2021年于中國的分布式光伏市場而言，是濃墨重彩的一年。這一年，在整縣推進政策的加持下，疊加限電、能耗雙控等社會環境，已經培育良久的分布式光伏市場再次迎來了高光時刻。無論是社會對于分布式光伏的認知，還是投資企業的趨之若鶩，分布式光伏以其靈活的應用場景、就地消納等優勢在這一年幾乎與大型地面電站平分秋色。
隨著分布式光伏的快速上量，安全性是目前亟需關注的一個關鍵問題。眾所周知，分布式光伏電站一般建設在人口或者工廠密集地區，一旦發生問題將帶來不可估量的生命財產損失。火災、暴風等帶來的分布式光伏安全事故也在過去幾年中頻繁發生。
2021年11月，為了規范分布式光伏發電安全事項，國家能源局發布了關于公開征求對《關于加強分布式光伏發電安全工作的通知（征求意見稿）》意見的公告。其中，在“項目設計管理”相關章節中明確要求：安裝電弧故障斷路器或采用具有相應功能的組件，實現電弧智能檢測和快速切斷功能；光伏組件應具有安全關斷保護功能，保證逆變器關機，交流斷電后，系統子陣外直流電壓低于安全電壓。公告對于分布式光伏安全性的提高給出了大方向的指引，也對光伏電站中存在的“直流高壓”等問題提出了具體性的解決引導措施。其核心訴求就兩個點“安全低壓”和“安全關斷”。
分布式光伏的安全性要求也對整個系統提出了挑戰。對于分布式光伏電站系統來說，微型逆變器顯然更具備應用的先天優勢。
系統安全的“守護者”
眾所周知，光伏逆變器是連接光伏系統與電網，確保長期可靠運行和提升項目投資回報的關鍵設備，同時逆變器還要負責整個光伏系統的智能化控制。與目前市場主流逆變器不同的是，微型逆變器最核心的技術就是對單塊光伏組件進行逆變，整個微逆系統沒有直流高壓存在。而傳統逆變器在工作時是存在直流高壓的，需要額外添加設備才能進行關斷，并且微型逆變器能夠做到組件級別的最大化功率追蹤（組件級MPPT）。區別于傳統逆變器，微逆更多的是集合了微電子和芯片技術，功率器件也更偏向于小功率，所以從本質上來看微逆更適合分布式，特別是工商業和戶用光伏系統。
多年來專注于微逆產品的昱能科技資深技術總監崔利廣介紹到，在傳統光伏系統中，每塊組件電壓只有約為40V，但是20-30塊組件串聯到一起后，整個光伏系統的直流電壓就會達到1000伏，而直流高壓容易引起電弧，從而引發火災風險。同時，在光伏電站進行日常維護或者發生火災的時候，由于直流高壓的存在，也會給運維及消防人員帶來電擊危險，對人身安全有極大威脅。而微型逆變器為全并聯電路設計，光伏組件之間不再有電壓疊加，直流電壓小于60伏，從而可以徹底解決由于直流高壓引起的“拉弧火災風險”和“電擊危險”。
事實上，在分布式光伏系統安全方面，發展較早且市場更為成熟的國外市場標準更為嚴格。比如美國在2017版的NEC690.12中，對此快速關斷做了嚴格的要求——以距離到光伏矩陣305mm為界限，在快速關斷裝置啟動后30S內，界限范圍外電壓降低到30V以下，界線范圍內電壓降低到80V以下，也就是要求實現“組件級關斷”。由此，微型逆變器產品在美國分布式市場份額迅速增長。
此次國內分布式光伏發電安全政策尚處于征求意見階段，正式文件暫未出臺。但從長遠來看，分布式光伏發電系統安全問題已然成為行業未來進入規范發展的關鍵，從而將對分布式光伏設備選型帶來改變，微逆無疑在“出身”上占據了優勢。
另一方面，隨著整縣推進政策的落地實施，進一步推動了央企國企進入分布式光伏投資領域，而國有企業對于安全標準的要求要遠高于市場平均水平。崔利廣介紹到，“在政策的推動下，不少投資企業開始主動聯系我們采購微逆，特別是在工廠、學校、醫院這些高安全需求場景的應用。此外，各地綠色建筑政策將加快BIPV的推廣，由于BIPV將組件安裝在建筑物表面，與人體的距離更近，微逆的安全優勢將更加明顯。”
此次發電安全政策還沒有具體的細化，最終落地的版本將對各種最優選技術路徑帶來較大變化。從短期看，將使不具備AFCI（電弧故障斷路器）、組串級關斷功能的企業被淘汰；長期看，有望出臺類似美國NEC2017的規定，強制使用組件級關斷以保障分布式光伏的安全性，來規范整個行業的健康發展。
