作者：華為智能光伏電站解決方案總經理 許映童

作為全球領先的信息與通信解決方案供應商，華為進入光伏領域后，一直在思考將華為數字信息技術領域的深厚積累引入光伏領域，通過跨界融合和創新，為光伏產業持續健康發展貢獻力量。華為在與廣大客戶的溝通交流中，基于對光伏產業和電站運營的深入理解，提出 “硅進銅退”的產品設計理念和“智能光伏電站”創新解決方案，獲得規模應用，并于2014年4月發表了“華為，以技術創新助力光伏產業持續健康發展”的主題文章，系統性地闡述了華為的價值主張，得到業界高度認同和廣泛共鳴。在5月中國上海SNEC展會及6月德國慕尼黑Intersolar展會上，華為智能光伏電站解決方案又掀起了新一輪應用高潮，華為和全球多家頂級電站投資運營商簽署了合作協議，2014年上半年，華為智能光伏電站解決方案累計獲得訂單超過2GW。


在華為智能光伏電站解決方案規模應用過程中，客戶給予了我們許多寶貴的建議，啟發我們進一步思考：數字信息技術與光伏技術的融合不僅僅在逆變器本身，而要把電站作為可交付的產品，在光伏電站系統層面進行創新，只有這樣才能給客戶創造更大價值，才能突破行業發展瓶頸，才能真正引領光伏技術革命。

同時，我們也深刻認識到光伏行業的持續健康發展，需要全產業鏈的共同努力和參與。我們愿意分享智能光伏電站解決方案的理念和最新研究成果，和更多合作伙伴一起來共同完善智能光伏電站解決方案，把智能光伏電站解決方案打造成一個開放的平臺，迅速擴大智能光伏電站應用規模，增強光伏行業的競爭力，從而帶動產業升級。

本文主要從以下三個方面對智能光伏電站解決方案進行闡述：光伏發電的機遇與挑戰；智能光伏電站的定義和理念；智能光伏電站的關鍵技術和客戶價值。

一、 光伏發電的機遇與挑戰

光伏發電，作為可再生能源的重要組成部分，由于具備直接利用效率高，可持續發展，綠色無污染，可靈活部署等優點，在能源供給體系里占有越來越重要的位置，正持續向上快速發展。預計2014年全球光伏市場新增裝機接近50GW，中國、日本、美國和英國等國家將成為下半年光伏市場的主要推動力。

光伏行業存在巨大潛力和發展機遇的同時，也面臨嚴峻挑戰：

1、 目前光伏發電成本相比化石能源等偏高，為保證收益，需要降低成本，當前單純依靠部件降成本，導致產品質量下降的矛盾越來越突出，影響整個光伏行業的可持續發展，急需技術突破和變革。

2、 現有傳統電站建設模式，無法應對場景多樣性的要求。如防護等級低，不適應風沙、鹽霧等惡劣環境；MPPT路數少，無法有效應對衰減、遮擋、朝向不一致等導致的組件不匹配，減少發電量；存在大量熔絲、風扇等易損部件，建設和維護工作量大，增加管理和維護成本。

3、 光伏的存量規模越來越大，管理維護越來越困難。以管理1GW電站來說，系統有4百萬塊組件，2萬個匯流與逆變節點，分散在全國乃至全球不同區域。現有維護主要依靠人工巡查和手工報表等方式，運維人員和工作量將隨電站規模呈幾何級數增加，規模增加但沒有帶來規模效益。如果沒有一套完整的管理解決方案，大規模部署和長期運營將難以為繼。

要應對上述挑戰，局限在光伏技術和電力電子領域是遠遠不夠的。華為主張一是要從電站端到端全流程系統角度進行思考和創新，發揮系統組合的優勢。二是要考慮跨界的技術融合和創新，傳統的電力電子行業發展相對緩慢，更多地依賴硬件成本降低和單一產品性能提升，而ICT（信息通信技術）領域的發展遵循摩爾定律，每18個月同等價格的產品性能提升一倍，互聯網的快速發展已經深刻的改變了人類生活及社會管理方式。將信息領域的最新成果引入光伏行業，通過兩者的跨界融合，實現降低初始投資和運維成本，提高系統發電量，從而推動光伏行業的突破性發展和變革。

