组串式与集中式光伏电站安全对比
1MW地面光伏电站集中式与组串式方案对比
1MW地面光伏电站
集中式方案与组串式方案对比
深圳恒通源环保科技有限公司
2017年5月
1、组串式与集中式技术方案对比
集中式解决方案，一般采用直流汇流箱或是1MW逆变箱（含2台500KW逆变器）来实现单个MW子阵设计。
组串式逆变器方案显著特性：智能、高效、安全和可靠。组串式逆变器本身IP65防护等级，无熔丝设计，并且可实现对每一路组串电流电压等信息的高精度采集，精确定位组件的故障和其它电气故障；无需安装大量的直流汇流箱，配置少量的交流汇流箱采用无易损元器件如熔丝等，无需定期更换，维护更方便；采用PLC电力载波通信，而PLC的最大特点：不需要重新架设通讯线缆，只要有电线，就能进行数据传递，无疑成为了光伏电站的最佳方案之一。
2、组串式与集中式主要设备材料对比
大型并网光伏电站的主要发电设备为电池组件、逆变器、升压箱变等。大型并网电站的施工主要包括平整土地、打桩、支架安装、安装组件、安装设备、布线、逆变器室建设等方面。随着市场竞争的促进，组串式的成本有了快速降低，组串式与集中式的价格差距越来越小。
下面表为组串式1MW方阵与集中式1MW建设设备清单的对比。
1
项目容量为1MW，采用低压380V并网，因此以下为1MW项目集中式方案（SUN8000-1000IS逆变器）与组串式方案（SUN2000-36KTL 逆变器）的设备清单及用量估算对比：
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综上：
针对本项目，采用集中方案和组串式方案均可，但根据目前行业发展，组串式逆变器引领行业，且组串式逆变器在发电量、运维、安全等方面均有较为突出的优势。
3
集中式和组串式逆变器方案对比
集中式和组串式逆变器方案对比
1.方案介绍
兆瓦级箱式逆变站解决方案：1MW单元采用一台兆瓦级箱式逆变站，内部集成2台500kW并网逆变器（集成直流配电柜）、交流配电箱等设备，该箱式逆变站箱体防护等级可达IP54，可直接室外安装,无需建造逆变器室土建房。
兆瓦级箱式逆变站解决方案
集中式解决方案：1MW单元需建设逆变器室，内置2台500kW并网逆变器（集成直流配电柜）、1台通讯柜等设备。现场需要建造逆变器土建房。
组串式解决方案：1MW单元采用40台28kW组串式并网逆变器，组串式逆变器防护等级IP65，可安装在组件支架背后。
2.方案对比
2.1 投资成本对比
组串式解决方案：
集中式解决方案：
兆瓦级箱式逆变站解决方案：
备注：以上价格来源于各设备厂商及系统集成商，此报价仅供参考。设备数量均按照1MW单元计算。
2.2 可靠性对比
（1）元器件对比
集中式解决方案：1MW配置2台集中式并网逆变器，单台设备采用单级拓扑设计，共用功率模块6个，2台并网逆变器共12个。单兆瓦配置设备少、总器件数少，发电单元更加可靠。另外，集中式逆变器采用金属薄膜电容，MTBF超过10万小时，保证25年无需更换。
组串式解决方案：1MW配置40台组串式并网逆变器，单台设备采用双级拓扑设计，共用功率模块12个，40台并网逆变器共480个。功率器件电气间隙小，不适合高海拔地区。组串式逆变器采用户外安装，风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化;且单兆瓦配置设备数量多、总器件数多，可靠性低；采用铝电解电容，MTBF仅为数千个小时，且故障后无法现场更换。
组串式逆变器与集中式逆变器的区别
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集中式、组串式、集散式逆变器的区别
集中式、组串式、集散式逆变器的区别
一、集中式逆变器
集中式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电汇总转变为交流电后进行升压、并网。因此，逆变器的功率都相对较大。光伏电站中一般采用500kW 以上的集中式逆变器。
（一）集中式逆变器的优点如下：
1.功率大，数量少，便于管理；元器件少，稳定性好，便于维护；
2.谐波含量少，电能质量高；保护功能齐全，安全性高；
3.有功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好。
（二）集中式逆变器存在如下问题：
