用于太阳能阵列的高效功率优化器和快速关断装置

说实话，我第一次接触光伏的时候，对功率优化器不是很感兴趣。我觉得所有的组件都串好了，逆变器也有MPPT。为什么中间有东西？如果你有更多的设备，你会有更多的故障点。这不是给自己找麻烦吗？

之后跑了几个项目才改变主意。

一个屋顶电站给我留下了深刻的印象。客户那边有烟囱和几个通风管道，下午3点以后阴影拉长。他们安装了普通的串逆变器，整个阵列一路都是MPPT。结果呢？一个组件被覆盖，整个串随之降低功率。客户告诉我，夏季发电量比设计值低近30%。

当时我建议他了解一下功率优化器。每个部件后面挂一个，独立做MPPT，覆盖哪一个就掉哪一个，不影响其他部件。

后来他换了一个带优化器的方案，说发电量增加了25%左右。当然，它不能完全恢复。毕竟阴影遮挡本身就有功率损失，但至少其他没有遮挡的部件可以全功率运行。

写到这里，你会发现快速关闭和功率优化实际上是完美的搭配。优化器本身可以在不安装额外关闭器的情况下进行组件级关闭，从而节省了一个过程。

NEC快速关断究竟需要什么？

这一点在美国那边尤其严格。NEC 2017年要求阵列外部30V以内，2023版实际上要求更详细，基本上每个组件或每两个组件之间都可以独立关闭。

在实际应用中，这个要求意味着什么？消防队员上屋顶时，按下一个按钮，所有组件之间的电压瞬间拉到安全范围。如果没有快速关闭，即使一个组件切断了外部线路，它仍然在发电，端子上仍然有电压。

之前和一家出口厂家聊过，他们的产品发到了美国市场，快速关闭是一个硬门槛。没有这个功能，屋顶光伏根本无法通过验收。

丰郅的快速关闭方案使用PLC通信，无需拉动信号线。关闭器安装在两个组件之间，发射器安装在逆变器交流侧或并网柜中。一旦发射器断电或信号中断，关闭器将在30秒内自动断开并降低电压。

有一个非常实用的细节。在正常工作状态下，他们的关断器会有几毫安的微电流来维持通信，这对发电基本没有影响。但一旦进入关闭状态，自身功耗降至微瓦级，电池板的所有能量都用于关闭，不会反向消耗。

功率优化器的效率到底能不能打？

许多人都很关心这一点。归根结底，多串一件设备，如果优化器本身的损耗太大，那就得不偿失了。

我大概看过实际测试的数据。当组件正常工作时，丰郅优化器的效率声称超过99.5%。一开始我并不相信这个数字。后来看了第三方检测报告，加权效率确实在99.3%到99.6%之间，看具体工况。

当然，99.5%意味着每1kW大约有5W的损失。但是仔细想想，如果发电损失是10%甚至20%，那么优化器的0.5%的损失是完全可以接受的。

之前有一个项目做了对比测试，两排组件完全一样，一排带优化器，一排直接连接。盖上一块板后，带优化器的那一排总功率比没有的高17%。我看过现场逆变器屏幕显示的数据，差距很明显。

在安装过程中遇到的几个坑

谈谈一些实际情况。

首先是选择。优化器与组件的电流电压相匹配。有一次，一个工程师买了一个品牌的优化器。结果组件的工作电流是13A，最大优化器只支持11A，夏天电流一上来就过载保护。后来全部返工，折腾了半个月。

二是通信。信号控制可以快速关闭。如果发射器和关闭器之间的距离太远或中间有金属屏蔽，信号可能不稳定。丰郅建议发射器到最远关闭器的距离不要超过150米。实际项目最好控制在100米以内，留一些余量。

第三是接地。有些安装人员不知道优化器的外壳需要单独接地。如果不接地，雷击或绝缘故障可能会带来安全隐患。这实际上写在安装手册里，但有时会被忽略。

如何选择不同类型的电站？

在家庭屋顶上，功率优化器的快速关闭基本上是标准的，尤其是屋顶结构复杂、堵塞的场景。组件级关闭也是刚需。现在很多地方的消防验收都是看这个。

工商屋顶，如果阵列规则，没有遮挡，不一定需要优化器。但是建议安装快速关闭。万一发生火灾或需要紧急维护，可以远程降压，运维人员也可以放心上去。

地面电站，说实话，优化器和关闭器的必要性没那么高。阵列相对开放，遮挡少，运维通道相对规范。但是在一些特殊的场景中，比如农光互补的组件之间的距离很大，地面可能会有人移动，所以快速关闭还是有一定价值的。

丰郅计划的实际表现

我接触过的几个项目反馈都还可以。一个安装商告诉我，他们用丰郅做了大约20个家庭项目。优化器没有质量问题，所有关闭功能的验收都通过了。

在一个项目中，通信不稳定。经过调查，发现发射器安装在离逆变器太近的地方，逆变器开关的噪音干扰了PLC信号。后来发射器移到配电箱，问题解决了。

还有一点我觉得值得一提，他们的售后响应比较快。有一次项目优化器的固件需要升级，厂家直接远程操作，没有让现场的人跑来跑去。

Q1：动力优化器和快速关断器一定是同一品牌吗？

不一定是同一个品牌，但是建议用同一个品牌。原因有二:一是通信协议，不同厂家的优化器和关断器之间的PLC信号可能不兼容，如果混用，关断功能可能无效；二是安装调试，同一品牌的设备配置更简单，一个软件或者一个调试工具都可以完成。如果某个品牌的快速关闭系统已经安装好了，最好先和原厂商确认后加优化器的兼容性，不要买，也不要装。

Q2：在组件正常工作时，优化器本身消耗了多少电力？对于发电能力有什么影响？

根据实际数据，丰郅优化器的自耗电量大约在1到2瓦，这取决于具体的型号和工作点。400瓦组件的自耗比例不到0.5%。然而，优化器的收入通常远高于这种损耗——在有遮挡或组件不匹配的情况下，发电增加幅度通常在5%到25%之间。因此，如果计算总账，安装优化器是划算的。当然，如果阵列完全没有遮挡，组件都是同一批次，朝向一致，优化器的收入确实有限，可以根据实际情况考虑是否安装。

Q3：PLC信号的快速关闭系统是否会受到其它设备的干扰，导致误触发或不触发？

有可能。在实际项目中，我们遇到过逆变器开关噪声、大功率变频设备甚至一些品牌的LED驱动器干扰PLC信号的情况。丰郅的方案经过多级滤波和跳频处理，可以应对大多数干扰源。但是如果现场环境特别复杂，比如工厂屋顶旁边有大功率电机，建议安装前进行现场频谱测试。此外，布线时，尽量将关闭器的通信线与逆变器的交流线分开，可以减少很多干扰。如果真的不行，也可以考虑使用有线通信方案，稳定性更高，但布线成本会增加。