二、 智能光伏電站的定義和理念

智能光伏電站是以光伏電力變換與電力傳輸網絡為基礎，將現代先進的數字信息技術、通信技術、互聯網技術、云計算技術、大數據挖掘技術與光伏技術高度融合而形成的新型電站。它以充分滿足客戶對光伏電站的高發電量、低初始投資、低運維成本、高可靠性和安全性等需求為目的，在25年生命周期內，實現高收益、可運營、可管理、可演進。

智能光伏電站有兩大核心理念：一是全數字化電站，二是讓電站更簡單。

全數字化光伏電站首先是對現有的光伏發電部分進行智能化改造，使傳統的逆變器不僅僅是發電部件，而且是一個集電力變換、遠程控制、數據采集、在線分析、環境自適應等于一體的智能控制單元，成為電站的神經末梢與區域控制的中心；其次，通過對現有RS485等低速傳輸通道的升級，使整個電站形成融合語音與視頻通信、快速靈活部署、免維護的高速互聯網絡，鋪設電站信息流通的高速公路；最后，收集到的電站完整信息統一上傳到云端存儲，利用大數據分析與挖掘引擎，實現對電站的智能化管理及電站性能的持續優化。

下圖是智能光伏電站的整體架構圖，橙色部分是光伏電站智能化改造的重點。



讓電站更簡單：無逆變器房、直流匯流箱等系統多余設施，無熔絲、風扇等易損部件，實現電站的簡潔化、標準化交付，電站所有部件能夠滿足風沙、鹽霧、高溫高濕、高海拔等各種復雜環境25年免維護、可靠運行的質量要求，建設與運維更加簡單，最大程度保護客戶投資。

通過全數字化電站、讓電站更簡單等創新理念，最終目的是打造“智能、高效、安全、可靠”的智能光伏電站整體解決方案，實現客戶價值最大化。下面從“智能、高效、安全、可靠”四個維度進一步闡釋智能光伏電站的關鍵技術與客戶價值。

三、 華為智能光伏電站的關鍵技術與客戶價值

1. 智能

? 全數字化光伏電站，使電站真正實現“可信、可視、可管、可控”。智能控制器實現對每一路電池組串電流電壓等信息的高精度采集（檢測精度達到0.5%以上），通過高速互聯網絡，傳送到光伏電站控制中心進行進一步的處理，實現“可信”與“可視”；由于傳送帶寬的增加和傳輸時延的減少（達到ms級），大大提高電站的控制速度，實現“可控”；通過華為打造的開放的電站管理系統及大數據分析引擎，實現電站的“可管”。光伏電站數字化后，為未來業務和商業模式創新奠定了基礎，如通過移動互聯網，用戶可以認購指定位置的電池板或者組串，并通過手機App實時獲取收益情況。

? 大數據分析引擎和專家運維系統的引入，及時發現潛在缺陷，挖掘收益提升空間。通過數據實時采集、云存儲和在線專家分析系統，電站可自動體檢，給出基于收益最大化的維護建議，如清洗建議、部件更換和維護建議等，實現預防性維護；積累長期運營數據，綜合分析自然環境，輻照量等環境因素，通過對智能控制單元算法在線調整或軟件升級，使電站在不同環境下系統部件運行在最佳匹配狀態，實現收益的最大化。

? 創新組網方案，打破現有設計束縛，從簡化建設，最佳系統性能匹配、簡化維護等角度，重新對組件、線纜、逆變器、升壓變、監控與數據采集單元等系統部件進行組合優化；同時減少部件種類，更加標準化，更利于自動化生產；通過工廠預裝和接插件安裝，減少現場施工成本，提高施工質量。

? 打造“可升級、可擴容、可演進”的光伏電站。當組件技術進步，運行環境發生變化時，利用智能控制器的軟件可遠程在線升級，后向兼容設計等特性，無需更換網上運行設備，通過算法升級就能夠享受最新的技術成果，最大化重用現有設備。

