光伏逆變器成本之戰(zhàn)內幕初探

　　光伏產業(yè)的冬天，光伏產業(yè)鏈上的各個廠家都在絞盡腦汁拼命削減成本，以應會客戶越來越狠的降價要求，作為光伏逆變器產業(yè)鏈上最具技術含量的天之嬌子—光伏并網(wǎng)逆變器，也未能幸免，500KW并網(wǎng)逆變器的價格，已從2009年的2.0元每瓦降到如今的0.5元每瓦，逆變器生產廠家在降低利潤的同時，也對光伏逆變器價格比較貴的元器件進行的替代甚至取消，以保證整機的價格下降。然而，由于光伏逆變器在光伏電站的特殊地位，有些逆變器生產廠家的降成本措施，已經(jīng)嚴重危害了整個行業(yè)。因為在光伏電站中，逆變器的成本不到10%，損耗卻占80%以上，光伏電站發(fā)電效率90%由逆變器來控制，考核逆變器的方法，不能光靠價格，更重要的是看逆變器的實際發(fā)電能力。現(xiàn)在國內生產逆變器的廠家多達300家，最終能留下來有影響力的廠家也就10來家，到底哪些企業(yè)會最終生存下來，哪些企業(yè)會率先出局，筆者認為：只有堅持回到產品質量路線，有社會責任感，有道德底線，有持續(xù)改進能力的公司才是最終的勝利者。筆者從事光伏逆變器設計5年多，從一個系統(tǒng)工程師的角度，向大家揭密一些不良廠家降成本的內幕。

　　MPPT效率之謎，在光伏逆變器的技術規(guī)格書里，大多數(shù)廠家都有MPPT效率這個指標，有些標為99%，有些甚至標為99.9%，MPPT效率目前還沒有可靠的儀器去測量，做認證也不需要測量，其實，MPPT效率是決定光伏逆變器發(fā)電量最關鍵的因素，其重要性遠超過光伏逆變器本身的效率，現(xiàn)在國內外光伏逆變器在相同的條件下對比發(fā)電量，相差可能高達20%，這個差異的主要原因就是MPPT效率。有不懂MPPT的同學可以先百度MPPT的基本原理和實現(xiàn)方法。筆者主要向大家揭密MPPT效率的計算方法和來源，MPPT的效率等于硬件效率乘以軟件效率，硬件效率主要由電流傳感器的精度，采樣電路的精度來決定的，軟件效率主要由采樣頻率來決定的，MPPT實現(xiàn)的方法有很多種，但不管用哪種方法，首先要測量組件功率的變化，再對變化做出反應。這其中最最關鍵的元器件就是電流傳感器，它的精度和線性誤差將直接決定硬件效率，而軟件的采樣頻率也是由硬件的精度來決定的。目前電流傳感器有開環(huán)和閉環(huán)兩種，開環(huán)的電流傳感器測量精度99%，線性精度99%，總測量誤差2%，閉環(huán)的電流傳感器測量精度99.6%，線性精度99.9%，總測量誤差0.5%，這里面是什么意思，我向大家解釋下，如果采用開環(huán)電流傳感器，組件功率發(fā)生2%的變化，逆變器根本就測不出來，由于開環(huán)電流傳感器誤差大，所以采樣頻率也要降低，否則會發(fā)生振蕩，所以軟件的效率也只能達到99%，也就是說，使用開環(huán)電流傳感器的逆變器，它MPPT極限效率只有97%，而采用使用閉環(huán)電流傳感器的逆變器，它MPPT極限效率可達到99.5%。在市面上，開環(huán)電流傳感器比閉環(huán)電流傳感器大約便宜30%，現(xiàn)在社會有些不良廠家，為了降低成本，采用價格低的開環(huán)電流傳感器，但對外宣稱MPPT效率還能超過99%，嚴重誤導廣大EPC和業(yè)主，損害人們的利益，這種不恥行為必將遭到人們的唾棄，成為光伏市場率先出局的廠家。

　　逆變器本身效率主要由功率開關器件如IGBT和磁性器件如變壓器和電抗器來決定的，功率器件的選擇性較少，使用各種方案對系統(tǒng)效率的影響也較少。磁性器件是定制性器件，材料選擇性很廣，選用產品不一樣，價格會相差很大。磁性元器件的損耗包括銅損和鐵損，銅損是線圈損耗，隨著電流呈線性變化，線圈現(xiàn)在主要材料有銅和鋁，銅的損耗相對較少，但價格太貴，現(xiàn)在大型逆變器上基本上不用銅做磁性材料了，鋁的價格便宜，損耗相對較大，但可以加大面積減少損耗。鐵損主要是磁心損耗，是空載損耗，恒定的損耗，目前工頻機廣泛使用的材料是硅鋼片，硅鋼片又分取向和無取向兩種，取向硅鋼片要求高，價格是無取向硅鋼片的兩倍，但損耗僅為取向硅鋼片的三分之一，而且取向硅鋼片對電流諧波有明顯的抑制作用，現(xiàn)在社會有些不良廠家，為了降低成本，磁性元器件采用無取向的硅鋼片，這種做法直接的后果就是整機效率降低，電流諧波加大，在陰雨天等低照度天氣下，根本就發(fā)不出來的電，在低功率運行時，電能質量很差。

