小時(shí)候讀武俠，發(fā)現金庸小說(shuō)主人公武功進(jìn)階過(guò)程都離不開(kāi)師父的悉心傳授和點(diǎn)撥，連駑鈍如郭靖，都在各位金牌私教的點(diǎn)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)習稟賦差異，有晴空萬(wàn)里、陽(yáng)光普照的集中式光伏，也有陰影時(shí)見(jiàn)、遮擋時(shí)現的分布式光伏。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(diǎn)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”就是華為數字能源開(kāi)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》是華為數字能源推出的黑科技視頻欄目。欄目名稱(chēng)來(lái)自數字單位比特(Bit)能源單位瓦特(Watt)。
在光伏領(lǐng)域，數字化、智能化技術(shù)對能源技術(shù)進(jìn)行精準管理，已經(jīng)成為一大趨勢。但這些融入能源的數字技術(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(lái)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(shí)也在新能源項目中擔綱重要職能。每一期《比特與瓦特》，兩個(gè)擬人化小人兒“比特”和“瓦特”拜訪(fǎng)具有這些實(shí)戰經(jīng)驗的技術(shù)專(zhuān)家，他們用簡(jiǎn)潔明了的語(yǔ)言，結合華為大量落地實(shí)踐，科普數字能源領(lǐng)域更新更優(yōu)的技術(shù)方案，幫助大家增加對數字能源黑科技的了解，理解行業(yè)動(dòng)向背后的邏輯。
本期《比特與瓦特》邀請的是華為數字能源高級專(zhuān)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(jià)值。
多發(fā)價(jià)值
將組件稟賦和能量百分百發(fā)揮是每一個(gè)光伏電站的期待，這樣能夠將發(fā)電效率最大化。但是就像高手也有疲憊乏力時(shí)，常有一些阻礙因素影響發(fā)電。
顧桂磊介紹說(shuō)：“影響光伏發(fā)電的因素很多，其中一個(gè)就是光伏組件的陰影遮擋問(wèn)題，樹(shù)葉、鳥(niǎo)糞、污物都可能形成陰影，輸出功率就會(huì )下降，導致串聯(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(gè)光伏項目開(kāi)發(fā)者都期待光伏組件時(shí)時(shí)清亮如新，日日艷陽(yáng)高照，但是真實(shí)情況卻是一只鳥(niǎo)飛過(guò)，它造成的陰影都會(huì )短暫影響組件發(fā)電，更不用說(shuō)鳥(niǎo)兒向組件“饋贈”糞肥了，這些將和太陽(yáng)斜射之下的樹(shù)葉一起對組件發(fā)電效率帶來(lái)“陰影”。
從電量損失來(lái)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而形成的電量損失。串聯(lián)在一起的沒(méi)有受到陰影和遮擋影響的組件也將受到拖累，導致出現更大的電量損失。
在這一時(shí)刻，華為優(yōu)化器就有了應用空間。華為優(yōu)化器就是安裝在組件下方的DC/DC轉換裝置，以Buck電路為基礎，采用“優(yōu)化器 + 雙級逆變器”架構。
它的技術(shù)原理是，通過(guò)優(yōu)化器內 DC-DC 電路，改變光伏組件輸出 IV 特性曲線(xiàn)，使組件最佳功率點(diǎn)不再僅僅局限在單一一點(diǎn)，而變成了一個(gè)可以調節的范圍曲線(xiàn)。組件在這個(gè)范圍內都可以輸出最佳功率，即使每塊組件的最佳功率點(diǎn)不一致，卻依然可以在最佳功率點(diǎn)工作。
顧桂磊用更通俗的話(huà)介紹說(shuō)：“當單塊光伏組件被遮擋，導致輸出功率下降時(shí)，優(yōu)化器就會(huì )自動(dòng)調整輸出狀態(tài)，通過(guò)智能MPPT追蹤技術(shù)，讓每塊組件工作在最大功率點(diǎn)上，實(shí)現發(fā)電量最大化。”
如此一來(lái)，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(huì )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(diǎn)上，從而帶來(lái)比傳統光伏系統更高的發(fā)電量和收益。
這些陰影和遮擋雖然分布式光伏比較常見(jiàn)，但是并非僅僅屋頂式光伏才有，這可以說(shuō)是每一個(gè)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(gè)光伏場(chǎng)景都有巨大的發(fā)揮空間，能夠將每一塊組件的稟賦發(fā)揮到最大值。通過(guò)給每塊組件加裝優(yōu)化器，可以實(shí)現組件級優(yōu)化，使每塊組件達到最優(yōu)發(fā)電。
