光伏集装箱式逆变器的逆袭与现状

导读：在近两年的光伏电站建设中，集装箱式逆变器已经成功地从名不见经传、被抛弃发展到了目前成为主流的光伏逆变器室解决方案。其特点是采用集装箱，在工厂阶段就将所有设备集成到里面，现场只需要做土建基础固定集装箱即可。这种设备的好处就是制造工期短、施工工期短、成本低。然而，就集装箱式逆变器本身技术成熟性及是否适用于我们国家，却很少被关注、重视。

鉴于最近集装箱式逆变站在中西部的电站出现了数次故障，甚至导致电站发生了火灾，给国家财产和人身安全带来了隐患，笔者就集装箱式逆变器的发展、集装箱式逆变器解决了哪些问题及集装箱式逆变器暴露的一些问题进行剖析，抛砖引玉，供业界参考和讨论。

一.光伏集装箱式逆变器之前世今生

笔者由于在设计院工作的原因，参与了很多光伏项目方案编写、设备选型及技术对比等工作。就集装箱式逆变器本身来说，这种设备很早就有了。最初用于大型地面电站大概是09年、10年，主要推出的公司有SMA、KACO、西门子等国外一线品牌，主要使用地点是欧洲各国。而我国光伏起步较晚，真正大型地面电站是从08年的敦煌特许权招标开始，实际是2010年才开始并网了一小部分。期间，集装箱式逆变器从未被认可过，一是由于其当时价格较高，二是排风散热等问题难以解决。一直到2011年8月，国家出台了1.15元电价及1元电价的具体执行时间，导致了西北很多业主为了在年底之前抢到电价，已经来不及考虑光伏逆变器排风、散热问题，来不及考虑其技术成熟性的问题，因为晚并网一天，就意味着整个电站的投资收益率下降将近1个点！时间就是金钱被得到了最充分的诠释，出现过“通往西北的火车上坐的都是光伏人”的壮举。而此时的集装箱式逆变器，成功地为业主们解决冬季建设逆变器室的施工周期长、施工成本极高的问题，其应用量几乎是一瞬间达到了和室内型逆变器持平的状态。由于具备了安装量，国内主流逆变器厂商的集装箱式机房成本很快因成本平摊而降低，集装箱式逆变器也由此而得到了长足的发展。然而就其本身散热难、后期维护成本高等问题，却很少再次被关注或得到全面解决。

二.国内外光伏集装箱逆变器之应用场所分析

在欧洲，集装箱式逆变器之所有能得到广泛应用，主要是因为其劳动力成本较高，而集装箱式逆变器很好地解决了这一问题，只需要两个工人和一台工程吊装车就解决盖房子的所有问题。但是，欧洲光伏发电厂的厂址条件要远远好于国内的条件，其光伏占地是允许使用耕地的，去过欧洲光伏电站的人会知道，他们最头疼的问题是夏天电站的草长的太长了，割草是一个很重要的工作，而不是像国内这样清扫设备间的沙子。而且整个欧洲都没什么荒漠化戈壁、沙漠及沙尘暴天气。所以，其应用中并未发现有太多问题，而且按照欧洲对产品设备的要求，其集装箱的质量要远远好于国产的。

日本在2012年由于福岛危机，加快了建设新能源发电站的步伐，推出了42日元/度的电价，使得日本也出现了将近一年的抢装潮，不过日本的建筑法规定了如果要建房屋，就必须要进行相当复杂和周期长的审批，复杂到你不得不放弃这个项目！所以日本人为了变通，也同样想到了用集装箱式逆变器，很好地解决了这一问题，集装箱式逆变器由此得到了广泛应用。但是日本人的确是严谨的，他们为了解决逆变器的散热问题，单独在逆变器室内部装设了空调来散热，而且对集装箱式逆变器进行了很多改造。所以，可以说他们的集装箱式逆变器是以降低发电量、提高成本来保证了设备的安全性、先进性。

在中国，特别是西北地区，光伏集装箱式逆变器的发展最主要的目的就是为了缩短工期抢电价。另外，由于中国人工成本普遍偏低，集装箱式逆变器想要得到长足的发展，就必须要满足工期既短，价格又低。而中国主要地面光伏电站是集中在西北地区，以宁夏、内蒙古、甘肃、青海、新疆等地为主，主要的土地类型为国有未利用荒地、沙漠及工业园区等，设备使用环境要比国外的使用环境恶劣很多，这其实与集装箱式机房应用场所的要求是背道而驰的，而如果再不重视环境对集装箱式逆变器的影响则就会出现非常严重的后果。

