光伏逆变器成本之战内幕大揭密

       光伏产业的冬天已经到来，光伏产业链上的各个厂家都在绞尽脑汁拼命削减成本，以应会客户越来越狠的降价要求，作为光伏逆变器产业链上最具技术含量的天之娇子—光伏并网逆变器，也未能幸免，500KW并网逆变器的价格，已从2009年的2.0元每瓦降到如今的0.5元每瓦，逆变器生产厂家在降低利润的同时，也对光伏逆变器价格比较贵的元器件进行的替代甚至取消，以保证整机的价格下降。然而，由于光伏逆变器在光伏电站的特殊地位，有些逆变器生产厂家的降成本措施，已经严重危害了整个行业。因为在光伏电站中，逆变器的成本不到10%，损耗却占80%以上，光伏电站发电效率90%由逆变器来控制，考核逆变器的方法，不能光靠价格，更重要的是看逆变器的实际发电能力。现在国内生产逆变器的厂家多达300家，最终能留下来有影响力的厂家也就10来家，到底哪些企业会最终生存下来，哪些企业会率先出局，笔者认为：只有坚持回到产品质量路线，有社会责任感，有道德底线，有持续改进能力的公司才是最终的胜利者。笔者从事光伏逆变器设计5年多，从一个系统工程师的角度，向大家揭密一些不良厂家降成本的内幕。

       MPPT效率之谜，在光伏逆变器的技术规格书里，大多数厂家都有MPPT效率这个指标，有些标为99%，有些甚至标为99.9%，MPPT效率目前还没有可靠的仪器去测量，做认证也不需要测量，其实，MPPT效率是决定光伏逆变器发电量最关键的因素，其重要性远超过光伏逆变器本身的效率，现在国内外光伏逆变器在相同的条件下对比发电量，相差可能高达20%，这个差异的主要原因就是MPPT效率。有不懂MPPT的同学可以先百度MPPT的基本原理和实现方法。笔者主要向大家揭密MPPT效率的计算方法和来源，MPPT的效率等于硬件效率乘以软件效率，硬件效率主要由电流传感器的精度，采样电路的精度来决定的，软件效率主要由采样频率来决定的，MPPT实现的方法有很多种，但不管用哪种方法，首先要测量组件功率的变化，再对变化做出反应。这其中最最关键的元器件就是电流传感器，它的精度和线性误差将直接决定硬件效率，而软件的采样频率也是由硬件的精度来决定的。目前电流传感器有开环和闭环两种，开环的电流传感器测量精度99%，线性精度99%，总测量误差2%，闭环的电流传感器测量精度99.6%，线性精度99.9%，总测量误差0.5%，这里面是什么意思，我向大家解释下，如果采用开环电流传感器，组件功率发生2%的变化，逆变器根本就测不出来，由于开环电流传感器误差大，所以采样频率也要降低，否则会发生振荡，所以软件的效率也只能达到99%，也就是说，使用开环电流传感器的逆变器，它MPPT极限效率只有97%，而采用使用闭环电流传感器的逆变器，它MPPT极限效率可达到99.5%。在市面上，开环电流传感器比闭环电流传感器大约便宜30%，现在社会有些不良厂家，为了降低成本，采用价格低的开环电流传感器，但对外宣称MPPT效率还能超过99%，严重误导广大EPC和业主，损害人们的利益，这种不耻行为必将遭到人们的唾弃，成为光伏市场率先出局的厂家。

       逆变器本身效率主要由功率开关器件如IGBT和磁性器件如变压器和电抗器来决定的，功率器件的选择性较少，使用各种方案对系统效率的影响也较少。磁性器件是定制性器件，材料选择性很广，选用产品不一样，价格会相差很大。磁性元器件的损耗包括铜损和铁损，铜损是线圈损耗，随着电流呈线性变化，线圈现在主要材料有铜和铝，铜的损耗相对较少，但价格太贵，现在大型逆变器上基本上不用铜做磁性材料了，铝的价格便宜，损耗相对较大，但可以加大面积减少损耗。铁损主要是磁心损耗，是空载损耗，恒定的损耗，目前工频机广泛使用的材料是硅钢片，硅钢片又分取向和无取向两种，取向硅钢片要求高，价格是无取向硅钢片的两倍，但损耗仅为取向硅钢片的三分之一，而且取向硅钢片对电流谐波有明显的抑制作用，现在社会有些不良厂家，为了降低成本，磁性元器件采用无取向的硅钢片，这种做法直接的后果就是整机效率降低，电流谐波加大，在阴雨天等低照度天气下，根本就发不出来的电，在低功率运行时，电能质量很差。

