【领跑者论坛】中国电科院张军军：光伏逆变器“中国效率”是怎么来的？

图：中国电科院新能源研究所主任张军军发表主题演讲《中国效率助力领跑者计划》

张军军：非常荣幸受会议主办方的邀请和大家分享一下，今天整个大会的主题是领跑者，最关心是整个光伏电站的发电量的问题，我们知道发电量的指标，是PR值，尽管在IEC层面对这个值学术上有争议，但是要有衡量它的尺子，我们延续沿用这样的概念，主要是逆变器和组件，我讲一下关于PR值和逆变器效率的问题。

我们2013年国家补贴政策发生变化以来，以度电补贴政策为主的时候，是大家重点关心的对象，现在转向了光伏发电效率，不是在技术以外的政策部分。按照我们一般的设计来说，我们的PR值都是在80%以上，我这里面就仅限于中国电科院国家太阳能中心检测做了一个统计，我做的验收电站平均PR值是74.6%，样本空间有1个GW，很少能达到80%以上，当然这里面有点以偏概偏。有了这样的数字，就促使我们考虑一个问题，光伏电站的实际效率为什么会远低于我们的设计预期，它的原因是什么。我们做了一个重点的梳理，一个是光伏组件的问题，这里面包括了光伏组件自身质量的问题，包括气泡、脱层，今天作为会议主要赞助商，我们昌盛生产的双玻组件也能部分解决相关的一些问题。当然同样包括了组件在安装和施工过程中遇到的碎片问题，组件隐裂问题。同样还有光伏组件自身性能的问题，包括了光伏组件不一致性，这是目前无论从学术上还是从自身实际测量来看，一个非常重要的问题。由于光伏组件不一致性，造成损失。另外光伏组件衰减不一致，逐年衰减不一致，造成了电站使用两三年之后，一致性偏差非常大，这是整个直流端对我们系统PR值影响最大的一块，实际也证明了这点。我们组件的效率低于预期。

第二是平衡部件的问题，包括了支架、跟踪系统和光伏逆变器，由于光伏支架结构强度不够，造成光伏电站事故。这是一个非常极端的跟踪例子，角度完全相反，导致了一些问题的出现。最极端在部件上的问题当然就是光伏逆变器，包括光伏逆变器质量、光伏逆变器效率问题，光伏逆变器质量，前天在西部某个电站又发生了爆炸的事情，实际上是过热起火，但是从侧面上反映了我们光伏逆变器现在在散热装置上依然有偏差的。我们光伏逆变器其中一个重要的环节就是热设计和磁设计，我们热设计在方阵软件上都是可以的，我们光伏逆变器在热设计上有很大的问题。我们带着便携式EMC去现场去设计，也发现EMC是有问题。在江苏曾经有一个生产精密仪器的工厂，装了光伏逆变器之后，生产线开不了机，因为光伏逆变器磁设计不够关，影响了电磁干扰。

今天说到光伏逆变器最主要的就是光伏逆变器在电站的实际效率与标称效率的问题。

第三是光伏电站运维的问题，目前许多光伏电站缺乏良好的维护，光伏阵列受阴影遮挡，组件表面挤尘或有污染物等工况，带来直接的经过损失，同时这种工况下，光伏阵列输出PV曲线呈现多峰效应，目前大部分逆变器不具备多峰跟踪能力，使得光伏电站发电量低于预期，从而带来叠加的双重经济损失。在这种工况下，运维不光能够直接带来经济效应，同时还有附加的经济效应，如果说光伏逆变器做的比较好，纯粹是运维的问题，但现在来看还是有很大的问题。

讲了这么多，最后做一个总结，比较直观给大家看一下，拿了一个实测光伏电站效率损失3D图来看，光伏逆变器效率在光伏电站实测结果中占据主要的因素，就是领跑者计划关注直流端最根本的出发点。

宏观性说了一下，领跑者对于效率的关心来源是什么，后面重点展开说一下，光伏逆变器目前在效率上的测试标准都有哪些。

我们现在从光伏电站的效率聚焦到了光伏逆变器的效率，光伏逆变器的效率又有很多，中国效率就是我们这些效率之一，光伏逆变器效率有这几个，一个是MPPT效率，分了动态和静态，转化效率和总效率，每个效率代表了不同的指标，它的侧重点是不一样的，我们常规意义上来说，高的逆变器转化效率并不意味着发电量一定高，这是两个概念，因为它还与当地的气象资源条件相关，这就是我们为什么要提出中国效率的最根本出发点，因为不决定你的转化效率，而是和你的气象因子是有关系的。首先提出来地方和气象资源挂钩的效率是美国和欧洲，我们最熟悉的就是加权效率和欧洲效率。加权效率来自于静态和动态MPPT效率和总效率。 

我们现在看一下标准，这两个效率直接来源标准是欧洲的EN50530，今年上半年在日本会议的时候，欧洲标准也成为转化到IEC标准，现实正式发布了，叫IEC61683，这个标准是在EN50530标准基础上进行了相应改动直接转化而来的。我们中国电科院也是参与了IEO61683标准的转化，转到国内，现在中国效率大家比较知道的，就是我们北京鉴衡认证中心，发了一个光伏并网逆变器中国效率技术条件，首次根据国内不同的光伏资源分区进行了相应加权因子的确认，走出了中国效率的第一步。中国电科院针对国家标准和能源标准分别编制跟效率相关的标准，叫光伏发电站逆变器效率检测技术要求和光伏发电效力技术规范。

