yōu)更省的完成有遮擋場景光伏系統(tǒng)高質(zhì)量設(shè)計逐漸成為業(yè)內(nèi)普遍難題。
華為優(yōu)化器，也能夠在這一價值路徑中發(fā)現(xiàn)其用武之地。
華為經(jīng)過對大量屋頂資源經(jīng)過研判后發(fā)現(xiàn)，之所以屋頂資源無法物盡其用，跟傳統(tǒng)組串鋪設(shè)方案有一定缺陷有關(guān)。
•分布式屋頂遮擋情況多，為避開遮擋，可鋪設(shè)組件空間面積少，屋頂資源利用率低;
•部分組件出現(xiàn)陰影遮擋情況時，會影響整個組串發(fā)電量;
•同一組串內(nèi)的組件需保證朝向、傾角一致，否則會產(chǎn)生組串串聯(lián)失配，導(dǎo)致整個組串發(fā)電量降低;
•部分屋頂由于面積較小，可安裝組件的數(shù)量無法滿足逆變器接入的最低電壓要求，導(dǎo)致無法進(jìn)行安裝，造成資源浪費。
通過優(yōu)化器解決方案可完全避免上述問題。優(yōu)化器內(nèi)電路可單獨對每塊組件的電流和電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使組件之間發(fā)電互不影響。因此，在復(fù)雜場景下，即使輸出電流不一致的組件也可連接到同一組串內(nèi)，避免串聯(lián)失配影響，提高系統(tǒng)直流容量，增加整體發(fā)電量。在施工設(shè)計中，可將不同朝向，傾角的組件均連接至同一組串內(nèi)，實現(xiàn)靈活設(shè)計，最大化利用屋頂面積。
采用優(yōu)化器的組件鋪設(shè)方案能打破傳統(tǒng)組件鋪設(shè)規(guī)則，充分利用屋頂面積，將這些本來不那么優(yōu)秀的屋頂資源變得“優(yōu)秀”，在有限空間實現(xiàn)更高裝機容量。
例如華為為某教學(xué)樓組件進(jìn)行分布式光伏排布設(shè)計：
如果按照傳統(tǒng)規(guī)則設(shè)計的方案(黑色部分)，總?cè)萘?125.28kW，而采用華為優(yōu)化器就可以充分實現(xiàn)多裝(紅色部分)，使得系統(tǒng)容量達(dá)到 157.68kW，提升了 25.9%。
因為能夠充分利用有限屋頂資源，這就極大地拓展了分布式光伏的市場深度與廣度。無論是戶用房頂上有煙囪、基站天線、樹木所帶來的陰影，還是廠房屋頂受到廣告牌、梯間、高樓等影響，華為優(yōu)化器方案之下，光伏組件不挑屋頂，可將最大量的光伏組件鋪設(shè)量安排上。根據(jù)測算，光伏裝機容量平均可多裝 30% 以上。
光伏發(fā)電的主要收益來源于系統(tǒng)發(fā)電量，隨著裝機容量增多，電量多發(fā)也非常富有成效。據(jù)南方一座別墅的實測數(shù)據(jù)顯示，使用優(yōu)化器，每年能夠多發(fā)7740度電。
更重要的是，在多裝組件的基礎(chǔ)之上，能夠降低項目前期開發(fā)、勘察成本，同時攤薄施工和設(shè)備材料費用，最終降低單瓦建設(shè)成本，使得“多裝價值”充分發(fā)揮。
運維價值
在金庸小說中可以看到，武功的價值可以隨著使用者的不同顯示出多樣化的價值，張三豐用來修身養(yǎng)性的太極功夫，傳授給張無忌之后，在其強大內(nèi)力加持之下，太極功夫也具有凌厲渾厚的攻擊價值。華為優(yōu)化器通過對每一塊組件的精心管理，已經(jīng)能夠?qū)⑵浣M件和屋頂資源的稟賦發(fā)揮幾乎窮盡，但其價值還不止于此，除了多發(fā)價值和多裝價值，還具備運維價值和安全價值。
相較于地面電站，分布式電站的體量小、布局散、數(shù)量多、人員少等特點明顯，尤其是分布在屋頂、農(nóng)業(yè)大棚、魚塘等不太容易進(jìn)行維護(hù)的設(shè)施建筑上，這些都給后期的運維管理帶來了不少困難。
如何才能使分布式電站運維管理更專業(yè)、更高效、更安全、更透明?華為優(yōu)化器的功能就能解決!