? 智能主動電網自適應技術，利用智能控制器的高速處理能力、高采樣和控制頻率、控制算法等優勢，主動適應電網的變化，實現更好的多機并聯控制，更佳的并網諧波質量，更好地滿足電網接入要求，提高在惡劣電網環境下的適應能力。

2. 高效

? 高效發電：簡潔化的組網方案降低系統損耗；多路MPPT技術，降低遮擋、灰塵、組串失配的影響，平坦地形下發電量提升5%以上；在屋頂、山地電站中降低不同朝向、陰影遮擋的影響，發電量提升8-10%；與跟蹤系統的配合使用，跟蹤控制與控制器集成，能夠實現對支架的獨立跟蹤，提升發電量，智能控制器和跟蹤支架成為最佳的伴侶。

? 高效運維：管理大師德魯克說過：“沒有度量就沒有管理”。全球化、分層部署的電站管理與運維系統，使部署在不同位置的電站在邏輯上當做一個電站進行管理。總部能夠全局掌握各個電站的運行情況和收益對比，為考核及管理改進奠定基礎。分布在各地的電站，可通過無人機實施大范圍的巡檢，一線人員通過定制化的運維智能終端，實現與總部專家運維團的視頻、語音、位置與故障信息的實時互動，實現前后方遠程協同運維，降低一線運維人員的技能要求，最大化的復用總部專家資源，實現人員的最優化配置，提高系統的維護效率。

3. 安全

? 安全規避PID效應：PID導致的組件功率衰減會極大的影響投資收益，通過智能控制器自動檢測組件電勢，主動調整系統工作電壓，使電池板負極無需接地的情況下，實現對地正壓，有效規避PID效應；由于電池板負極無需接地，加上逆變器內部的殘余電流監測電路，能夠在檢測到漏電流大于30毫安的情況下，150ms內切斷電路，實現了主動安全。

? 智能光伏電站對環境友好。智能控制器無風扇設計，實現了29dB的低環境噪聲；無需土建機房，減少對植被及土壤等環境破壞；電磁輻射小，保護人體健康。智能光伏電站實現了人與環境和諧共處，大大增加了光伏電站的適用范圍，為光伏入戶創造了條件。

? 降低直流傳輸的距離，實現主動安全。直流的安全傳輸與防護是重點，也是難點。智能光伏電站采用無直流匯流設計，組串輸出的直流電直接進入逆變器變為交流電進行遠距離傳輸，主動規避直流傳輸帶來的安全和防護問題，降低直流拉弧帶來的安全隱患，使電站更加安全。

4. 可靠

? 25年系統可靠性：IP65防護等級，實現內外部的環境隔離，使器件保持在穩定的運行環境中，降低溫度、風沙、鹽霧等外部環境對器件壽命的影響；減少易損件使用，無熔絲、風扇等需定期更換器件，實現系統免維護；借鑒華為通信基站產品全球海量發貨及部署的設計和質量管理經驗，從器件到系統實現25年可靠性設計及壽命仿真，加上嚴格的驗證測試，保證系統部件在整個生命周期內無需更換，可靠經濟運行。

“智能、高效、安全、可靠”的智能光伏電站解決方案已經得到越來越廣泛的部署和應用。在不增加客戶的投資情況下，提升系統發電量，提高維護效率，增強系統安全性，實現二十五年可靠運行等優點，獲得越來越多的客戶認可。我們相信，融合了數字信息技術、互聯網技術與光伏技術的智能光伏電站解決方案，能夠幫助客戶更好的解決光伏電站面臨的問題和挑戰，順應能源發展大勢，成為業界主流，推動產業升級。

正如杰里米•里夫金在《第三次工業革命》一書中向世人描繪的美好未來：在新時代，數以億計的人們將在自己家里、辦公室里、工廠里生產出自己的綠色能源，并通過“能源互聯網”進行分享。新時代的序幕剛剛開啟，而機會將更多的眷顧那些銳意進取、勇于創新，積極擁抱變化的人們。華為希望在智能光伏電站的開放平臺上，與合作伙伴一起共同分享與成長，引領綠色能源技術革命，開創綠色能源的美好未來！