華為在南方工廠(chǎng)屋頂以真實(shí)環(huán)境搭建了優(yōu)化器實(shí)證基地，模擬優(yōu)化器在戶(hù)用系統真實(shí)運行環(huán)境的表現，通過(guò)裝配對比試驗保障產(chǎn)品性能。根據實(shí)測數據顯示，配置華為智能組件控制器后，光伏系統發(fā)電量提升了5%-30%。
甚至沒(méi)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(kāi)發(fā)到極致，產(chǎn)生電量更多。據實(shí)測數據推測，在無(wú)遮擋場(chǎng)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致木桶效應出現，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致失配，輸出功率及輸出電流偏低，從而整個(gè)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，就能夠實(shí)現整個(gè)組串的統一高工作電流，提升整體發(fā)電量。
多裝價(jià)值
良好的光照和氣候條件、附近無(wú)遮擋等因素是設計分布式光伏系統的首要考量。但是隨著(zhù)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(lái)越稀缺。
一般情況下，各類(lèi)場(chǎng)景存在的遮擋比例如下：
將原來(lái)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(lái)，從“多裝”角度發(fā)力，成為光伏項目開(kāi)發(fā)的一條新路徑。面對有遮擋或者多朝向屋頂的光伏安裝需求，如何更優(yōu)更省的完成有遮擋場(chǎng)景光伏系統高質(zhì)量設計逐漸成為業(yè)內普遍難題。
華為優(yōu)化器，也能夠在這一價(jià)值路徑中發(fā)現其用武之地。
華為經(jīng)過(guò)對大量屋頂資源經(jīng)過(guò)研判后發(fā)現，之所以屋頂資源無(wú)法物盡其用，跟傳統組串鋪設方案有一定缺陷有關(guān)。
·分布式屋頂遮擋情況多，為避開(kāi)遮擋，可鋪設組件空間面積少，屋頂資源利用率低;
·部分組件出現陰影遮擋情況時(shí)，會(huì )影響整個(gè)組串發(fā)電量;
·同一組串內的組件需保證朝向、傾角一致，否則會(huì )產(chǎn)生組串串聯(lián)失配，導致整個(gè)組串發(fā)電量降低;
·部分屋頂由于面積較小，可安裝組件的數量無(wú)法滿(mǎn)足逆變器接入的最低電壓要求，導致無(wú)法進(jìn)行安裝，造成資源浪費。
通過(guò)優(yōu)化器解決方案可完全避免上述問(wèn)題。優(yōu)化器內電路可單獨對每塊組件的電流和電壓進(jìn)行調節，使組件之間發(fā)電互不影響。因此，在復雜場(chǎng)景下，即使輸出電流不一致的組件也可連接到同一組串內，避免串聯(lián)失配影響，提高系統直流容量，增加整體發(fā)電量。在施工設計中，可將不同朝向，傾角的組件均連接至同一組串內，實(shí)現靈活設計，最大化利用屋頂面積。
采用優(yōu)化器的組件鋪設方案能打破傳統組件鋪設規則，充分利用屋頂面積，將這些本來(lái)不那么優(yōu)秀的屋頂資源變得“優(yōu)秀”，在有限空間實(shí)現更高裝機容量。
例如華為為某教學(xué)樓組件進(jìn)行分布式光伏排布設計：
如果按照傳統規則設計的方案(黑色部分)，總容量 125.28kW，而采用華為優(yōu)化器就可以充分實(shí)現多裝(紅色部分)，使得系統容量達到 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(chǎng)深度與廣度。無(wú)論是戶(hù)用房頂上有煙囪、基站天線(xiàn)、樹(shù)木所帶來(lái)的陰影，還是廠(chǎng)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量安排上。根據測算，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(lái)源于系統發(fā)電量，隨著(zhù)裝機容量增多，電量多發(fā)也非常富有成效。據南方一座別墅的實(shí)測數據顯示，使用優(yōu)化器，每年能夠多發(fā)7740度電。
更重要的是，在多裝組件的基礎之上，能夠降低項目前期開(kāi)發(fā)、勘察成本，同時(shí)攤薄施工和設備材料費用，最終降低單瓦建設成本，使得“多裝價(jià)值”充分發(fā)揮。
運維價(jià)值