1.集中式逆变器MPPT电压范围较窄，不能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，组件配置不灵活；
2.集中式逆变器占地面积大，需要专用的机房，安装不灵活；
3.自身耗电以及机房通风散热耗电量大。
二、组串式逆变器
组串式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电直接转变为交流电汇总后升压、并网。因此，逆变器的功率都相对较小。光伏电站中一般采用50kW以下的组串式逆变器。
（一）组串式逆变器优点：
1.不受组串间模块差异，和阴影遮挡的影响，同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了发电量；
2.MPPT电压范围宽，组件配置更加灵活；在阴雨天，雾气多的部区，发电时间长；
3.体积较小，占地面积小，无需专用机房，安装灵活；
4.自耗电低、故障影响小。
（二）组串式逆变器存在问题：
1.功率器件电气间隙小，不适合高海拔地区；元器件较多，集成在一起，稳
定性稍差；
2.户外型安装，风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化；
3.逆变器数量多，总故障率会升高，系统监控难度大；
组串式逆变器和集中式逆变器的主要区别
组串式逆变器和集中式逆变器的主要区别
逆变器方案对比：
集中式逆变器：设备功率在50KW到630KW之间，功率器件采用大电流IGBT，系统拓扑结构采用DC-AC一级电力电子器件变换全桥逆变，工频隔离变压器的方式，防护等级一般为IP20。体积较大，室内立式安装。
组串式逆变器：功率小于30KW，功率开关管采用小电流的MOSFET，拓扑结构采用DC-DC-BOOST升压和DC-AC全桥逆变两级电力电子器件变换，防护等级一般为IP65。体积较小，可室外臂挂式安装。
系统主要器件对比：
集中式逆变器：光伏组件，直流电缆，汇流箱，直流电缆，直流汇流配电，直流电缆，逆变器，隔离变压器，交流配电，电网。
组串式逆变器：组件，直流电缆，逆变器，交流配电，电网。
主要优缺点和适应场合：
1、集中式逆变器一般用于日照均匀的大型厂房，荒漠电站，地面电站等大型发电系统中，系统总功率大，一般是兆瓦级以上。
主要优势有：
（1）逆变器数量少，便于管理；
（2）逆变器元器件数量少，可靠性高；
（3）谐波含量少，直流分量少电能质量高；
（4）逆变器集成度高，功率密度大，成本低；
（5）逆变器各种保护功能齐全，电站安全性高；
（6）有功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好。
主要缺点有：
（1）直流汇流箱故障率较高，影响整个系统。
（2）集中式逆变器MPPT电压范围窄，一般为450-820V，组件配置不灵活。在阴雨天，雾气多的部区，发电时间短。
（3）逆变器机房安装部署困难、需要专用的机房和设备。
（4）逆变器自身耗电以及机房通风散热耗电，系统维护相对复杂。
组串式与集中式逆变器
组串式与集中式的优缺点。
集中式逆变器：光伏组件，直流电缆，汇流箱，直流电缆，直流汇流配电，直流电缆，逆变器，隔离变压器，交流配电，电网。
组串式逆变器：组件，直流电缆，逆变器，交流配电，电网。主要优缺点和适应场合
1、集中式逆变器一般用于日照均匀的大型厂房，荒漠电站，地面电站等大型发电系统中，系统总功率大，一般是兆瓦级以上。主要优势
（1）便于维护管理；
（2）逆变器集成度高，功率密度大，成本低；（3）逆变器各种保护功能齐全，电站安全性高；
（4）有功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好。主要缺点
（1）直流汇流箱故障率较高，影响整个系统。
（2）集中式逆变器MPPT电压范围窄，一般为450-820V，组件配置不灵活。在阴雨天，雾气多的部区，发电时间短。
（3）逆变器机房安装部署困难、需要专用的机房和设备。（4）逆变器自身耗电以及机房通风散热耗电，系统维护相对复杂。
（5）集中式并网逆变系统中，组件方阵经过两次汇流到达逆变器，逆变器最大功率跟踪功能（MPPT）不能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡，会影响整个系统的发电效率。
（6）集中式并网逆变系统中无冗余能力，如有发生故障停机，整个系统将停止发电。