配置優(yōu)化器的光伏系統(tǒng)從傳統(tǒng)的組串級監(jiān)控升級為組件級管理。通過華為優(yōu)化器，可實時監(jiān)控每塊組件的運行數(shù)據(jù)，通過顯示界面直觀顯示組件物理位置，優(yōu)化器輸入電壓電流，輸出功率，運行狀態(tài)等信息，這些數(shù)據(jù)信息可通過網(wǎng)管、APP等方式訪問電站來查看，支持查看實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。
在優(yōu)越的數(shù)據(jù)監(jiān)控基礎(chǔ)上，華為優(yōu)化器具備超級優(yōu)秀的故障診斷技術(shù)。電站視圖中組件的排布與實際環(huán)境呼應(yīng)，準(zhǔn)確地體現(xiàn)設(shè)備真實環(huán)境中安裝位置信息。因為設(shè)備數(shù)據(jù)實時上傳，狀態(tài)實時反饋，就能夠幫助用戶精準(zhǔn)定位問題點以及故障設(shè)備物理位置，實現(xiàn)精準(zhǔn)管理。
以10kW系統(tǒng)為例，若某塊組件發(fā)生故障，傳統(tǒng)方案通常需要3個小時來定位故障組件。華為優(yōu)化器方案可在電站視圖中看到故障組件運行狀態(tài)指示為紅，0秒精確識別故障組件物理位置，免上站排查時間。
光伏系統(tǒng)中，一旦優(yōu)化器之間或優(yōu)化器和逆變器之間存在接線斷開，都可以通過網(wǎng)管或APP的監(jiān)控界面準(zhǔn)確顯示斷開位置，減少故障排查時間。這也促使電站的運維效率大幅提升。
除此之外，華為優(yōu)化器還可以幫助減少上站時間以及頻次。傳統(tǒng)光伏電站巡檢在一季度內(nèi)需要2-3次，而運用優(yōu)化器方案，一季度只需巡檢1次，這也有效降低了電站運維成本。實測數(shù)據(jù)顯示，遠(yuǎn)程監(jiān)控可減少進(jìn)場運維次數(shù)，降低項目后期運維成本 15-25%。
安全價值
光伏組件的安全性已經(jīng)受到全世界的關(guān)注，澳大利亞清潔能源監(jiān)管機構(gòu)(Clean Energy Regulator，CER)公布的統(tǒng)計報告中將光伏組件視為一個“嚴(yán)重的國家安全問題”。
光伏存在安全的隱患除了安裝、鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不到位等人為因素，與其技術(shù)原理也有一定關(guān)系。光伏組件在光照下產(chǎn)生的是直流電，即使在未接通電路情況下依然存在電壓，對人員安全構(gòu)成嚴(yán)重風(fēng)險。
無論從前期的建設(shè)，到后期的運維，甚至事故發(fā)生期間的救險，直流高壓始終是光伏應(yīng)用的重要安全隱患之一，一旦發(fā)生火災(zāi)，消防員不能采用常規(guī)滅火方式，無法及時搶救，威脅財產(chǎn)安全。
在屋頂光伏項目中，直流側(cè)光伏板電壓通?？蛇_(dá)到600V至1000V，給施工運維人員及業(yè)主帶來潛在風(fēng)險。當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況時，如火災(zāi)等事故，由于光伏陣列攜帶高壓，救援人員無法到屋頂進(jìn)行救災(zāi)。此外，由于屋頂高壓帶電，因此無法通過普通方式用水進(jìn)行滅火，極大增加了救援難度，只能等待光伏板燒毀后再進(jìn)行滅火，影響救援過程，造成了更多人身財產(chǎn)損失。
這個時候華為優(yōu)化器一出手就能夠解決大問題!
華為優(yōu)化器具備組件級快速關(guān)斷功能。當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況時，可采用電網(wǎng)斷電、操作急停開關(guān)，或手動斷開直流開關(guān)來啟動快速關(guān)斷功能，通過優(yōu)化器快速將組串電壓降低到安全電壓以內(nèi)，從而避免安全事故。
光伏發(fā)電是新能源電力的重要來源之一，華為站在科學(xué)和產(chǎn)業(yè)的交叉點上，為光伏發(fā)電技術(shù)提供了更多更優(yōu)質(zhì)的方案，其優(yōu)化器作為盡職盡責(zé)的“金牌私教”不僅能夠幫助不同資源稟賦的組件、電站實現(xiàn)多裝多發(fā)，也能夠通過簡化運維、精準(zhǔn)診斷、快速關(guān)斷等價值實現(xiàn)，讓電站發(fā)電更加順滑有力，每一塊組件、每一處電站獲得更高發(fā)電成就。
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