　　光伏電站設計壽命是25年，其中組件和其它器件的壽命應該可以達到，逆變器作為光伏電站的核心器件，設計壽命也應該到達25年。從逆變器系統(tǒng)上看到，壽命瓶頸是PCBA板和逆變器的心臟部位—逆變模塊。PCBA由于技術限制，壽命很難達到25年，但由于PCBA價格不高，重量輕，一般放在容易更換的位置，所以相對好處理。逆變模塊由IGBT，散熱器，母排，直流支撐電容組成。IGBT現(xiàn)在隨著技術的發(fā)現(xiàn)，如果系統(tǒng)設計得好，壽命可以到25年，直流支撐電容現(xiàn)在普通采用金屬薄膜電解電容，壽命可以到25年，所以最關鍵的因素只有散熱器和母排，這兩個器件如果采用的器件不一樣，成本也相差非常大，但壽命也相差很大。散熱器壽命的控制點是鰭片和基板的連接工藝，母排壽命的控制點是正負極之間的局部放電電流，這兩個關鍵點能處理好，壽命也就不成問題。

　　光伏逆變器最關鍵母排是指從IGBT到直流支撐電容這一段的母排，這就好比人體心臟周邊的大動脈和大靜脈，因為這一段電流大，頻率高，溫度高，其電氣性能核心技術是減少雜散電感，因為雜散電感會產生尖峰電壓，尖峰電壓越高，對IGBT的損傷就越大，系統(tǒng)的損耗也越大。母排機械性能核心技術是減少局部放電，提高母排的壽命。減少雜散電感常用的方法有三個：1是電流正極和負極之間的距離盡可能短，2是電流正極和負極方向盡可能上下疊加，3是電容到IGBT之間的距離盡可能短。局部放電是由正負極之間的氣隙造成的，所以在盡量減少氣隙，方法有兩個：1母排和絕緣片之間的粘合越緊密越好，不留下任何氣隙，所以要選用好的粘結材料，2母排和絕緣片之間要非常干凈，不能有任何灰塵和臟污。

　　現(xiàn)在正規(guī)生產廠家一般采用疊層母排，成本比較大，但性能優(yōu)良，壽命長。疊層母排是把正負極銅排、絕緣片、粘膠有機地結合在一起，它的雜散電感少，壽命長。而社會上一些不良廠家，為了節(jié)省成本，直接用正極銅排，負極銅排和絕緣片疊加在一起，減去粘膠的工藝，這樣做成本減少了大約50%，后果短時間3、5年也看不出來，但5年過后，逆變器的性能會大大降低，原因有2個：1母排的雜散電感會越來越大，系統(tǒng)的EMC干擾也越來越高，IGBT會經(jīng)常受到損傷，2母排的局部放電會越來越大，因為母排和絕緣片之間沒有粘結在一起，肯定會存在氣隙，而且氣隙會越來越大，最后造成絕緣性降低，而絕緣層的損壞，對逆變器而言，將是災難性的。

　　散熱器是由基板和鰭片組成，IGBT裝在基板上，IGBT在運行過程中會產生大量熱量，通過基板傳到鰭片上，再通過流動的空氣帶走。散熱器的核心技術有兩個：1基板盡可能平整，和IGBT接觸可靠性高;2基板和鰭片之間的熱阻盡可能少。基板的平整度現(xiàn)在大都可以達到，通過好一點的加工中心，表面精飛一刀就可以了。難度就大的成本最高的是基板和鰭片之間的連接，目前連接工藝有4種：機械壓合，環(huán)氧樹脂粘接，錫焊，銅焊。其中機械壓合設備投資小，速度快，加工成本低;環(huán)氧樹脂粘接，錫焊這兩種工藝設備投資小，但加工工藝較復雜，速度慢;銅焊設備投資大，加工工藝復雜，速度慢。所以采用銅焊工藝的散熱器價格要比采用機械壓合工藝的散熱器貴30%左右。從散熱技術上來看，采用機械壓合工藝的散熱器，基板和鰭片之間連接面積小，所以熱阻大，而且隨著時間的推移，基板和鰭片連接部位會發(fā)生形變，熱阻會越來越大，采用這樣散熱器穩(wěn)定工作壽命為5年左右，5年之后熱量會越來越集中在基板上散不出去，10年后基本上就報廢了。而采用銅焊接工藝的散熱器，由于銅的散熱效果比鋁好，所以基板和鰭片之間的熱阻就非常少，接近本體，壽命也可達20年之久。

　　現(xiàn)在光伏行業(yè)競爭已進入白熱化，企業(yè)為了生存而采取各種手段。為了降低成本而不擇手段，造成這一后果最根本的原來就是國家金太陽的補貼政策，采用“事前補貼”的政策，使業(yè)主不會去重視產品的性能，只關心產品的價格。光伏逆變器作為光伏系統(tǒng)核心器件，其成本比例已不到系統(tǒng)總成本的10%，如果光伏逆變器發(fā)電量提高1個百分點，相當于逆變器的價值提高10個百分點。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在國外優(yōu)秀逆變器比國內普通逆變器發(fā)電量相差達20%，但國內的市場優(yōu)秀的逆變器公司反而難以生存，“劣幣驅逐良幣”，但技術差距越來越大。值得欣慰的是國家政策的制訂者已經(jīng)注意這個現(xiàn)象了，光伏補貼政策可能很快由“事前補貼”轉為“度電補貼”。那些靠低成本占領市場而產品性能低的公司終究會退出的。