2、组串式逆变器适用于中小型屋顶光伏发电系统，中型地面光伏电站。主要优势
（1）组串式逆变器采用模块化设计，每个光伏串对应一个逆变器，直流端具有最大功率跟踪功能，交流端并联并网，其优点是不受组串间模块差异，和阴影遮挡的影响，同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了发电量。
集中式、组串式、集散式逆变器的区别
集中式、组串式、集散式逆变器的区别
一、集中式逆变器
集中式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电汇总转变为交流电后进行升压、并网。因此，逆变器的功率都相对较大。光伏电站中一般采用500kW 以上的集中式逆变器。
（一）集中式逆变器的优点如下：
1.功率大，数量少，便于管理；元器件少，稳定性好，便于维护；
2.谐波含量少，电能质量高；保护功能齐全，安全性高；
3.有功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好。
（二）集中式逆变器存在如下问题：
1.集中式逆变器MPPT电压范围较窄，不能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，组件配置不灵活；
2.集中式逆变器占地面积大，需要专用的机房，安装不灵活；
3.自身耗电以及机房通风散热耗电量大。
二、组串式逆变器
组串式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电直接转变为交流电汇总后升压、并网。因此，逆变器的功率都相对较小。光伏电站中一般采用50kW以下的组串式逆变器。
（一）组串式逆变器优点：
1.不受组串间模块差异，和阴影遮挡的影响，同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了发电量；
2.MPPT电压范围宽，组件配置更加灵活；在阴雨天，雾气多的部区，发电时间长；
3.体积较小，占地面积小，无需专用机房，安装灵活；
4.自耗电低、故障影响小。
（二）组串式逆变器存在问题：
1.功率器件电气间隙小，不适合高海拔地区；元器件较多，集成在一起，稳
定性稍差；
2.户外型安装，风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化；
3.逆变器数量多，总故障率会升高，系统监控难度大；
集中式光伏项目组串式逆变器vs集中式逆变器经济性、安全性分析对比
集中式光伏项目组串式逆变器vs 集中
式逆变器经济性、安全性分析对比
前言：对大型光伏电站投资成本和发电效益来说，逆变器作为并网光伏电站
关键设备之一，其性能直接影响整个并网光伏电站的发电效益。2022年组串式逆
变器销量市场占比 78.3%，集中式市场占比21.7%。央国企组串式框采占比89%。组串式技术路线更符合客户需求，已成为行业主流方案。综合比较组串式逆变器
在安装费、发电量、自耗电、经济性、安全性五大方面综合收益表现更优。详细
对比如下：
一、经济性对比：（以100MW广东省集中式地面电站300KW组串式逆变器与3150KW集中式逆变器对比）
1、初始安装费对比：
初始投资：子阵布局容配比一致情况下，组串式方案单设备价格相对较高。
但考虑线缆、施工成本后，综合系统初始投资成本组串式方案与集中式一体机方
案基本持平。
2、发电量对比：组串式比集中式发电量至少高2%
集中式(含集中式一体机) 方案只有1/2路MPPT，且MPPT跟踪电压范围窄，
启动电压905V ， MPPT范围900V-1500V，对光伏阵列一致性要求高。
组串式采用多路MPPT设计，最大化减少组串失配损失；启动电压低，
启动电压550V
MPPT范围500V-1500V 有效发电时间更长。 (以100MW电站， 25年生命
周期，年利用小时1050小时计算：100MW*1050小时*上网电价453元*25年*2%。多收益2378.25万元)
3、自耗电对比：
组串式逆变器25年自耗电分析：因设备本体热源分散，待机自耗电5W，散
热自耗电低，全场景适配；（外购电价按1.2元/千瓦时）
集中式逆变器与组串式逆变器对比与分析
集中式逆变器与组串式逆变器对比与分析
作者：王健李成武刘猛
来源：《山东工业技术》2019年第07期
