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全球第一个百GW组串逆变器企业诞生记丨华为光伏

作者:cp彩票 发布时间:2020-08-06 05:35 点击:

  北极星太阳能光伏网讯:业界有人说,SMA发明了组串逆变器,而真正让组串逆变器发扬光大的是华为。

  华为智能光伏负责人站在广袤无垠的戈壁滩上,被眼前“蓝色的海”所深深震撼。

  2013年,华为网络能源(现更名华为数字能源)经过三年多的技术积累,光伏逆变器开始投放市场,华为的集中式逆变器在中国陆续装了几百MW,但在这个过程中,从客户那里得到的反馈,促使这位华为老兵觉得必须要到项目现场了解客户的真实需求。

  青海本就地广人稀,光伏电站距离又动辄需要驱车数十甚至过百公里,在荒凉的戈壁滩上与黄土和零星野草为伴,这份孤寂难以忍受。人手有限的情况下再去运行体量越来越大的光伏电站,在可预期的未来里,这将是个无底洞,终有一天会超出人力极限。

  当时行业逆变器耐候性的研究刚刚开始,这位负责人看到:夏天的逆变器为了散热需要把用于防尘的门打开,然后晚上去扫灰,两个人一晚上“伺候”一台设备,一年365天,几乎天天在扫灰,让运维人员叫苦连天。另外逆变器由于专业性较强,大型逆变器出故障时只能等待专业维修人员修理,周期很长,耽误电站发电。

  光伏逆变器技术最早起源于德国企业SMA,1991年开始生产第一台光伏用逆变器,从小型组串式逆变器开始,到2002年出了第一台集装箱逆变器,那个时候,华为还没开始这个业务。

  从技术路线来看的话,先有组串式逆变器,到后面的集中型逆变器,这家做事严谨的德国公司奠定了光伏逆变器的产业技术路线,但最初SMA的制造和生产都是在德国做的,组串式逆变器的成本一直没有降下来。

  2010年后光伏产业非常火热,逆变器一块多钱一瓦,华为早期参观了德国企业的设备后,觉得做工精良,生产线很标准很壮观,华为内部很多人也感觉集中式大机就是趋势。

  谨慎起见,华为同时有两个团队各攻一套技术方案,按照当时的构想:组串式逆变器拿下欧洲市场,用集中式逆变器开拓中国地面电站市场。

  但这次青海之行,让华为光伏负责人下定决心:砍掉集中式逆变器业务。可是,新的模式又在哪里?

  首先人力越来越贵,运维成本居高不下,这将成为制约光伏度电成本的大问题。其次,集中式逆变器当时的MPPT路数不够多,无法解决组串失配问题,常年累月,失配问题严重,发电量下降越来越多。更大的问题是不具备精确故障定位能力,几十个足球场这么大电站,根本不知道哪串出了问题;但是组串式逆变器就能完全解决客户的烦恼吗?丹麦工业巨头丹弗斯曾在业内推过一段时间的组串式逆变器,但刚刚在中国打开市场后却关闭了光伏业务,而究其原因,也主要是组串逆变器成本太高,大型地面电站并网谐波等问题无法解决。

  局面好像进入了死胡同。不过提供解决方案,给客户解决问题,恰巧是华为最为强大的能力。他们将需求进行了反向推演:

  3、节约人力,尤其是将常常在相距甚远多个电站间来回奔波的专业技术人员解放出来;

  看似当时的产品都没办法兼顾这些需求,但华为的工程师的脑洞深不可测:将产品扩展成产品包。

  他们选择了具备上述条件的组串式逆变器,并将华为通信业务做基站的经验,移植到光伏业务。

  应用单体功率较小的组串式,意味着设备数量的增加,控制故障率成为方案成功的关键。在华为严苛的制造与测试标准约束下,到2018年底,华为全球累计发货300万套设备中,整体故障率仅千分之三,远远低于同行业。超低故障率的背后是大量的研发投入。华为基本每年推出一款精品,不求多,只求精。因为每一款产品都要经过大量的验证和测试:散热防尘这些测试都是基本的要求。除此之外还有国内唯一的火箭引雷测试和爆炸测试,光室外引雷测试就达到百万元,如此高昂成本,可见华为对产品质量的态度。

