作者：謝霞凌 系中國電子工程設(shè)計(jì)院 光伏工程技術(shù)研究所

導(dǎo)讀：

在近兩年的光伏電站建設(shè)中，集裝箱式逆變器已經(jīng)成功地從名不見經(jīng)傳、被拋棄發(fā)展到了目前成為主流的光伏逆變器室解決方案。其特點(diǎn)是采用集裝箱，在工廠階段就將所有設(shè)備集成到里面，現(xiàn)場只需要做土建基礎(chǔ)固定集裝箱即可。這種設(shè)備的好處就是制造工期短、施工工期短、成本低。然而，就集裝箱式逆變器本身技術(shù)成熟性及是否適用于我們國家，卻很少被關(guān)注、重視。

鑒于最近集裝箱式逆變站在中西部的電站出現(xiàn)了數(shù)次故障，甚至導(dǎo)致電站發(fā)生了火災(zāi)，給國家財(cái)產(chǎn)和人身安全帶來了隱患，筆者就集裝箱式逆變器的發(fā)展、集裝箱式逆變器解決了哪些問題及集裝箱式逆變器暴露的一些問題進(jìn)行剖析，拋磚引玉，供業(yè)界參考和討論。

一. 光伏集裝箱式逆變器之前世今生

筆者由于在設(shè)計(jì)院工作的原因，參與了很多光伏項(xiàng)目方案編寫、設(shè)備選型及技術(shù)對比等工作。就集裝箱式逆變器本身來說，這種設(shè)備很早就有了。最初用于大型地面電站大概是09年、10年，主要推出的公司有SMA、KACO、西門子等國外一線品牌，主要使用地點(diǎn)是歐洲各國。而我國光伏起步較晚，真正大型地面電站是從08年的敦煌特許權(quán)招標(biāo)開始，實(shí)際是2010年才開始并網(wǎng)了一小部分。期間，集裝箱式逆變器從未被認(rèn)可過，一是由于其當(dāng)時(shí)價(jià)格較高，二是排風(fēng)散熱等問題難以解決。一直到2011年8月，國家出臺了1.15元電價(jià)及1元電價(jià)的具體執(zhí)行時(shí)間，導(dǎo)致了西北很多業(yè)主為了在年底之前搶到電價(jià)，已經(jīng)來不及考慮光伏逆變器排風(fēng)、散熱問題，來不及考慮其技術(shù)成熟性的問題，因?yàn)橥聿⒕W(wǎng)一天，就意味著整個(gè)電站的投資收益率下降將近1個(gè)點(diǎn)！時(shí)間就是金錢被得到了最充分的詮釋，出現(xiàn)過“通往西北的火車上坐的都是光伏人”的壯舉。而此時(shí)的集裝箱式逆變器，成功地為業(yè)主們解決冬季建設(shè)逆變器室的施工周期長、施工成本極高的問題，其應(yīng)用量幾乎是一瞬間達(dá)到了和室內(nèi)型逆變器持平的狀態(tài)。由于具備了安裝量，國內(nèi)主流逆變器廠商的集裝箱式機(jī)房成本很快因成本平攤而降低，集裝箱式逆變器也由此而得到了長足的發(fā)展。然而就其本身散熱難、后期維護(hù)成本高等問題，卻很少再次被關(guān)注或得到全面解決。

二. 國內(nèi)外光伏集裝箱逆變器之應(yīng)用場所分析

在歐洲，集裝箱式逆變器之所有能得到廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)槠鋭趧?dòng)力成本較高，而集裝箱式逆變器很好地解決了這一問題，只需要兩個(gè)工人和一臺工程吊裝車就解決蓋房子的所有問題。但是，歐洲光伏發(fā)電廠的廠址條件要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于國內(nèi)的條件，其光伏占地是允許使用耕地的，去過歐洲光伏電站的人會知道，他們最頭疼的問題是夏天電站的草長的太長了，割草是一個(gè)很重要的工作，而不是像國內(nèi)這樣清掃設(shè)備間的沙子。而且整個(gè)歐洲都沒什么荒漠化戈壁、沙漠及沙塵暴天氣。所以，其應(yīng)用中并未發(fā)現(xiàn)有太多問題，而且按照歐洲對產(chǎn)品設(shè)備的要求，其集裝箱的質(zhì)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于國產(chǎn)的。