摘要：逆变器作为组件和电网之间的桥梁，是光伏系统的关键核心部件，通过对逆变器的选型方案、发电量、核心器件、安全可靠性及经济性等指标进行对比与分析，得出不同的应用场合中，选择合适的逆变器，对系统生命周期内的系统成本、发电量和度电成本都有显著影响。
关键词：逆变器；发电量；光伏系统；光伏电站
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.07.152
1 综述
逆变器作为光伏系统的桥梁，成本占比低但对系统成本和发电量影响大。秉承“因地制宜、科学设计”的理念，结合了不同项目的地环境特点，倡导不同类型电站选择不同类型逆变器，不断降低光伏系统成本，提高系统发电效率，帮助用户在竞价上网的新模式下取得最大收益，最终促进光伏平价上网。
本文主要对比研究了光伏电站的集中和组串式两种主流逆变方案的技术经济性、安全可靠性、运维便利性等。
2 集中式与组串式逆变方案分析
在地面电站或者是无阴影遮挡的失配小的电站，集中式优势明显，可使初始投资节省0.22元/W，度电成本LCOE降低2分/kWh，如图2.1和表2.1所示。
2.1 两种方案的对比
2.1.1 同辐照和地域条件最佳容配比
超配的定义--主动超配和补偿超配。
补偿超配：由于光伏系统中的系统损耗客观存在，通过适当提升组件的配比，补偿能量在传输过程中的系统损耗，使得逆变器可以达到满功率工作的状态，这就是光伏系统的补偿超配。
主动超配：在补偿超配使得逆变器部分时间段达到满载工作后，继续增加光伏组件容量，通过主动延长逆变器满载工作时间，在增加组件投入成本和系统发电收益之间寻找平衡点，实现LCOE最小，这就是光伏系统的主动超配。
三大类型光伏逆变器的优缺点介绍
三大类型光伏逆变器的优缺点介绍
逆变器作为光伏发电的重要组成部分，主要的作用是将光伏组
件发出的直流电转变成沟通电。目前，市面上常见的逆变器主要分
为集中式逆变器与组串式逆变器，还有新潮的集散式逆变器。今日，我就针对三种逆变器来谈一谈各自的特点。
一、集中式逆变器
集中式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电汇总转变为沟
通电后进行升压、并网。因此，逆变器的功率都相对较大。光伏电
站中一般采纳500kW以上的集中式逆变器。
(一)集中式逆变器的优点如下：
1.功率大，数量少，便于管理;元器件少，稳定性好，便于维护;
2.谐波含量少，电能质量高;爱护功能齐全，平安性高;
3.有功率因素调整功能和低电压穿越功能，电网调整性好。
(二)集中式逆变器存在如下问题：
1.集中式逆变器MPPT电压范围较窄，不能监控到每一路组件的运
行状况，因此不行能使每一路组件都处于最佳工作点，组件配置不
敏捷;
2.集中式逆变器占地面积大，需要专用的机房，安装不敏捷;
3.自身耗电以及机房通风散热耗电量大。
二、组串式逆变器
组串式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电直接转变为沟
通电汇总后升压、并网。因此，逆变器的功率都相对较小。光伏电
站中一般采纳50kW以下的组串式逆变器。
(一)组串式逆变器优点：
1.不受组串间模块差异，和阴影遮挡的影响，同时削减光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的状况，最大程度增加了发电量;
2.MPPT电压范围宽，组件配置更加敏捷;在阴雨天，雾气多的部区，发电时间长;
3.体积较小，占地面积小，无需专用机房，安装敏捷;
4.自耗电低、故障影响小。
组串式VS集中式：光伏逆变器究竟选谁
2014年慕尼黑Inter Solar论坛上，资深光伏从业人士Manfred Bachler（曾是全球最大EPC厂商Phoenix Solar的首席技术官）提出了用组串式逆变器改造现存的集中式逆变器的方案，给出的结论是5～6年可收回改造成本，主要是因为集中式逆变器维护麻烦、可用
性差，仅在可用度方面就比组串式逆变器差6%。
近日，行业内对于组串式与集中式逆变器的故障率、可靠性众说纷纭。本文将从以下几个角度详细分析，抛砖引玉。
1、系统可靠性基本原理差异
组串式方案组件和逆变器直接相连，逆变器输出通过升压变接入电网，输变电链路设备少，直流线缆短，输电主要以交流线缆为主；集中式方案主要设备有直流汇流箱、直流配电柜、逆变器及升压变，输变电链路设备多，输电线路直流线缆较多。本文将从以下几个方面分析系统方案可靠性原理差异。