       光伏电站设计寿命是25年，其中组件和其它器件的寿命应该可以达到，逆变器作为光伏电站的核心器件，设计寿命也应该到达25年。从逆变器系统上看到，寿命瓶颈是PCBA板和逆变器的心脏部位—逆变模块。PCBA由于技术限制，寿命很难达到25年，但由于PCBA价格不高，重量轻，一般放在容易更换的位置，所以相对好处理。逆变模块由ＩＧＢＴ，散热器，母排，直流支撑电容组成。ＩＧＢＴ现在随着技术的发现，如果系统设计得好，寿命可以到２５年，直流支撑电容现在普通采用金属薄膜电解电容，寿命可以到２５年，所以最关键的因素只有散热器和母排，这两个器件如果采用的器件不一样，成本也相差非常大，但寿命也相差很大。散热器寿命的控制点是鳍片和基板的连接工艺，母排寿命的控制点是正负极之间的局部放电电流，这两个关键点能处理好，寿命也就不成问题。

       下章我将就这两个问题向大家揭密正确的处理方法应该是怎么的，不良厂家为了节省成本又是怎么处理的，以用所造成的严重后果。

       光伏逆变器最关键母排是指从IGBT到直流支撑电容这一段的母排，这就好比人体心脏周边的大动脉和大静脉，因为这一段电流大，频率高，温度高，其电气性能核心技术是减少杂散电感，因为杂散电感会产生尖峰电压，尖峰电压越高，对IGBT的损伤就越大，系统的损耗也越大。母排机械性能核心技术是减少局部放电，提高母排的寿命。减少杂散电感常用的方法有三个：1是电流正极和负极之间的距离尽可能短，2是电流正极和负极方向尽可能上下叠加，3是电容到IGBT之间的距离尽可能短。局部放电是由正负极之间的气隙造成的，所以在尽量减少气隙，方法有两个：1母排和绝缘片之间的粘合越紧密越好，不留下任何气隙，所以要选用好的粘结材料，2母排和绝缘片之间要非常干净，不能有任何灰尘和脏污。

       现在正规生产厂家一般采用叠层母排，成本比较大，但性能优良，寿命长。叠层母排是把正负极铜排、绝缘片、粘胶有机地结合在一起，它的杂散电感少，寿命长。而社会上一些不良厂家，为了节省成本，直接用正极铜排，负极铜排和绝缘片叠加在一起，减去粘胶的工艺，这样做成本减少了大约50%，后果短时间3、5年也看不出来，但5年过后，逆变器的性能会大大降低，原因有2个：1母排的杂散电感会越来越大，系统的EMC干扰也越来越高，IGBT会经常受到损伤，2母排的局部放电会越来越大，因为母排和绝缘片之间没有粘结在一起，肯定会存在气隙，而且气隙会越来越大，最后造成绝缘性降低，而绝缘层的损坏，对逆变器而言，将是灾难性的。

       散热器是由基板和鳍片组成，IGBT装在基板上，IGBT在运行过程中会产生大量热量，通过基板传到鳍片上，再通过流动的空气带走。散热器的核心技术有两个：1基板尽可能平整，和IGBT接触可靠性高；2基板和鳍片之间的热阻尽可能少。基板的平整度现在大都可以达到，通过好一点的加工中心，表面精飞一刀就可以了。难度就大的成本最高的是基板和鳍片之间的连接，目前连接工艺有4种：机械压合，环氧树脂粘接，锡焊，铜焊。其中机械压合设备投资小，速度快，加工成本低；环氧树脂粘接，锡焊这两种工艺设备投资小，但加工工艺较复杂，速度慢；铜焊设备投资大，加工工艺复杂，速度慢。所以采用铜焊工艺的散热器价格要比采用机械压合工艺的散热器贵30%左右。从散热技术上来看，采用机械压合工艺的散热器，基板和鳍片之间连接面积小，所以热阻大，而且随着时间的推移，基板和鳍片连接部位会发生形变，热阻会越来越大，采用这样散热器稳定工作寿命为5年左右，5年之后热量会越来越集中在基板上散不出去，10年后基本上就报废了。而采用铜焊接工艺的散热器，由于铜的散热效果比铝好，所以基板和鳍片之间的热阻就非常少，接近本体，寿命也可达20年之久。

       结论：现在光伏行业竞争已进入白热化，企业为了生存而采取各种手段。为了降低成本而不择手段，造成这一后果最根本的原来就是国家金太阳的补贴政策，采用“事前补贴”的政策，使业主不会去重视产品的性能，只关心产品的价格。光伏逆变器作为光伏系统核心器件，其成本比例已不到系统总成本的10%，如果光伏逆变器发电量提高1个百分点，相当于逆变器的价值提高10个百分点。有数据统计，现在国外优秀逆变器比国内普通逆变器发电量相差达20%，但国内的市场优秀的逆变器公司反而难以生存，“劣币驱逐良币”，但技术差距越来越大。值得欣慰的是国家政策的制订者已经注意这个现象了，光伏补贴政策可能很快由“事前补贴”转为“度电补贴”。那些靠低成本占领市场而产品性能低的公司终究会退出的。


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