  刚开始很多人不理解,为什么华为一定要把熔丝要干掉。从整个运维的角度去看,他们不希望把这些易损件加到订单里面。就要把电站做到整个系统免维护,不仅干掉熔丝,包括风扇等其他容易产生故障的地方,一律去除。这也是华为一直秉承的“少即是多”的极简理念,把复杂留给自己,把简单留给客户。用更“少”的时间,更“少”的设备,更“少”的运维,带来更“多”的发电量,更“多”的极致体验。

  除硬件外,华为还配备了上百人的软件团队,博士比例80%以上,专门解决大型地面电站的并网算法问题,而后来的上GW的电站都在用组串逆变器,并且并网毫无压力,则显示了这支博士军团的实力。华为正在把ICT的技术,赋予电站智能。

  以增强后的组串逆变器为核心,加载电站智能管理系统出炉后,在曲阳的山地光伏电站中,率先得到了很好的应用。

  2014年,华为智能光伏1.0整套解决方案第一次在业内亮相,展示了通过集控中心,远程发现并定位组件故障、场站入侵、各阵列发电情况。

  2015年,由国家能源局主导的光伏领跑者项目启动,智能光伏大获成功,华为组串逆变器占比达50%以上。2016年的领跑者项目,华为的智能组串逆变器更是达到65%以上。

  智能光伏以每年一个大版本的速度升级,而光伏产业全面步入数字化时代后,电网也认识到无线通讯的安全性,变得逐步开放与包容。在使用“智能光伏无线宽带系统”之后,宁夏宝丰光伏电站项目的场站值长,最深切的体悟就是,“传统光伏电站通信方法无法满足我站对于业务移动的诉求,制约了电站的发展,而采用无线系统后,一个光伏电站布一个4G基站,就可以完成整个光伏电站的站内通讯,建设和运维变得简单多了。无线帮助我们解决了复杂多样的电站问题。”

  近日,华为对外公开了一则产品极限测试的视频,除模拟台风、极寒等极端天气之外,还用极高的成本模拟了室外雷电测试和爆炸测试:随着小火箭在雷雨天极速上升,一道电光划破天际。

  这种“人工渡劫”的测试,让国外客户看的目瞪口呆之余,也对华为产品的质量深信不疑。欧洲、日本的能源巨头纷纷转向华为,使其快速成功跻身一流梯队,经过几年市场发展,已傲视群雄,在这些市场均处领先地位。在欧洲、日本、澳大利亚这几个对电网要求非常严格的国家,电网适应性是一大挑战,对逆变器企业的实力有很高要求。而华为却顺利符合了当地电网的要求,成为了当地的首选品牌。

  全球运维也是逆变器的一大挑战,海外的人力成本更高。集中式逆变器必须要专业人士到现场处理故障,即使在国内也需要一周左右时间,而华为逆变器免维护设计,让运维人员基本不用去现场。及时万一有故障,现场更换,也只需要2小时。

  公司本身强大的实力和专注一款产品的合力优势,让华为在全球主要的高端市场,均名列前茅。

  在这一年起,在IHS的排名上,华为逆变器全球出货量就开始占据第一的宝座。

  在此之前,对光伏组件场站内的检测主要依靠工人手持EL和IV检测工具完成的,大型地面光伏电站的检测多为定位到故障后检测或站内抽测,100W的组件有30万块组件,近两万个组串,占地超过2平方公里。如果用人工完成一次全面巡检,相当于运维人员要用脚丈量数百公里的路程,期间还要一块组件一块组件的做测试,现场拆端子测试也具备一定危险性和发电量损失,所以全面检测一直被视为不可能完成的任务。

  随着电站精益管理逐步发展,以及电站交易量增大,业主或收购方对于全面掌握电站情况渴求增大,于是难题被抛给了以解决方案著称的华为。简单来说就是:像手机跑分一样给电站跑分。

  华为技术团队首先想到了IV曲线测试功能,并成功将其搭载到逆变器上。2014年,就率先与黄河水电展开联合研发,并且做了大量的实测。

  这套智能IV检测技术通过反向供电测试组件的IV曲线,能够识别组件隐裂、热斑、背板失效、二极管损坏等14种常见故障。

  在历经三版升级之后,目前华为的 智能 IV 曲线GW 以上的光伏电站,检测过的组件数量早已过千万,基于 AI 技术的智能 IV 诊断 4.0 除了应用场景广泛之外,速度进一步提升,15 分钟即可完成 100MW 全站的扫描,并且支持双面、叠瓦以及组串混装场景。而业界马上跟风而至,一夜之间,大部分厂家也推出智能IV诊断技术,但实际上,这个技术是建立在海量的数据积累上,没有大数据、没有一套先进的算法,准确度是难以保障的。