1.1、直流和交流线路对系统安全性能的影响
直流电特点是易产生拉弧故障且不易熄灭，存在无法扑灭的风险，因为只要有光照，就会有电流产生，危害性大；交流电由于存在过零点，即使发生电弧故障，电弧也会在过零点处熄灭，危害性小。
1.2、系统故障响应时间
交流侧出现短路故障时，由于能量来自于电网，能量足够大，电气保护设备可及时跳脱，切断短路路径，保护用电设备；直流侧短路
时，由于故障电流小，且断路器常有降额设计，断路器不能快速保护切断短路路径，其间可能出现绝缘老化、软化，进而引发火灾。
1.3、关键设备成熟度
由于交流电技术已发展了100多年，发电技术稳定、成熟，应用范围广，与之相关的电器件也已发展成熟。而光伏直流电保护技术积累少，有很多亟待解决的技术难题；且直流电压范围广，能量差异较大，相关应用器件发展还不成熟，如用于高压直流保护的器件，只有极少数厂家才能提供。
集中式、组合式、分散式逆变器的比较
集中式、组合式、分散式逆变器的比较
随着可再生能源的快速发展，逆变器成为太阳能发电系统中不
可或缺的组成部分。逆变器的设计和类型对系统的性能和效率有重
要影响。本文将比较集中式、组合式和分散式逆变器的特点和优劣。
集中式逆变器
集中式逆变器是指将多个太阳能电池板串联连接后再连接到一
个逆变器上。主要特点包括：
- 优点：
- 高效性能：只有一个逆变器，能够集中处理大量太阳能电池
板的输出。
- 简单维护：只需维护一个逆变器，降低维护成本。
- 安装灵活：可以通过电缆将太阳能电池板布置在较远的位置。
- 缺点：
- 单点故障：若一个逆变器发生故障，整个系统都会受到影响。
- 基于串联设计：当某个太阳能电池板遮阻或故障时，所有太
阳能电池板的输出都会受到影响。
组合式逆变器
组合式逆变器结合了集中式逆变器和分散式逆变器的特点。主要特点包括：
- 优点：
- 灵活性：将太阳能电池板组合连接成若干串联或并联的子系统，每个子系统都配备一个逆变器。
- 容错能力：若一个子系统或逆变器发生故障，其他子系统仍可继续运行。
- 缺点：
- 较多部件：需要更多的逆变器和电缆，增加了系统的成本和复杂性。
分散式逆变器
分散式逆变器是指每个太阳能电池板都有一个独立的逆变器。主要特点包括：
- 优点：
- 高可靠性：每个太阳能电池板都有独立的逆变器，若一个逆变器发生故障，其他逆变器仍可继续运行。
- 模块化设计：易于维护和扩展，降低维护成本。
- 最大发电量：每个太阳能电池板都能实现最大功率点追踪，提高系统发电效率。
- 缺点：
- 安装复杂：需要安装和管理多个逆变器，增加了安装工作量和成本。
集中式、组串式、集散式逆变器的区别
集中式、组串式、集散式逆变器的区别
1.集散式逆变器的设计和制造难度较大，成本相对较高；
2.逆变器数量较多，系统监控难度大；
3.由于分散MPPT跟踪，逆变器需要更多的通讯和控制线路，增加了系统的复杂度；
4.逆变器的维护和故障排查需要更专业的技术人员。
XXX是一家专业从事太阳能光伏逆变器研发、生产和销
售的企业。太阳能光伏逆变器是将太阳能光伏组件产生的直流电转变为交流电的核心设备之一。在光伏电站中，逆变器的选型和使用对于电站的发电效率和稳定性都有着至关重要的影响。
集中式逆变器的优点在于功率大、数量少、稳定性好、电能质量高、安全性高等方面。然而，由于其MPPT电压范围
较窄、占地面积大、自身耗电量大等问题，使得组件配置不灵活，安装和维护成本较高。
组串式逆变器则具有体积小、占地面积小、自耗电低、故障影响小等优点。但是，由于其功率器件电气间隙小、逆变器数量多等问题，使得其不适合高海拔地区，且总故障率会升高。
集散式逆变器是近几年新提出的一种逆变器形式，具有集中式逆变器的低成本和组串式逆变器的高发电量等优点。但是，由于其设计和制造难度大、逆变器数量较多等问题，使得其成本相对较高，系统监控难度大，维护和故障排查需要更专业的技术人员。
1.相比于前两类，这种形式较新，因此在工程项目方面的
应用相对较少，缺乏工程经验；
2.需要经历工程项目的检验，以确保其安全性、稳定性和
高发电量等特性。
1.相对于前两类，这种形式比较新，因此在实际工程项目
中的应用还比较少，缺乏足够的工程经验。
2.为了确保其安全性、稳定性和高发电量等特性，需要经
组串式与集中式光伏电站安全对比
组串式与集中式光伏电站安全对比
