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光伏系统容配

2016-12-12

       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。在应用研究中发现,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。
       一、系统容配比主要影响因素
       合理的容配比设计,需要结合具体项目的情况,综合考虑,主要影响因素包括辐照度、系统损耗、组件安装角度等方面,具体分析如下。
       1、不同区域辐照度不同
        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7998 MJ/m2,比格尔木的6815 MJ/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17%。若要达到相同的发电量,可以通过改变容配比来实现。
       2、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。如图1所示,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。
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       3、组件安装角度
        不同角度安装的组件所接收到的辐照度不同,如分布式屋顶多采用平铺的方式,则相同容量的组件,输出能量比有一定倾角的低。
       二、补偿超配与主动超配
       由上分析可见,选择合适的系统容配比需要考虑诸多因素,为了进一步说明这个问题,这里将超配分为两部分,一是通过提高组件容量,补偿各种原因引起的损耗部分,使逆变器的实际输出最大功率达到逆变器的额度功率,定义为补偿超配。同时进一步提高组件的容量,提高系统满载工作时间,定义为主动超配。主动超配时,系统在中午光照较好时段存在一定时间的限功率运行,但系统的LCOE达到最低值,即收益最大化。
       1、补偿超配
       由于光伏系统中的系统损耗客观存在,通过适当提升组件配比,补偿能量在传输过程中的系统损耗,使得逆变器可达到满功率工作的状态,这就是光伏系统补偿超配方案设计思路。
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如图所示,通过将容配比从1:1提升到1.1:1,使得逆变器在光照最好的时候能达到满载输出。提高了逆变器的利用率。也降低了系统每W的成本。
        2、主动超配
       在补偿超配使得逆变器部分时间段达到满载工作后,继续增加光伏组件容量,通过主动延长逆变器满载工作时间,在增加的组件投入成本和系统发电收益之间寻找平衡点,实现LCOE最小,这就是光伏系统主动超配方案设计思路。
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        如图所示,在主动超配的情况下,由于受到逆变器额定功率的影响,在组件实际功率高于逆变器额定功率的时段内,系统将以逆变器额定功率工作;在组件实际功率小于逆变器额定功率的时段内,系统将以组件实际功率工作。最终所产生的系统实际发电量曲线将出现如图所示的“削顶”现象。
       主动超配方案设计,系统会存在部分时间段内处于限发工作,此段时间内逆变器控制组件工作偏离实际最大功率点。但是,在合适的容配比值下,系统整体的LCOE是最低的,即收益是增加的。
        补偿超配、主动超配与LCOE关系如下所示,LCOE随着容配比的提高不断下降,在补偿超配点,系统LCOE没有到达最低值,进一步提高容配比到主动超配点,系统的LCOE达到最低。再继续提高容配比后,LCOE则将会升高。因此,主动超配点是系统最佳容配比值。
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