光伏組件容量超配對電站質量和收益有何影響？

:在光伏系統(tǒng)建設中，設計工程師將光伏組件的總容量配得比逆變器容量大一些，這種情況被稱為超配。影響超配的因素有哪些？超配對光伏電站設備安全是否有影響，該如何設計超配比？

在北極星太陽能光伏網(wǎng)主辦的“第三屆光伏電站質量高峰論壇”上，海潤光伏目開發(fā)總監(jiān)于霄童以甘肅白銀某項目為例對此作了詳細分析。

討論為什么研究超配比之前，先看一下國內光伏電站的標稱方式。我們一般用光伏組件的最大功率來標稱電站，即多少兆瓦，這是指峰值功率。光伏組件峰值功率的測定是有前提條件的，就是在標準的測試條件下，AM1.5，1000瓦每平方米的太陽輻照率，這時光伏的輸出功率才是標定光伏電站的功率。

影響標稱功率有三個因素：大氣質量、電池溫度、太陽輻照強度。

大氣質量和電池溫度影響因素比較多，很難做定量的標定。

從光伏組件標稱功率的標準來看，太陽的輻照強度基本要滿足1000瓦每平方米，出現(xiàn)功率最大輸出的可能性是比較大的。

為什么要研究光伏和逆變器的配比？原因是，通過光配比可以提高項目的投資收益，有利于電網(wǎng)的調度。包括政府機關、政府部門對國內光伏電站建設的總體數(shù)據(jù)統(tǒng)計目前都是采用直流標稱功率，在交流側這個信息是缺失的。因此在電網(wǎng)調度時，對光伏電站實際的出力數(shù)據(jù)落差范圍比較大。而在項目建設和交易過程中，各相關方在光伏和逆變器配比方面是有很多異議的，這也會影響到整個項目推進的效率。

我們以甘肅省白銀市的某個項目作為案例來研究太陽輻照度。甘肅白銀是屬于二類資源地區(qū)，但是實際太陽輻照度比較好，能接近一類地區(qū)的太陽輻照，光照傾角是30度。

從PVSYST模擬計算出來的輻照度可以看出在太陽輻照度上達到1000瓦每平方米以上，1月和12月沒有，2月份到11月份是有機會達到1000瓦每平方米以上。

這就會帶來一些問題：

首先，我們在標稱光伏電站功率的時候用的是理想狀態(tài)下的標稱數(shù)據(jù)，實際狀態(tài)和它偏差是很大的。

其次，太陽輻照度是隨時間波動，而光伏組件在高功率的下工作的時間段也是隨時間波動的，而且時間段是非常少的。

再次，直流側損耗。假設太陽輻照度非常強，即使超過1000瓦每平方米，但是在直流側有損耗，實際能達到逆變器這一端的直流功率也是達不到標稱功率的。

此外，溫度影響。溫度影響對于整個光伏實際的影響是非常大的，我們現(xiàn)在研究的是在高功率情況下的光伏組件的輸出。在這種情況下，一般溫度都會比較高，由于溫度比較高可能對于整個光伏組件前端直流系統(tǒng)效率的影響能達到10%以上。

重要的是，太陽能電池的轉化效率實際上是逐年衰減的，這樣的話所謂的超配比也是每年逐漸下降。

以上原因會導致電站實際輸出與標稱存在差異，且輸出功率逐年降低。

這個圖就是實際輸出的情況，在630千瓦的逆變器上面接入690千瓦的光伏直流組件，也就是說超配比接近10%。可以看到，即使在超配了10%的情況下實測數(shù)據(jù)也沒有達到逆變器最大直流輸出功率690千瓦，也就是說研究優(yōu)化配比是可行的。

超配對設備壽命是不是有影響？這也是我們非常關心的問題。

目前市場的主流逆變器產(chǎn)品，都是可以滿足超額運行的，但是這個前提是在一定的溫度條件下。

第二個就是根據(jù)光伏的輸出特性，光伏的IV曲線是連續(xù)可調的，通過逆變器的MPPT功能，對逆變器來說不存在過流的安全隱患。

在高配比的情況下，即便超過了逆變器可以輸入的最大功率，但因為它的時間非常短，對逆變器的影響幾乎是不存在的。所以我們認為超配對于整個電站的設備的安全來說沒有什么問題。

如何設計超配比？

有三個方面是最主要的，光照資源，直流側的系統(tǒng)效率還有逆變器選型。

首先看光照資源，光照資源太陽強度會直接影響到直流的輸出功率，也就會直接影響到配比的選擇。

直流側的系統(tǒng)效率有很多影響因素，包括灰塵遮擋、適配、線損、溫度，還有衰減，所以直流系統(tǒng)效率在超配的比例設計中起到非常重要的作用。

逆變器的選型。傳統(tǒng)的概念上，我們認為集中式的逆變器的冗余度比組式的更好一點，市場上很多組串式逆變器超配比也能達到10%、20%。

我們研究這些的最終目的是要把度電成本降到最小化。

首先看一下光照資源對光伏系統(tǒng)的影響，我選了四個地區(qū)，一類地區(qū)哈密，二類地區(qū)是甘肅白銀、云南建水，三類地區(qū)是上海。

實際上三類地區(qū)在低功率輻照度的情況下差別是不大的，唯一的區(qū)別是在600瓦到1100瓦每平方米的太陽輻照度下，幾類地區(qū)的光照時數(shù)的差異就很明顯了。哈密是非常高的，其次是甘肅白銀和云南建水，到上海高功率區(qū)間太陽輻照時非常短。不同頻率能接收到太陽的總輻射量在600瓦到1100瓦范圍內是一個非常主要的差異點。

云南屬于二類地區(qū)，但它能接收到的太陽輻射強度在1050以上的范圍里，甚至高于一類地區(qū)的太陽輻照強度。也就是說不能單純地僅憑一類和二類資源區(qū)分類來確定它的配比，還是需要具體項目具體分析。

這是直流系統(tǒng)效率各個環(huán)節(jié)的概算，這里考慮的是光照大于1000瓦每平方米的情況下，溫度對于系統(tǒng)效率的影響。甘肅整個地區(qū)環(huán)境溫度不是特別高，所以在1000瓦每平方米的影響下，系統(tǒng)效率損失是6.8%。如果溫度很高的地區(qū)，光照資源又比較強，電池工作的溫度會非常高，可能達到六七十度，在這種情況下，溫度的系統(tǒng)效率的損失可以達到10%以上。

根據(jù)系統(tǒng)效率和可以收集到的太陽輻射的數(shù)據(jù)，我們理論計算出來對于甘肅白銀這個項目，它的最大功率的輸出是在645.1千瓦，這個是直流端的輸出，跟實測的657.17千瓦基本一致。

小結：光伏逆變器配置比例與光照資源有關，但并非絕對相關。主要影響因素有很多，包括海拔、緯度、晴空指數(shù)、傾角等等。具體項目需要具體分析，但是至少10%的超配是可行的，而且這個10%針對所有的項目基本上都是可行的。重要的是光伏逆變器的配比，隨著電站的運行年限會逐年降低。

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