当今社会传统能源面临枯竭，人类生态环境日益恶化，太阳能光伏发电以资源丰富、清洁、不受资源分布地域的限制等优点成为人们关注的焦点。近几年我国光伏产业迅猛发展，现今国内光伏累计装机容量已超过28GW，并以每年大于10GW的速度增长。光伏电站建站越来越多，如何提高电站的安全性，如何将各种安全隐患防范于未然，也已成为电站业主们首要考虑的问题。
本文通过分析对比组串式与集中式两种应用广泛的电站解决方案，通过理论与实际案例分析它们的安全性差异，供业界探讨。
1 组串式和集中式电站结构对比
集中式光伏电站解决方案主要包括组件、直流汇流箱、直流配电柜、逆变器及其配套的逆变器房或集装箱体、箱式升压变等。
与集中式方案相比，组串式方案减少了直流设备和逆变房等配套设施，增加了交流汇流箱，缩短了高压直流的传输距离，国内主流的组串式方案更采用了无熔断器设计，自然散热的简洁方案。
2 组串式和集中式安全风险对比
本文中分析的安全风险，是指光伏电站中可能引发火灾或对人身安全产生威胁的风险点。根据前述中关于组串式与集中式的对比，最大差异就是交流和直流电缆距离的不同，而交流输电与直流输电在安全性有显著的差异。
自1882年爱迪生发明了第一盏电灯开始，供电方式就是直流电，但是由于当时直流升压非常困难，供电范围限制在较小的区域内。交流电的易用性使之很快形成了供电网络的主流方案，随着多年的技术发展，交流电网从几千瓦发展到几亿千瓦，电压等级从几十伏发展到上百万伏。科学技术不断在解决着电力发展的难题，也保障了交流输电的安全，使电进入千家万户。
光伏电站设计中集中式与组串式逆变器的比较选择
作者简介：谢洁宇 (1989- )，男，工程师，硕士，从事新能源发电设计工作。
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电工电气 (2017 No.4)
光伏电站设计中集中式与组串式逆变器的比较选择
பைடு நூலகம்
1 集中式、组串式逆变器的结构及特点
集中式逆变器指功率在 50 ～ 1 000 k W 范围内 的大型逆变器，主要应用于日照均匀的大型地面、 鱼塘、屋顶等光伏发电系统，系统装机容量一般在 兆瓦级以上。目前市场上主流的集中式逆变器产品 大都采用三相二电平结构 [4-5]，如图 1 所示，由 3 个部分组成：直流侧电容、逆变器主电路及交流侧 滤波电路。直流侧电容的作用是支撑及稳定光伏阵 列的输出电压，工程中常采用薄膜电容器；逆变主 电路通过控制电力电子开关器件实现直流电到交流 电的转换，同时实现 M P P T 及调频调相功能，并具 有防孤岛、低电压穿越等功能；交流侧滤波电路用 于消除逆变产生的谐波。
XIE Jie-yu, WANG Hai-hua, CHANG Cheng, ZHANG Man （China Energy Engineering Jiangsu Power Design Institute Co., Ltd, Nanjing 211102, China） Abstract: In the design of photovoltaic power station, the selection of different types of inverters is very important to improve the system reliability, to reduce the system losses and to lower the system cost. Introduction was made to the structure and characteristic of common, centralized and string inverters. This paper carried out the comprehensive comparison for the two inverters from the three respects of generating efficiency, construction cost and system reliability and changed each side elements into the economic level to carry out quantitative comparison. The comprehensive comparison result shows that the photovoltaic project, operating more than two years and adopting the string inverter, is superior to other projects. Key words: centralized inverter; string inverter; power generation efficiency
