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光伏系统设计中的组件超配与投资收益提升

导读: 如何降低系统投资成本,提升投资收益,是光伏电站系统设计和优化的主要目标之一。欧美国家对光伏系统精细化设计研究较早,其中关于组件容量与逆变器容量的配比方案和应用,也已引起了国内业主、设计院和行业专家的关注。

  “过去,光伏系统的容量按直流功率定义,而现在则按并网交流功率,过去光伏-逆变器容量比为1:1,现在为1.2:1,甚至更高”这是国内光伏行业著名专家王斯成老师在2014年的一次研讨会上给大家介绍的,同时王老师进一步分析说:“通过提高容配比,如10MW光伏电站超配到12MW,每年可增加收益256万元,新增投资IRR(内部收益率)大于28%。

  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(LevelizedCostOfElectricity,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。

光伏系统设计中的组件超配与投资收益提升

图1:光伏系统各环节损耗组成

  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。

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