台湾去年(2021)太阳能累计设备量约落在7.2GW,若要实现2025年20GW目标,接下来每年还需要有3GW以上增长,势将带动地面型太阳能拓展。对此,太阳能变流器厂商SolarEdge推出地面型太阳能解决方案,除提升发电量外,更要通过创造“世界第八大奇迹─复利”,提供投资方最好选择。
妥善的配置与评估,让太阳能变成一门好生意
SolarEdge的地面型解决方案包括功率最高可达120kW的协同技术三相变流器,具备最高150%直流超配比,以及每两片模块一组的直流功率优化器,通过即时及高性能功率关注技术,优化器能有效调整电流与电压,最大化每片太阳能板的发电量,进而提高投资报酬率(RoI)。120kW三相变流器协同技术集成创新预先调试功能,让安装商在并网前通过智能手机自动及全面性验证系统组件,大幅减少安装时间及成本。
地面型解决方案还内置电位诱发衰减(Potential Induced Degradation,PID)整流器,提供日间防护及夜间修护来防止太阳能板发电退化,在运维方面也为业主省下许多功夫。方案直接包括模块等级监控系统、资料收集器与环境传感器等后续运维系统,也代表着一旦设置太阳能系统之后,就不用再购买第三方优化器与监控系统,除可有效降低遮阴及模块失配风险外,还可直接进行远程排除故障与精准的系统警示,能省下不少检测步骤与现场巡查时间、降低运维成本。
其中SolarEdge组串式变流器一串最多可以装设60片模块,通过“虚拟集中式”配置,可以协助系统商降低时间、人力、金钱等成本支出;而SolarEdge太阳能变流器可支持较长及长度不均的组串设计,在单一串行中,模块可以使用不同方向及角度来安装,其弹性设计可减少直流馈线、潮流箱、连接器等硬件配置,最高可以减少50%太阳能模块外的资金支出(Balance of System,BOS成本),另也提供业界最长12~20年的设备质保,不会产生额外费用。
对于业主来说,大型地面型太阳能系统可谓长期投资,除了节省成本,是否有“获利空间”也是投资者注重的部分。
以最常被用来评估太阳能、风力发电和其他能源获益的方法“均化成本(levelized cost of energy,LCOE)”为例,SolarEdge模拟了10MW太阳能案场采用不同方案的均化成本,发现虽然初期需要用到较多的太阳能变流器,SolarEdge太阳能系统因具备较长的质保、内置片片监控免除第三方监控费用及运维成本,再加上功率优化器提高发电量,能提升太阳能系统投资报酬率。
组串式?集中式?地面型案场适用哪种变流器
太阳能系统装设模块、并网后,挑战才真正开始,除了太阳能模块本身每年0.5%的效率损失,还有不平坦地面或是尘埃脏污、鸟屎树荫等要面对,这些状况都会造成太阳能系统出现模块失配问题,尤其台湾大型地面型案场多设置当地层下陷区、盐滩地,太阳能板将受到更严酷的环境考验。
每片太阳能板的衰退率不同,若是使用传统的集中式太阳能变流器,只要一颗鸟屎、一层沙尘、一片遮荫,或是单片太阳能板衰退,发电量最差的模块就会牵连到其他片太阳能板的发电量,最终冲击到整体案场发电表现,因此SolarEdge提供的直流功率优化器,能优化每片模块发电量,降低模块失配(Module Mismatch)造成的功率损失。
太阳能变流器分为集中式与组串式,顾名思义,集中式太阳能变流器为一个案场设备大型变流器,统一将直流电转换成交流电,目前世界上太阳能系统多因为构建速度快、单价成本考量,有90%案场多采用集中式太阳能变流器。
不过谈到组装成本,还是模块化的组串式变流器占优势。集中式变流器为大型机柜、机组式设备,需要通过机械搬运才可以抵达案场,组装成本较高,就组装部分来说,相较于传统大型机柜集中式变流器,SolarEdge变流器一台仅30多公斤,以模块化设计概念不需要昂贵机械搬运成本,因此组装成本可以省下60%。