大型光伏电站集中式与组串式经济效益及安全性比较分析
大型光伏电站集中式与组串式经济效益及安全性比较分析摘要：本文针对大型光伏电站主要采用集中式和组串式两种发电方案，从经济
效益和安全性的角度出发，结合实际情况，分析比较两者各自的优缺点。
关键词：集中式组串式经济效益安全性
1 集中式与组串式系统结构对比
1.1 集中式系统
集中式光伏电站发电设备主要包括组件、直流汇流箱、逆变器及其配套的逆变器房或集装箱体、箱式变压器等。
图1 集中式光伏系统结构
集中式光伏电站一般采用1MW发电单元设置。由光伏组件串联组成光伏组串，光伏组串并联接入汇流箱，汇流箱接入逆变器。逆变器将直流电逆变成三相交流电，最后经箱变升压接入电网供电。
集中式光伏电站1MW发电单元一般配置12台16进1出直流汇流箱、2台500kW并网逆变器、1台双分裂箱式变压器等设备。
集中式优点：
（1）逆变器数量少，便于管理；
（2）逆变器集成度高，功率密度大，成本低；
集中式缺点：
（1）集中式并网逆变系统中，组件方阵汇流箱到达逆变器，逆变器最大功率跟踪功能（MPPT）范围在450-820V之间，组件配置更为灵活，不能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，当有一块组件效率偏低时，会影响整个系统的发电效率。
（2）逆变器机房较大，需要专用的机房和设备，安装部署困难。
（3）逆变器自身以及机房通风散热均要耗电，系统维护相对复杂。
（4）在雨雾天气情况下，发电时间较短。
1.2 组串式系统
与集中式系统相比，组串式系统减少了直流设备和逆变房等配套设施，增加了交流汇流箱，缩短了高压直流的传输距离。
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组串式与集中式光伏电站安全对比
当今社会传统能源面临枯竭，人类生态环境日益恶化，太阳能光伏发电以资源丰富、清洁、
不受资源分布地域的限制等优点成为人们关注的焦点。近几年我国光伏产业迅猛发展，现今国光伏累计装机容量已超过28GW，并以每年大于10GW的速度增长。光伏电站建站越来越多，如何提高电站的安全性，如何将各种安全隐患防于未然，也已成为电站业主们首要考虑的问题。
本文通过分析对比组串式与集中式两种应用广泛的电站解决方案，通过理论与实际案例分析它们的安全性差异，供业界探讨。
1 组串式和集中式电站结构对比
集中式光伏电站解决方案主要包括组件、直流汇流箱、直流配电柜、逆变器及其配套的逆变器房或集装箱体、箱式升压变等。
与集中式方案相比，组串式方案减少了直流设备和逆变房等配套设施，增加了交流汇流箱，缩短了高压直流的传输距离，国主流的组串式方案更采用了无熔断器设计，自然散热的简洁方案。
2 组串式和集中式安全风险对比
本文中分析的安全风险，是指光伏电站中可能引发火灾或对人身安全产生威胁的风险点。根据前述中关于组串式与集中式的对比，最大差异就是交流和直流电缆距离的不同，而交流输电与直流输电在安全性有显著的差异。
自1882年爱迪生发明了第一盏电灯开始，供电方式就是直流电，但是由于当时直流升压非常困难，供电围限制在较小的区域。交流电的易用性使之很快形成了供电网络的主流方案，随着多年的技术发展，交流电网从几千瓦发展到几亿千瓦，电压等级从几十伏发展到上百万伏。科学技术不断在解决着电力发展的难题，也保障了交流输电的安全，使电进入千家万户。
直流供电主要用于于安全电压48V以下的控制系统及后备电源使用，或是特高压长距离直流输电（±400kV以上）工程中。1000V直流输电是伴随着光伏的发展而兴起，其配套的相关电气设备还有待完善，甚至有部分厂家使用交流断路器充当直流断路器使用的情况。
在开关元件中，在发生故障时能够正确灭弧是衡量开关元器件最重要的一项技术指标。由于交流系统存在过零点，开关元件在断开故障电流时，能够利用过电压过零点进行灭弧，而且由于电弧的产生电压要比维持电压高得多，所以，交流电弧在过零点处熄灭后很难再产生。而直流没有过零点，电压一直存在，电弧持续燃烧，必须拉开足够的弧长距离才能够可靠熄灭。接线不良、电缆绝缘破损等也会引起拉弧，具有较高热能的电弧的出现使得电站存在一个火灾的隐患，也是光伏电站发生火灾的最主要因素。