三.国内集装箱式逆变器存在的三大问题

一是说不清的运维量。集装箱式逆变器解决了安装时的问题，却带来了后期运维及寿命短的问题。正常来说，如果将集装箱式逆变器放置在环境较好、沙尘、粉尘、腐蚀性较小的地方时，其寿命完全可以达到20年、甚至30年的寿命。而如果是在环境较差的地方，则寿命要远远小于这个数值，笔者从目前国内主流的集装箱机房厂家中了解到，这个寿命有可能不超过12年。若要延长这个寿命，就必须要增加足够的后期运营维护量，后期的维护工作中，5年左右刷漆要改为2-3年刷一次，以减少其内涂膜脱落面积；2-3个月更换一次防尘网，以减少因进风量少导致的散热不畅问题，甚至还要频繁更换风扇。而对于逆变器室来说，由于其空间要大的多，发生更换风扇的概率要小的多。这些被新加出来的运维量到底有多大？厂家不会告诉业主真实的答案，甚至连寿命都不能那么确定。业主只能自己承担其中风险，业主能知道的只是运维肯定是有的，寿命则听天由命吧。

二是被降低的可靠性及效率。目前集装箱式机房宣称防护等级普遍为IP54，但因机房普遍采用直通风式散热方案，实际只能达到IP44或者更低，无法阻挡灰尘和腐蚀性气体进入逆变器；而灰尘在逆变器内电路板、端子排等的累积会造成爬电距离减小，最终造成放电、起火等安全风险；这个是在西北地区发生过的真实案例。笔者曾经夏天时候去过宁夏的某个集装箱式逆变器室，打开房门以后，热浪涌动，温度高达50多度，而室外温度只有30多度，房间小散热慢是一个原因，但还有一个原因则是与其本身箱体材料有关。集装箱机房普遍采用EPS或岩棉保温板进行隔热，根据集装箱散热方案和散热能力的不同，集装箱内部温升将达到3~10度；对于散热设计不良的机房，机房内温升达到10度，一般根据逆变器降额策略，在机房内温度超过50度时功率就会开始下降，即应用在超过40度高温地区时，逆变器输出功率会无法达到满载，严重影响了发电量。

三是未被充分考虑的维护空间。集装箱式逆变器从其运输条件的要求上说，必须实现在当地集装箱内部进行维护。但实际限于集装箱的尺寸约束，以及某些厂商逆变器本身高难度的维护要求，使得逆变器内部部件在集装箱内难以维护，导致其本地维护工作量很大，且难以进行。

在日本，集装箱式设备内部设备距离柜门的宽度、逆变器等电气设备距离集装箱内壁的距离都有明确的要求，目的就是要保证足够的设备维护空间，这些在日本JIS规范里都有详细描述。

而在德国等欧洲国家，由于是采用二级室外直流汇流的缘故，所以是没有直流柜在一体化机房中的，空间相对要充裕很多，即便如此，还是在柜前、柜后设置了相对充裕的空间，且集装箱门要容易拆卸，以方便后期设备维护。

纵览国内目前的集装箱式逆变器，普遍采用20尺标准集装箱甚至更小的集装箱改造作为逆变器机房，其内部前后空间只有2.2m，而逆变器深度普遍达到0.8m；逆变器前面预留1.0m维护通道，后面就只有0.4m维护空间。狭小的空间对于逆变器和集装箱内通信柜、配电箱等设备的维护将是一件很困难的事情；很难想象，如果某一台逆变器设备坏了以后，需要现场进行更换较大的元器件并维护时，技术工程师将是在一个多么狭小的空间中进行维护，尽管目前这种逆变器大的故障或更换元器件还没怎么发生，但是从电气设备使用寿命来说，10年是一个最长质保，过了10年元器件更换就是必然的，可以确信地说，10年后的运维量和运维难度将因空间太小而被加大很多。
综上所述，集装箱逆变器方案在运维、可靠性、散热等方面存在着诸多不足之处。其能否发挥好自身产品特点，很大程度上是取决于环境的影响、逆变器厂家或集装箱厂家的产品质量和技术先进性的，不是每一个地方都适用集装箱式逆变器，也不是每家的集装箱式逆变器都没有问题的。业主在投资光伏电站上，会考虑初始建设成本,但更应注重产品的长期寿命、安全和运维总成本，一般光伏电站的运营至少是20年，除了发电量外，电站的安全可靠、运维成本也是业主应关心的头等大事。如何保障20年长期的电站收益，就必须要考虑设备选型时20年周期内的后期运维成本，这些问题是值得我们深思和研究的!