日本在2012年由于福島危機(jī)，加快了建設(shè)新能源發(fā)電站的步伐，推出了42日元/度的電價(jià)，使得日本也出現(xiàn)了將近一年的搶裝潮，不過日本的建筑法規(guī)定了如果要建房屋，就必須要進(jìn)行相當(dāng)復(fù)雜和周期長的審批，復(fù)雜到你不得不放棄這個(gè)項(xiàng)目！所以日本人為了變通，也同樣想到了用集裝箱式逆變器，很好地解決了這一問題，集裝箱式逆變器由此得到了廣泛應(yīng)用。但是日本人的確是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模麄優(yōu)榱私鉀Q逆變器的散熱問題，單獨(dú)在逆變器室內(nèi)部裝設(shè)了空調(diào)來散熱，而且對集裝箱式逆變器進(jìn)行了很多改造。所以，可以說他們的集裝箱式逆變器是以降低發(fā)電量、提高成本來保證了設(shè)備的安全性、先進(jìn)性。

在中國，特別是西北地區(qū)，光伏集裝箱式逆變器的發(fā)展最主要的目的就是為了縮短工期搶電價(jià)。另外，由于中國人工成本普遍偏低，集裝箱式逆變器想要得到長足的發(fā)展，就必須要滿足工期既短，價(jià)格又低。而中國主要地面光伏電站是集中在西北地區(qū)，以寧夏、內(nèi)蒙古、甘肅、青海、新疆等地為主，主要的土地類型為國有未利用荒地、沙漠及工業(yè)園區(qū)等，設(shè)備使用環(huán)境要比國外的使用環(huán)境惡劣很多，這其實(shí)與集裝箱式機(jī)房應(yīng)用場所的要求是背道而馳的，而如果再不重視環(huán)境對集裝箱式逆變器的影響則就會出現(xiàn)非常嚴(yán)重的后果。

三. 國內(nèi)集裝箱式逆變器存在的三大問題

一是說不清的運(yùn)維量。集裝箱式逆變器解決了安裝時(shí)的問題，卻帶來了后期運(yùn)維及壽命短的問題。正常來說，如果將集裝箱式逆變器放置在環(huán)境較好、沙塵、粉塵、 腐蝕性較小的地方時(shí)，其壽命完全可以達(dá)到20年、甚至30年的壽命。而如果是在環(huán)境較差的地方，則壽命要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)值，筆者從目前國內(nèi)主流的集裝箱機(jī)房廠家中了解到，這個(gè)壽命有可能不超過12年。若要延長這個(gè)壽命，就必須要增加足夠的后期運(yùn)營維護(hù)量，后期的維護(hù)工作中，5年左右刷漆要改為2-3年刷一次，以減少其內(nèi)涂膜脫落面積；2-3個(gè)月更換一次防塵網(wǎng)，以減少因進(jìn)風(fēng)量少導(dǎo)致的散熱不暢問題，甚至還要頻繁更換風(fēng)扇。而對于逆變器室來說，由于其空間要大的多，發(fā)生更換風(fēng)扇的概率要小的多。這些被新加出來的運(yùn)維量到底有多大？廠家不會告訴業(yè)主真實(shí)的答案，甚至連壽命都不能那么確定。業(yè)主只能自己承擔(dān)其中風(fēng)險(xiǎn)，業(yè)主能知道的只是運(yùn)維肯定是有的，壽命則聽天由命吧。