说完标准的情况，我就简单分析一下，我们不同的效率在测试和技术要求上都是怎样要求的。首先是静态MPPT效率，这个效率反映了在稳态光照情况下，我们光伏逆变器的直流侧输入的电能与光伏方拟器理论上在最大功率上提供直流电能的比值。这是我们实际测光伏逆变器给出的一个实际转化效率表值，在光伏逆变器MPPT电压范围内对每5个功率等级所对应出来的表值，可以很清楚看到，红色部分颜色越深代表了静态MPPT转化效率值越高，集中在低压值高功率段部分。

第二是转化效率，所谓的加权效率是在静态MPPT和转化效率基础上做加权，刚才我们说了静态MPPT，现在来说转化效率。转化效率衡量的是光伏逆变器自身的转化效率，跟MPPT没有关系，跟踪不跟踪没有关系，纯粹衡量静止的变流器电流变化的情况。在一定的测量周期内，光伏逆变器交流侧出的电能与直流侧输入的电能的比值。有了这两个值，再根据中国的气象特点，根据不同的资源进行分区，每个资源区我们在针对它的气象要素进行加权，这样就得出了我们所谓的中国效率。目前对于气象要素的加权，根据气象常年的气象要素积累，我们现在来看，在欧洲效率EN50530选取了效率最大值、最小值、额定值，三个电压等级和8个功率运行功率区间进行加权。我们中国目前在执行的CGC标准是在这个上面进行了一些调整，分了5个直流电压，在最大最小值之间做了三个电压等级的划分。通行运行功率的区间增加了8个，在EN50530基础上做了更进一步的细化。

再说一下动态MPPT效率，这是国内争议最大的说法，我和德国代表进行动态MPPT效率交流的时候，他们也是逆变器供应厂商，有自己的看法，这次在转化IEC标准的时候，他们也提了不同的建议。动态MPPT核心目的是想衡量在剧烈情况下，光伏逆变器对动态MPPT跟踪能力是怎样的，在跟踪过程中转化效率的情况。在辐照强度变化工况下，在一定的测量周期内被测光伏逆变器直流侧输入的电能与光伏方阵模拟器理论上在最大功率点提供直流电能的比值。

说一说光伏逆变器的总效率，指在辐照强度恒定工况下，在一定的测量周期内被测光伏逆变器交流侧输出的电能与光伏方阵穆尼其理论上最大功率点提供直流电能的比值。EN50530标准为反映典型地区的辐照资源特征，在进行光伏逆变器效率加权效率时分别定义了欧洲效率和加州效率，只有在加州效率情况下，才能反映出和气象资源要素的关联性。说一下加权要素的加权因子，加权因子的选取，功率段不一样，每个功率段加权因子不一样，加权因子的来源是什么？就是气象要素。看到这个图，我们可以直接想到两个地方的纬度差异和浮躁度的差异。我们现在最熟悉的就是根据我们的气象中国所谓一类、二类区进行加权，解决了有和无的问题，加权因子也是重点进行了分析，我们中国电科院用手头上的长期气象参数和实时数字天气预报参数对我们四类资源区合适的加权因子进行细化，目前执行的规范还是这样的加权因子。明年我们牵头起草的行业能源标准出台以后，相应的加权因子会发生一些微调。目前执行的情况是这样。

最后做一个展望，我们光伏发电的效率实际上从直流端到交流端看下来，直流端最主要的还是适配的问题，交流端最主要的还是逆变器的问题，因为我们一般来说，我们变压器损耗相对来说是固定的，逆变器的效率特别是加权效率和在多峰情况下的转化效率，直接决定了我们发电量。针对这个效率的细分之后，我们提出了每个环节测试的方法和测试的步骤。 

最后简单说一下，我们国家太阳能中心的情况，在座的都是老朋友对我们国家中心都很熟悉，我们中心是2009年国家能源局批复的，我们主要的工作还是在电网端，给我们国网公司，在太阳能发电集中区域进行分析，我们主要做光伏电站接入并网验收等几大块工作。我们也是和国际比较先进第三方检测机构建立了长期紧密的合作关系。牵头的国家标准和行业标准也比较多。 

这是我们实验室的一些能力，特别说到效率问题，目前我们中心也是在国内唯一一个能够开展大型光伏逆变器EN50530测试的实验室，首先在我们实验室按照这个标准对他们的逆变器进行了欧洲效率的测试，测试的指标是在小数点后面第三位才有偏差，这样的话日本企业才认可我们。这些都是我们的一些实验检测装备。目前我们也是在大量的对光伏电站工程质量验收和PR值测试展开一些无具体的工作，目前我们光伏电站PR值测试也已经超过1个GW，刚才说的PR值综合统计下来，74.6%就是我们针对这一个GW样本空间总结出来的数据。做这块工作，我们最大的基础源于我们手头上对于10个GW电站的数据库，和国内超过400个台次逆变器的测试，在这个基础上，我们把它引用到对于电站PR值测试中，更有效得到光伏电站PR值的数据。

我简单就说这么多，感谢各位，谢谢。