传统组串式架构变流器多组最大功率点关注(MPPT),发电量也优于集中式变流器2.1%,SolarEdge两片模块即装设一台功率优化器,因此发电量更比一般串行式变流器多5~8%。
案场若采用传统的集中式太阳能变流器,故障后也得在上万片太阳能板中寻找千分之一的故障点,尤其地面型太阳能案场动辄100MW以上,再度延长大量维修时间,因此近年来组串型变流器得益于故障排除速度快、维修速度快等因素,有效减少停运造成的损失,有后来居上之势。
随着太阳能产业愈加成熟,更容易估算太阳能初始投资成本(CapEX)、营业费用(OPEX)对太阳能生命周期价值与收益的影响,意即,初始投资成本增加有助降低整体营业费用,进而提高太阳能系统的均化成本(LCOE)。
目前太阳能运维方式多以无人机搭配红外线检测为主,利用空拍红外线热显像仪,现场检查太阳能板模块是否有出现温度异常来推测估计模块是否“健康”。不过操作无人机,时间与人力成本高,对此SolarEdge提供的的监控系统,能通过后台显示每片太阳能模块的状况,可直接进行远程检测,省下人工现场查修时间与成本。
除此之外,相较于一般集中型变流器只有5年质保,SolarEdge质保长达20年,因此虽然前期投入成本较高,但20年摊提下来,业主不仅免去变流器更换成本,再加上SolarEdge允许不同功率及新旧款式的模块安装,不用准备模块备品。在太阳能案场的20年寿命中,创造出钱滚钱的正向循环。
安全性绝不妥协的电弧侦测
另一方面,地面型太阳能案场的安全机制也不容妥协。通常地面型案场设置规模往往会比屋顶型案场还要高、电压可高达1,500V,因此相对更需要严谨的电弧检测与安全措施,其中SolarEdge直流功率优化器内置电弧侦测功能,以电路侦测有效防止任何故障、短路损失与风险,尤其台湾的地层下陷区地面型案场若遇台风可能会有淹水问题,更需要防范漏电问题。
而SolarEdge的太阳能变流器一旦检测到串行切断与变流器的连接、变流器关闭、运维或紧急状态、交流连接切断,以及功率优化器的热传感器检测到温度超过85C时,便会进入安全模式,在短短30秒内自动停止输出电流,每片模块输出电压也会自动调降到1V人体可触碰的安全范围。在最新的协同技术中还有另增防护功能,在DC与AC接线端子还有设备热传感器以及突波保护器,可大幅降低EPC组装时不良所产生事故问题。
地面型案场翻新,迎接新市场
近年来台湾太阳能蓬勃发展,在太阳能变流器5年质保背景下,也有许多案场正面对“旧翻新”需求。云林1,525 kWp芋园农光共生案先前就因为变流器过保,故障事故频传,每月需要更换15台变流器,再加上模块出现老化速度不均问题,造成每年20~30万电费收益损失。
在这次整改翻新后,农光共生案成功改头换面,夏季时平均每天发电超过6度,解决案场长期以来的发电效益及运维困扰。SolarEdge资深技术经理苏益立博士认为,随着模块、变流器技术更迭,旧电厂整改将是另一个新市场,台湾应有250MW整改市场可开发。
2021年SolarEdge获得两大地面型案场订单,分别是在台南七股77MW以及于屏东枋寮32MW,而SolarEdge解决方案于水面型太阳能案场也极具优势。台湾区总经理蔡尚霖表示,SolarEdge明年订单曝光率高,地面型太阳能设备量将占很大一部分。
SolarEdge会持续投入台湾地面型太阳能,未来将结合其MLPE解决方案的优势推出适用于1500V的第一型电业大型地面型案场的太阳能变流器,与台湾合作伙伴们一同迈向台湾达到2025年20GW太阳能设置目标。