二是被降低的可靠性及效率。目前集裝箱式機(jī)房宣稱防護(hù)等級普遍為IP54，但因機(jī)房普遍采用直通風(fēng)式散熱方案，實(shí)際只能達(dá)到IP44或者更低，無法阻擋灰塵和腐蝕性氣體進(jìn)入逆變器；而灰塵在逆變器內(nèi)電路板、端子排等的累積會造成爬電距離減小，最終造成放電、起火等安全風(fēng)險(xiǎn)；這個(gè)是在西北地區(qū)發(fā)生過的真實(shí)案例。筆者曾經(jīng)夏天時(shí)候去過寧夏的某個(gè)集裝箱式逆變器室，打開房門以后，熱浪涌動(dòng)，溫度高達(dá)50多度，而室外溫度只有30多度，房間小散熱慢是一個(gè)原因，但還有一個(gè)原因則是與其本身箱體材料有關(guān)。集裝箱機(jī)房普遍采用EPS或巖棉保溫板進(jìn)行隔熱，根據(jù)集裝箱散熱方案和散熱能力的不同，集裝箱內(nèi)部溫升將達(dá)到3~10度；對于散熱設(shè)計(jì)不良的機(jī)房，機(jī)房內(nèi)溫升達(dá)到10度，一般根據(jù)逆變器降額策略，在機(jī)房內(nèi)溫度超過50度時(shí)功率就會開始下降，即應(yīng)用在超過40度高溫地區(qū)時(shí)，逆變器輸出功率會無法達(dá)到滿載，嚴(yán)重影響了發(fā)電量。

三是未被充分考慮的維護(hù)空間。集裝箱式逆變器從其運(yùn)輸條件的要求上說，必須實(shí)現(xiàn)在當(dāng)?shù)丶b箱內(nèi)部進(jìn)行維護(hù)。但實(shí)際限于集裝箱的尺寸約束，以及某些廠商逆變器本身高難度的維護(hù)要求，使得逆變器內(nèi)部部件在集裝箱內(nèi)難以維護(hù)，導(dǎo)致其本地維護(hù)工作量很大，且難以進(jìn)行。

在日本，集裝箱式設(shè)備內(nèi)部設(shè)備距離柜門的寬度、逆變器等電氣設(shè)備距離集裝箱內(nèi)壁的距離都有明確的要求，目的就是要保證足夠的設(shè)備維護(hù)空間，這些在日本JIS規(guī)范里都有詳細(xì)描述。

而在德國等歐洲國家，由于是采用二級室外直流匯流的緣故，所以是沒有直流柜在一體化機(jī)房中的，空間相對要充裕很多，即便如此，還是在柜前、柜后設(shè)置了相對充裕的空間，且集裝箱門要容易拆卸，以方便后期設(shè)備維護(hù)。

縱覽國內(nèi)目前的集裝箱式逆變器，普遍采用20尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱甚至更小的集裝箱改造作為逆變器機(jī)房，其內(nèi)部前后空間只有2.2m，而逆變器深度普遍達(dá)到0.8m；逆變器前面預(yù)留1.0m維護(hù)通道，后面就只有0.4m維護(hù)空間。狹小的空間對于逆變器和集裝箱內(nèi)通信柜、配電箱等設(shè)備的維護(hù)將是一件很困難的事情；很難想象，如果某一臺逆變器設(shè)備壞了以后，需要現(xiàn)場進(jìn)行更換較大的元器件并維護(hù)時(shí)，技術(shù)工程師將是在一個(gè)多么狹小的空間中進(jìn)行維護(hù)，盡管目前這種逆變器大的故障或更換元器件還沒怎么發(fā)生，但是從電氣設(shè)備使用壽命來說，10年是一個(gè)最長質(zhì)保，過了10年元器件更換就是必然的，可以確信地說，10年后的運(yùn)維量和運(yùn)維難度將因空間太小而被加大很多。

綜上所述，集裝箱逆變器方案在運(yùn)維、可靠性、散熱等方面存在著諸多不足之處。其能否發(fā)揮好自身產(chǎn)品特點(diǎn)，很大程度上是取決于環(huán)境的影響、逆變器廠家或集裝箱廠家的產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)先進(jìn)性的，不是每一個(gè)地方都適用集裝箱式逆變器，也不是每家的集裝箱式逆變器都沒有問題的。業(yè)主在投資光伏電站上，會考慮初始建設(shè)成本,但更應(yīng)注重產(chǎn)品的長期壽命、安全和運(yùn)維總成本，一般光伏電站的運(yùn)營至少是20年，除了發(fā)電量外，電站的安全可靠、運(yùn)維成本也是業(yè)主應(yīng)關(guān)心的頭等大事。如何保障20年長期的電站收益，就必須要考慮設(shè)備選型時(shí)20年周期內(nèi)的后期運(yùn)維成本，這些問題是值得我們深思和研究的！