如何合理設(shè)計(jì)光伏電站容配比-古瑞瓦特

隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L(zhǎng)，光伏發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展。光伏電站作為光伏發(fā)電技術(shù)的核心載體，其設(shè)計(jì)合理性直接影響到電站的發(fā)電效率、運(yùn)行穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)效益。其中，容配比作為光伏電站設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)電站的整體性能具有重要影響。本文旨在探討如何合理設(shè)計(jì)光伏電站的容配比，以提高電站的發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)性。

01

光伏電站容配比概述

光伏電站容配比是指光伏組件的裝機(jī)容量與逆變器設(shè)備容量的比值。由于光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性以及受環(huán)境影響較大的原因，光伏電站容配比單純按照光伏組件裝機(jī)容量1:1配置會(huì)造成光伏逆變器容量浪費(fèi)，因此在光伏系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下提升光伏系統(tǒng)發(fā)電效益，最優(yōu)的容配比設(shè)計(jì)應(yīng)大于1:1。合理化容配比設(shè)計(jì)不僅可以最大化發(fā)電功率輸出，而且還能適應(yīng)不同的光照條件以及應(yīng)對(duì)部分系統(tǒng)損耗。

02

容配比主要影響因素

合理的容配比設(shè)計(jì)需要結(jié)合具體項(xiàng)目的情況綜合考慮，影響容配比的因素包括組件衰減、系統(tǒng)損耗、輻照度、組件安裝傾角等方面，具體分析如下。

1.組件衰減在正常老化衰減的情況下，目前組件首年衰減在1%左右，組件第二年以后的衰減將呈線性變化，30年的衰減率在13%左右，也就是說(shuō)組件每年的發(fā)電能力都在下降，無(wú)法持續(xù)維持額定功率輸出，因此光伏容配比設(shè)計(jì)需考慮到電站全生命周期內(nèi)的組件衰減，以最大化匹配組件發(fā)電功率，提高系統(tǒng)效益。

光伏組件30年線性功率衰減曲線

2.系統(tǒng)損耗在光伏系統(tǒng)中，從光伏組件到逆變器輸出之間存在各種損耗，包括組件串并聯(lián)及遮擋灰塵損耗、直流電纜損耗、光伏逆變器損耗等，各環(huán)節(jié)損耗將會(huì)影響光伏電站逆變器的實(shí)際輸出功率。

PVsyst光伏電站模擬報(bào)告如圖所示，在項(xiàng)目應(yīng)用中可通過(guò)PVsyst模擬項(xiàng)目實(shí)際配置及遮擋損耗情況;一般情況下光伏系統(tǒng)直流側(cè)損耗在7-12%左右,逆變器損耗約1-2%，總損耗約為8-13%;因此光伏組件安裝容量與實(shí)際發(fā)電數(shù)據(jù)之間存在損耗偏差。如果以組件安裝容量按照1:1的容配比選擇光伏逆變器，那逆變器實(shí)際輸出最大容量只有逆變器額定容量的90%左右，即使在光照最好的時(shí)候，逆變器也沒(méi)有滿載工作，降低了逆變器和系統(tǒng)的利用率。

3.不同區(qū)域輻照度不同組件在STC工作條件下才能達(dá)到額定功率輸出(STC工作條件：光照強(qiáng)度1000W/m2，電池溫度25°C，大氣質(zhì)量1.5時(shí))，如果工作條件未達(dá)到STC條件，光伏組件輸出功率必然小于其額定功率，并且光照資源一天之內(nèi)時(shí)間分布也不能全都滿足STC條件，主要是因?yàn)樵缰型磔椪斩取囟鹊炔町愝^大;同時(shí)不同地區(qū)輻照度及環(huán)境不同對(duì)于光伏組件的發(fā)電影響也不同，因此項(xiàng)目初期需根據(jù)具體區(qū)域了解當(dāng)?shù)氐墓庹召Y源數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)算。

根據(jù)國(guó)家氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能評(píng)估中心劃分標(biāo)準(zhǔn)，可以了解到不同區(qū)域輻照度的具體數(shù)據(jù)，太陽(yáng)總輻射年輻照量劃分為四個(gè)等級(jí)：

太陽(yáng)總輻射年輻照量等級(jí)劃分

全國(guó)水平面總輻射分布圖

因此，即使在同一資源地區(qū)全年輻照量也有較大差異。意味著相同的系統(tǒng)配置，即相同的容配比下發(fā)電量也不盡相同。若要達(dá)到相同的發(fā)電量，可以通過(guò)改變?nèi)菖浔葋?lái)實(shí)現(xiàn)。

