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户用光伏电站超配设计与技术分析
更新日期:2018-03-29 点击次数:483次

如何降低光伏电站系统投资成本,提升投资收益,是所有业主和投资商最关心的因素之一。除了提升光伏组件的效率,减少系统损耗,关于组件容量与逆变器容量的配比方案和应用,也即俗称的超配方案,最近又开始流行了。这个技术上究竟是否有道理,今天与大家一起来分析一下。


什么是光伏电站的“超配”?


光伏组件容量和逆变器容量比,习惯称为容配比。光伏应用早期,系统一般按照1:1的容配比设计。许多理论计算与实际的应用研究中发现,以系统平均化度电成本(Levelized Cost Of Electricity, LCOE)最低为标准衡量系统最优,在各种光照条件、组件铺设倾斜角度等情况下,达到系统最优的容配比都大于1:1。也就是说,一定程度的提升光伏组件容量,有利于提升系统的整体经济效益,这就是我们谈的组件超配。


要理解为什么光伏电站需要超配,我们首先需要理解几个概念:


1、电池组件的标称和实际输出


光伏组件的输出功率通常按照峰值功率来表述,即:峰瓦Wp。按照峰瓦的定义可知,一个275Wp组件在STC(标准测试条件:25度,1000W/m2)下,组件的输出功率为275W。这个功率就是我们一般说的标称功率。


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但是,在实际应用中,光伏组件的输出功率和接受的辐照有很大关系。因此光伏组件的瞬时的实际输出功率是受多种因素复合的影响,一般而言,光伏组件在90%以上的时间是无法达到标称功率的(即使扣除正常衰减),部分诸如湖南、江西等地,光伏组件基本99.9%都是无法达到标称,并不是因为组件的质量问题,而是因为当地的光照达不到标准测试条件的光照。

2、太阳能辐照数据的影响


图二可以明显的看出,光伏组件的输出电流与光照强度成正比,也就是说组件的输出功率也是与光照强度成正比。

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我们再来看图三,图三是某地区实测的太阳辐射数据:数据的采样时间为1min,该地区的全年水平面总辐射量为6262.5MJ/m2。逐月、月代表日逐时的辐射量如下(数据已调整为真太阳时)。

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图三 某地月均总辐射值分布图


可以发现,当地的月均太阳辐照强度超过1000 W/m2 仅发生在5、6、8这三个月份月, 9月数据显然是因为特色气候造成的集体值,一般设计需要查询过往20-25年的平均辐照数据作为参考。这就表示,如果在当地亿1:1的组件和逆变器的容配比来进行安装,75%以上的时间该电站无法满发。因此适量的超装有助于提高发电量,进而提高项目收益。根据国家气象局风能太阳能评估中心划分标准,将我国太阳能资源地区分为四类,不同区域辐照度差异较大。即使在同一资源地区,不同地方的全年辐射量也有较大差异。例如,同是I类资源区的西藏噶尔和青海格尔木,噶尔的全年辐射量为7998MJ/m2,比格尔木的6815MJ/m2高17%。意味着相同的系统配置,即相同的容配比下,噶尔地区的发电量比格尔木高。若要达到相同的发电量,可以通过改变容配比来实现。


3、系统损耗


光伏系统中,能量从太阳辐射到光伏组件,经过直流电缆、汇流箱、直流配电到达逆变器,当中各个环节都有损耗。直流侧损耗通常在7-12%左右,逆变器损耗约1-%,总损耗约为8-13%(此处所说的系统损耗不包括逆变器后面的变压器及线路损耗部分)。也就是说,在组件容量和逆变器容量相等的情况下,由于客观存在的各种损耗,逆变器实际输出最大容量只有逆变器额定容量的90%左右,即使在光照最好的时候,逆变器也没有满载工作。降低了逆变器和系统的利用率。超配的好处


第一,提高系统的利用率。许多人认为,提高的容配比会增加系统成本,多发的电量无法带来收益,反而变相提高的度电成本,其实不然,在某些地区,配合储能的充放后,可以提高项目的收益。具体测算且看兔子君下回的经济性测算。


第二,如下图所示,在超配后,由于发电概率超过的逆变器的限额,发电的峰被切除,这样太阳辐照的变化对于光伏电站的功率输出的影响变小,甚至在电网层面上完全没有影响,使得相对于火电不稳定的光伏输出变得稳定可控,减少了电网调峰调频的工作和成本,对于电网是有好处的。

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综上所述,光伏电站超配在我国大部分地区均是适用的,当然政策上是否符合国家和电网的政策尚需论证,但其带为各方来的好处确实可以看见的。实际应用中,超配比没有明确的比例,1:1、1:1.15、1:1.2甚至于一些日本的光伏电站达到1:1.5,都是根据当地实际情况来进行设计分析,最大化投资者的收益。


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