與市場對逆變器的一般認知不同，微型逆變器是一個國內尚未大規模普及，但海外認可度高的細分領域，國產微逆產品目前還是“墻內開花墻外香”的現狀，但隨著國內對于光伏行業安全性、智能運維、高效發電等要求提升，微型逆變器在國內的市場滲透率將進一步提高。
從系統角度看微逆
隨著光伏行業進入全面平價上網時代，系統成本是光伏電站投資的關注重點。而微型逆變器之所以在國內遲遲無法放量最主要的原因在于成本問題。但是崔利廣認為，在計算光伏系統成本時，不能僅考慮到建設系統的前期固定投入成本，還要考慮系統生命周期內設備更換費用以及運維支出。
“在設備更換費用方面，一般光伏系統中組件質保為25年，而大多傳統組串逆變器標準質保僅5年，所以在電站生命周期內常常需要更換2-3次逆變器。使用傳統組串逆變器，雖然前期投入成本較低，然而加上后期的設備更換費用后，整體投入大幅增加。而微型逆變器一般標準質保都在10年，還可選擇延保至25年，覆蓋組件的全生命周期，這一下就可以把微逆的投入成本和組串逆變器拉平”，崔利廣解釋道。
除了設備更換費用之外，微逆在光伏電站生命周期內的優勢還體現在運維支出上。一般來說，分布式光伏項目布局分散，尤其是戶用光伏，具有小而微、雜而亂的特點，這更加考驗企業整體管理和運維能力。而當光伏系統需要運維時，一般是組件端或者是逆變器出現故障兩種情況。
“在傳統運維時，面對組件端故障需要專業人士做組串抽檢，再進行維修整改，這種方式周期長、效率低，檢測不充分。面對逆變器故障時需要斷電后維修，造成整個系統停機，影響系統整體收益”，崔利廣進一步補充道，“而在微型逆變器的光伏系統中，運維面對上述兩種問題就非常便捷，相比傳統逆變器，微逆自帶組件級監控，能夠實時檢測到每塊組件的電壓、電流、功率、等發電狀態信息，運維時直接精準定位到故障組件和問題類型。如果需要更換單塊組件或者微逆，也只會影響單片組件的發電功率，不會讓整個系統停機，而且因為微逆是安全低壓的，不需要專門的電工執業人員，普通老百姓就可以換新，方便操作的同時也節省了運維時間，從而大大提高了整個電站的可靠性以及系統可用性。”
微逆對于系統的貢獻并不僅限于此，在整縣推進下，分布式光伏的應用場景日益豐富，但同時也將面臨更多需要解決的問題，例如建筑、樹木的遮擋以及而不同朝向組件對于整體效率的影響。傳統逆變器的光伏系統中，一塊或者部分組件的發電效率變低，會連帶整個系統的發電受影響，也就是所謂的“短板效應”。而微型逆變器交流系統的并聯電路設計，則可以減少甚至徹底消除“短板效應”，從而解決了組件功率衰減、遮擋、朝向和角度不同而造成的失配問題，大大提高了發電量，總體能多產生5%~25%的發電量，尤其適用于城市別墅和新農村等戶用光伏的應用。
通過昱能科技提供的一組數據可以看到，該系統某天在上午10:30~12:00之間，下午15:30~17:00之間，每塊組件的發電量都有所不同，甚至在上午屋頂最西面的組件已經近乎滿功率輸出時，最東面的組件才剛剛啟動僅有十幾W的功率輸出。根據后臺發電數據顯示，在上午10:30~12:00之間，系統發電量約為8度；若該系統采用傳組串式逆變器，那么組件的發電功率將受到整串中輸出最小的一塊組件的限制，該段時間的發電量約為0.375度。采用微逆的發電量是采用組串的發電量的20余倍。系統當天發電為30.19度，那么采用微逆比組串逆變器發電量高25.4%。
此外，在系統匹配方面，面對大功率組件不斷普及的行業趨勢，崔利廣表示這對微逆企業來說是“躺贏”。“微逆本身就是組件級產品，單塊組件功率越大，微逆的單瓦投資成本就越低。由昱能科技自主研發的微逆DS3系列產品就是采用了全新的直流升壓拓撲結構，最高輸出功率達2000W，QT2系列產品，最高輸出功率達到了3600W，全球首創，最大直流輸入電流達20A，可完全滿足182mm、210mm大功率組件對于逆變器電流的要求，通過滿足低電壓、大電流的要求，充分發揮大功率組件的發電增益和成本優勢。”
好風憑借力，揚帆正當時。2022對于國內分布式光伏來說是充滿期望的年份，從微型逆變器廠商角度而言，分布式裝機占比持續提高，組件級關斷市場迎來增長，諸多利好因素都在催化著國內微逆市場的成熟。面對發展空間廣闊的星辰大海，微逆行業的挑戰與機遇并存，征程漫漫，行業仍然任重道遠。
