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    如何合理設(shè)計光伏電站容配比?

    16962024-06-24

    隨著全球?qū)稍?/span>生能源需求的不斷增長,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)計合理性直接影響到電站的發(fā)電效率、運行穩(wěn)定性及經(jīng)濟效益。其中,容配比作為光伏電站設(shè)計中的關(guān)鍵參數(shù),對電站的整體性能具有重要影響。本旨在探討如何合理設(shè)計光伏電站的容配比,以提高電站的發(fā)電效率和經(jīng)濟性。

    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容量1:1配置會造成光伏逆變器容量浪費,因此在光伏系統(tǒng)穩(wěn)定運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)計應(yīng)大于1:1合理容配比設(shè)計不僅可以最大化發(fā)電功率輸出,而且還能適應(yīng)不同的光照條件以及應(yīng)對部分系統(tǒng)損耗。
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    02


    容配比主要影響因素

    合理的容配比設(shè)計需要結(jié)合具體項目的情況綜合考慮,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,也就是說組件每年的發(fā)電能力都在下降,無法持續(xù)維持額定功率輸出,因此光伏容配比設(shè)計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。

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    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)損耗將會影響光伏電站逆變器的實際輸出功率。   
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    PVsyst光伏電站模擬報告
    如圖所示,在項目應(yīng)用中可通過PVsyst模擬項目實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候,逆變器也沒有滿載工作,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工作條件下才能達到額定功率輸出(STC工作條件:光照強度1000W/m2,電池溫度25°C,大氣質(zhì)量1.5時),如果工作條件未達到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)時間分布也不能全都滿足STC條件,主要是因為早中晚輻照度、溫度等差異較大;同時不同地區(qū)輻照度及環(huán)境不同對于光伏組件的發(fā)電影響也不同,因此項目初期需根據(jù)具體區(qū)域了解當?shù)氐墓庹召Y源數(shù)據(jù),進行數(shù)據(jù)測算。

    根據(jù)國家氣象局風(fēng)能太陽能評估中心劃分標準,可以了解到不同區(qū)域輻照度的具體數(shù)據(jù),太陽總輻射年輻照量劃分為四個等級:   

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    太陽總輻射年輻照量等級劃分

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    全國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。若要達到相同的發(fā)電量,可以通過改變?nèi)菖浔葋韺崿F(xiàn)。


    4.組件安裝傾角

    針對用戶側(cè)光伏電站同一個項目中會存在不同的屋頂類型,而根據(jù)不同屋頂類型將會涉及到不同的組件設(shè)計傾角,對應(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)項目中存在彩鋼瓦屋頂和混凝土屋頂,設(shè)計傾角分別為3°和18°,不同的傾角通過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。   

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    3°傾角總輻射量 

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    18°傾角總輻射量 

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    容配比設(shè)計思路

    根據(jù)以上分析,容配比的設(shè)計主要是通過調(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償超配和主動超配。


    1.補償超配

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

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    補償超配示意圖    


    2.主動超配

    主動超配則是在補償超配的基礎(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。其目標是通過主動延長逆變器滿載工作時間,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,實現(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,逆變器也存在滿負載工作,從而延長滿載工作時間;但系統(tǒng)實際發(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。
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    主動超配示意圖

    補償超配、主動超配與LCOE關(guān)系如下圖所示,LCOE隨著容配比的提高不斷下降,在補償超配點,系統(tǒng)LCOE沒有到達最低值,進一步提高容配比到主動超配點,系統(tǒng)的LCOE達到最低,再繼續(xù)提高容配比后,LCOE則將會升高。因此,主動超配點是系統(tǒng)最佳容配比值。   
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    LOCE/容配比曲線圖

    而對于逆變器來說如何滿足系統(tǒng)的LCOE最低,需要足夠的直流側(cè)超配能力來實現(xiàn),對于不同地區(qū)尤其針對輻照條件較差的地區(qū)需要較高的主動超配方案才能實現(xiàn)延長逆變器額定輸出時間,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)實現(xiàn)主動超配的兼容能力。
    圖片圖片

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    結(jié)論與建議
    綜上所述,補償超配和主動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。補償超配主要關(guān)注系統(tǒng)損耗的補償,而主動超配則更注重在增加投入和提高收益之間尋找平衡點;因此在實際項目中建議根據(jù)項目需求綜合選擇合適的容配比配置方案。  
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