4.組件安裝傾角針對(duì)用戶側(cè)光伏電站同一個(gè)項(xiàng)目中會(huì)存在不同的屋頂類型，而根據(jù)不同屋頂類型將會(huì)涉及到不同的組件設(shè)計(jì)傾角，對(duì)應(yīng)組件接收到的輻照度也有所不同;例如浙江某地工商業(yè)項(xiàng)目中存在彩鋼瓦屋頂和混凝土屋頂，設(shè)計(jì)傾角分別為3°和18°，不同的傾角通過(guò)PV模擬傾斜面輻照量數(shù)據(jù)如下圖所示;可以看到不同角度安裝的組件所接收到的輻照度不同，如分布式屋頂多采用平鋪的方式，則相同容量的組件，輸出能量比有一定傾角的低。

3°傾角總輻射量

18°傾角總輻射量

03

容配比設(shè)計(jì)思路

根據(jù)以上分析，容配比的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)調(diào)整逆變器直流側(cè)接入容量，從而提升電站的整體效益;目前容配比的配置方式主要分為補(bǔ)償超配和主動(dòng)超配。

1.補(bǔ)償超配補(bǔ)償超配是指通過(guò)調(diào)整容配比，使逆變器在光照最好的時(shí)候能達(dá)到滿載輸出。這種方式僅考慮到光伏系統(tǒng)中存在的部分損耗，通過(guò)增加組件的容量(如下圖所示)，可以補(bǔ)償能量在傳輸過(guò)程中的系統(tǒng)損耗，使逆變器在實(shí)際使用過(guò)程中達(dá)到滿載輸出的效果，且沒(méi)有削峰損失。

補(bǔ)償超配示意圖

2.主動(dòng)超配主動(dòng)超配則是在補(bǔ)償超配的基礎(chǔ)上，繼續(xù)增加光伏組件的容量(如下圖所示)。這種方式不僅考慮了系統(tǒng)損耗，還綜合考慮了投資成本及收益等因素。其目標(biāo)是通過(guò)主動(dòng)延長(zhǎng)逆變器滿載工作時(shí)間，在增加的組件投入成本和系統(tǒng)發(fā)電收益之間尋找平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平均化度電成本(LCOE)最小。即使在光照不佳的情況下，逆變器也存在滿負(fù)載工作，從而延長(zhǎng)滿載工作時(shí)間;但系統(tǒng)實(shí)際發(fā)電量曲線將出現(xiàn)如圖所示的“削峰”現(xiàn)象，存在部分時(shí)間段內(nèi)處于限發(fā)工作狀態(tài)。但是，在合適的容配比值下，系統(tǒng)整體的LCOE是最低的，即收益是增加的。

主動(dòng)超配示意圖

補(bǔ)償超配、主動(dòng)超配與LCOE關(guān)系如下圖所示，LCOE隨著容配比的提高不斷下降，在補(bǔ)償超配點(diǎn)，系統(tǒng)LCOE沒(méi)有到達(dá)最低值，進(jìn)一步提高容配比到主動(dòng)超配點(diǎn)，系統(tǒng)的LCOE達(dá)到最低，再繼續(xù)提高容配比后，LCOE則將會(huì)升高。因此，主動(dòng)超配點(diǎn)是系統(tǒng)最佳容配比值。

LOCE/容配比曲線圖

而對(duì)于光伏逆變器來(lái)說(shuō)如何滿足系統(tǒng)的LCOE最低，需要足夠的直流側(cè)超配能力來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于不同地區(qū)尤其針對(duì)輻照條件較差的地區(qū)需要較高的主動(dòng)超配方案才能實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)光伏逆變器額定輸出時(shí)間，最大化降低系統(tǒng)的LCOE;例如古瑞瓦特光伏逆變器支持直流側(cè)1.5倍超配，可滿足絕大部分地區(qū)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)超配的兼容能力。

04

結(jié)論與建議

綜上所述，補(bǔ)償超配和主動(dòng)超配方案都是提高光伏系統(tǒng)效率的有效手段，但各有側(cè)重。補(bǔ)償超配主要關(guān)注系統(tǒng)損耗的補(bǔ)償，而主動(dòng)超配則更注重在增加投入和提高收益之間尋找平衡點(diǎn);因此在實(shí)際項(xiàng)目中建議根據(jù)項(xiàng)目需求綜合選擇合適的容配比配置方案。

審核編輯 黃宇