  IV智能检测的出现,即是产业智能化分水岭,只有组串式逆变器能够完成这一工作;同时这也是华为的技术“护城河”:IV曲线检测的精准性,不至于漏报、误报,则是建立在有意识的对华为已经过百GW的智能设备反馈来的海量数据经年累月的分析的。

  超过5GW进行IV曲线检测的组件不仅发电量有所保障,过程中得到的大数据也是一座宝矿。以业内一直争论不休的背板为例,数据显示,西部组件二极管损坏比例远高于东部,究其原因是西部紫外线强烈,背板如果过薄或材料不过关就会出现远比东部大得多的故障率。因此发往西部的背板应该加大强度。

  此外,华为还通过大数据喂养出了“双面组件+跟踪系统”的最佳匹配方式。传统的“天文算法+反跟踪”结合GPS正时可以获得太阳的绝对位置信息,通过使组件与太阳光入射光夹角最小来获得相应的跟踪角。这种算法仅考虑了散射比例低时组件正面的直射辐射,在部分场景中会出现不是最优转角带来的发电量损失,比如在阴天,天文算法并不是最佳转角。而华为智能跟踪系统,通过“感知”外界的辐照、温度、风速等因素,结合精准的大数据和AI智能学习算法,能够实时得到跟踪支架的最佳转角,双面组件压抑的潜力得到充分释放,从而保障电站最佳的发电量。

  至此,AI实现了跨界,完成了“海量场景+专家经验+跨域融合”的最后一步。而在AI的帮助下,光伏电站的潜能被挖掘释放。

  2019年,全球第一个百GW组串逆变器企业诞生。用了十年,华为创造了一个产业奇迹。

  许多海外的电站,没人在现场维护,200MW甚至500MW的电站,只需要20人的运维队伍。

  2019年,法电与阿布扎比未来能源公司(MASDAR)合作的Sasaka 300MW光伏项目,选用华为的智能光伏解决方案,电价只有1.786美分/kWh,折合人民币0.12元/kWh,甚至低于国内水电价格,震惊业内。

  至此,光伏的度电成本与运维问题都解决了,但新世界大门开启的同时,华为又被委以新的重任。

  对于法国EDN、意大利Enel等国际能源集团来说,光伏并不是全部。如何让光伏业务更好的融入自己的能源版图是更重要的事情。

  一开始他们选择华为的原因是担心其它中国的逆变器厂家业务不具备连贯性,后来他们发现自身整个能源版图的战略布局,也只有华为这样的公司能够提供相匹配的支撑平台,尤其是5G、人工智能技术迅猛发展的情况下,这些国际巨头判断惊人的一致。

  巨人,需要另一个巨人伙伴。未来方向虽然明晰,但过程如何,其实谁都忐忑。在这样一盘大棋之下,同行之人也须旗鼓相当。

  这样的客户,横跨多个能源形式和经营范围,既投资要考虑新能源的度电成本,又要考虑电网的稳定性和综合利用。上述的能源巨头还积极推广智能电表、储能系统,以数字电网夯实新业态发展,源网荷储协同,多站融合,提高能源综合利用效率。

  双方已经开始合作针对下一代能源结构进行研究。“这些研究许多都是针对未来五年甚至十年的技术,过几年可能会给行业带来深刻的变化。”华为的研发负责人说道,“多域协同的范畴也从光伏产业逐渐向能源互联网迈进。”

  能源的安全、稳定、清洁、低价四大要素正在通过新一代的基于AI引擎的光伏电站体现。如何最终解决新能源成为主力的优质能源?华为在业内首次引入阻抗重塑的AI自学习算法,融合动态阻尼适配算法,智能串补自适应算法、主动谐波抑制算法等多种领先并网算法,通过AI自学习动态地调整电站本身的电气特性来匹配电网,使电网保持稳定,不脱网。引领光伏发电从“适应电网”走向“支撑电网”。

  基于新能源发展带来的能源革命,每个人都看得到却无法准确描述,这场变革超出所有人的想象。以新能源为核心的能源体系,能源物联网的搭建,乃至未来万物互联的世界……这一切至今尚未完全实现,同时充满挑战。而当这一切的复杂性超过人类极限时,万物互联中的能源神经中枢,必然由AI担任。

  所以对于华为和这些客户而言,现在所做的一切,不只是为了现在,也是在铺设通向更光明的未来之路。

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