从总体上看，交流系统部分相对成熟可靠，电站的安全性风险主要来自直流部分。必须采取严谨的设计、减少直流系统长度，同时进行精心的电气设备选型，以保障电站安全。
2.1 组串式逆变器到交流汇流箱与集中式直流汇流箱到配电柜安全对比
在集中式方案中，直流汇流箱到直流配电柜这段电缆，电压高达500~800Vdc，按照16进1出的直流汇流箱进行计算，电流大约在130A左右，长度一般超过100米，在山地光伏电站或建筑光伏系统中，由于地形及建筑物的因素，长度可能会超过300米。这段电缆是集中式方案较易发生着火事故的一段电缆，且由于能量大，影响围及后果严重。
组串式方案逆变器至汇流箱的电能传输为交流输电，电压变为380 Vac 或480Vac，电流一般控制在50A以，大大降低了发生火灾的可能性。
2.1.1 集中式直流汇流箱到配电柜安全风险分析
如图2所示，当短路故障（A点）发生在直流汇流箱和配电柜进线断路器之间时，存在直流回路（红色）和交流回路（蓝色）。
1）直流回路：由于短路电流较小，直流断路器QF3为防止误动作，一般整定电流都较大，使得直流断路器QF3无法跳脱切断回路，从而使得汇流箱输出持续的直流能量到短路点，维持电弧燃烧，使火灾风险持续扩大。
2）交流回路：电流主要来自电网侧，在直流断路器QF1及交流断路器QF2动作前，逆变单元IGBT将承受较大的故障电流，可能会对其产生严重的损坏。
案例：2014年7月，某屋顶光伏电站发生着火，彩钢瓦屋顶被烧穿了几个大洞，厂房设备烧毁若干，损失惨重。最终分析原因为：由于施工或其他原因导致某汇流箱线缆对地绝缘降低，在环流、漏电流的影响下进一步加剧，最终引起绝缘失效，线槽中的正负极电缆出现短路、拉弧，导致了着火事故的发生。
案例：2014年5月，某山地光伏电站发生着火，当地林业部门立即责令停止并网发电，进行全面风险评估，持续时间三个月，造成了数百万的损失。最终分析原因为：由于某汇流箱电缆在施工时被拖拽磨损，在运行一段时间后绝缘失效，正负极电缆出现短路、拉弧，导致了着火事故的发生。
2.1.2 组串式逆变器到交流汇流箱安全风险分析
如图5所示，当短路故障（A点）发生在组串式逆变器和交流汇流箱之间时，存在逆变器输出的交流回路（红色）和电网侧的交流回路（蓝色）。
1）逆变器输出交流回路：组串式逆变器均具有限流输出功能，在逆变器检测到电网电压异常，会立即控制逆变器脱网，切断故障点的直流侧电流。
2）电网侧交流回路：交流断路器QF1会进行短路保护，切断电网过来的短路回路，不会造成任何影响。
小结：集中式直流汇流箱到配电柜电缆能量大，短路故障时直流源持续时间较长，电弧持续燃烧，事故影响严重，应加强直流电缆的绝缘监测。组串式逆变器到交流汇流箱发生短路故障时，交直流侧电源均能迅速切除，安全风险较小。
2.2 组串式与集中式方案中组件汇流线缆的安全对比
光伏电站的能量来源为太阳能光伏组件，组件电流输出使用小截面直流线缆对于组串式和集中式来说都必不可少。对组串式来说，一般采取2~3串组件并联。而对于集中式方案来说，一般采取16路并联后，再经直流汇流箱8路并联，最终并联的组件数可能达到100串组件。那么两者的安全性方面的对比如下：
图6 组串式与集中式方案
直流线缆的故障
2.2.1 短路故障发生概率对比
当组件线缆通过线槽进行汇集时，易发生线间短路故障。组串式只有并联的2串间会发生短路故障，组合数为2^2，而集中式一台直流汇流箱的16路线缆都会发生短路故障，组合数为2^16，集中式组件线间直接发生短路故障的概率比组串式要高得多。
小结：集中式组件发生短路故障的概率远远高于组串式，短路故障若不能及时切除，将会引起电流反灌。
2.2.2 电流反灌风险对比
国主流的组串式方案采用2串组件并联，即使有一串发生短路故障，反灌电流最大也不会超过10A，均在直流线缆和光伏组件承受围以（42mm直流电缆载流能力大于30A，组件耐受反灌电流15A），安全性较高。
而集中式方案组件并联串数多，反灌电流大，超出了线缆和组件的安全要求。所以，集中式方案必须使用保护器件对线缆和组件进行保护，相比于直流断路器，熔断器因价格低被集中式方案选择。但使用熔断器作为保护元件又带来了一系列的安全问题，具体安全风险分析如