在金庸小說(shuō)中可以看到，武功的價(jià)值可以隨著(zhù)使用者的不同顯示出多樣化的價(jià)值，張三豐用來(lái)修身養性的太極功夫，傳授給張無(wú)忌之后，在其強大內力加持之下，太極功夫也具有凌厲渾厚的攻擊價(jià)值。華為優(yōu)化器通過(guò)對每一塊組件的精心管理，已經(jīng)能夠將其組件和屋頂資源的稟賦發(fā)揮幾乎窮盡，但其價(jià)值還不止于此，除了多發(fā)價(jià)值和多裝價(jià)值，還具備運維價(jià)值和安全價(jià)值。
相較于地面電站，分布式電站的體量小、布局散、數量多、人員少等特點(diǎn)明顯，尤其是分布在屋頂、農業(yè)大棚、魚(yú)塘等不太容易進(jìn)行維護的設施建筑上，這些都給后期的運維管理帶來(lái)了不少困難。
如何才能使分布式電站運維管理更專(zhuān)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)化器的光伏系統從傳統的組串級監控升級為組件級管理。通過(guò)華為優(yōu)化器，可實(shí)時(shí)監控每塊組件的運行數據，通過(guò)顯示界面直觀(guān)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，這些數據信息可通過(guò)網(wǎng)管、APP等方式訪(fǎng)問(wèn)電站來(lái)查看，支持查看實(shí)時(shí)數據和歷史數據。
在優(yōu)越的數據監控基礎上，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(shí)際環(huán)境呼應，準確地體現設備真實(shí)環(huán)境中安裝位置信息。因為設備數據實(shí)時(shí)上傳，狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋，就能夠幫助用戶(hù)精準定位問(wèn)題點(diǎn)以及故障設備物理位置，實(shí)現精準管理。
以10kW系統為例，若某塊組件發(fā)生故障，傳統方案通常需要3個(gè)小時(shí)來(lái)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(shí)間。
光伏系統中，一旦優(yōu)化器之間或優(yōu)化器和逆變器之間存在接線(xiàn)斷開(kāi)，都可以通過(guò)網(wǎng)管或APP的監控界面準確顯示斷開(kāi)位置，減少故障排查時(shí)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(shí)間以及頻次。傳統光伏電站巡檢在一季度內需要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(shí)測數據顯示，遠程監控可減少進(jìn)場(chǎng)運維次數，降低項目后期運維成本 15-25%。
安全價(jià)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管機構(Clean Energy Regulator，CER)公布的統計報告中將光伏組件視為一個(gè)“嚴重的國家安全問(wèn)題”。
光伏存在安全的隱患除了安裝、鋪設標準執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，對人員安全構成嚴重風(fēng)險。
無(wú)論從前期的建設，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用的重要安全隱患之一，一旦發(fā)生火災，消防員不能采用常規滅火方式，無(wú)法及時(shí)搶救，威脅財產(chǎn)安全。
在屋頂光伏項目中，直流側光伏板電壓通?？蛇_到600V至1000V，給施工運維人員及業(yè)主帶來(lái)潛在風(fēng)險。當出現緊急狀況時(shí)，如火災等事故，由于光伏陣列攜帶高壓，救援人員無(wú)法到屋頂進(jìn)行救災。此外，由于屋頂高壓帶電，因此無(wú)法通過(guò)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(guò)程，造成了更多人身財產(chǎn)損失。
這個(gè)時(shí)候華為優(yōu)化器一出手就能夠解決大問(wèn)題!
華為優(yōu)化器具備組件級快速關(guān)斷功能。當出現緊急狀況時(shí)，可采用電網(wǎng)斷電、操作急停開(kāi)關(guān)，或手動(dòng)斷開(kāi)直流開(kāi)關(guān)來(lái)啟動(dòng)快速關(guān)斷功能，通過(guò)優(yōu)化器快速將組串電壓降低到安全電壓以?xún)?，從而避免安全事故?/p>
光伏發(fā)電是新能源電力的重要來(lái)源之一，華為站在科學(xué)和產(chǎn)業(yè)的交叉點(diǎn)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)化器作為盡職盡責的“金牌私教”不僅能夠幫助不同資源稟賦的組件、電站實(shí)現多裝多發(fā)，也能夠通過(guò)簡(jiǎn)化運維、精準診斷、快速關(guān)斷等價(jià)值實(shí)現，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。
