光伏系統(tǒng)超配設(shè)計(jì)需要注意的幾個(gè)問(wèn)題

　　隨著光伏組件價(jià)格的急劇下降，光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念也在發(fā)生改變，在追求發(fā)電量的最大化的同時(shí)，還需要考慮投入成本，兩者之間需要達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)。目前行業(yè)比較關(guān)注的是系統(tǒng)的容配比，通過(guò)對(duì)容配比進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，可以提高發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)效益，并且還可以降低度電成本LCOE，其中容配比的優(yōu)化和很多因素有關(guān)，如項(xiàng)目地的氣象條件、組件選型、組件安裝方式、逆變器的選型等等。其實(shí)對(duì)于不同的項(xiàng)目地點(diǎn)，由于站點(diǎn)的環(huán)境不同，那么最佳容配比的設(shè)置也是不同的。筆者參閱了國(guó)外的相關(guān)研究，并從容配比增加后帶來(lái)的影響以及容配比設(shè)計(jì)需要考慮的因素進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述！

　　一、容配比增加后的影響

　　1、逆變器層面

　　當(dāng)逆變器直流側(cè)光伏容量升高后，光伏陣列的功率和電流都會(huì)有一定的提高，特別是早晚時(shí)段，因?yàn)檩椪斩容^低，容配比增加帶來(lái)的發(fā)電功率增益是非常明顯的。而在中午時(shí)段，直流側(cè)的最大輸出功率可能會(huì)超過(guò)逆變器的最大允許輸入功率，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)削峰現(xiàn)象。

　　例如下圖，在青海地區(qū)，某光伏電站使用集中式500kW逆變器，當(dāng)系統(tǒng)的容配比在0.99時(shí)，不管是晴天高輻照時(shí)段還是陰天低輻照時(shí)段，光伏出力均在逆變器允許的功率以下，如果外部不存在電網(wǎng)限電影響，光伏陣列就可以滿負(fù)荷運(yùn)行。但是當(dāng)容配比達(dá)到1.21時(shí)，在晴天高輻照時(shí)段就出現(xiàn)了削峰現(xiàn)象，并帶來(lái)一定的棄光損失。

　　逆變器限負(fù)荷一般是通過(guò)轉(zhuǎn)移最大功率點(diǎn)位置，此時(shí)光伏陣列的工作電壓升高，工作電流降低。通常來(lái)說(shuō)，逆變器若長(zhǎng)時(shí)間工作在此種情況下，內(nèi)部溫度比正常運(yùn)行時(shí)會(huì)有一定的升高，此時(shí)需要靠?jī)?nèi)部風(fēng)扇運(yùn)行以達(dá)到散熱或改善逆變器的自然通風(fēng)條件，提高逆變器的過(guò)載能力，避免因溫度過(guò)高進(jìn)一步導(dǎo)致逆變器允許運(yùn)行的功率降低，并帶來(lái)更多的棄光損失。

圖 左）高輻照條件右）低輻照條件

　　綜上可知，系統(tǒng)容配比的增加對(duì)于逆變器層面的影響主要表現(xiàn)在逆變器的過(guò)載損失，同時(shí)也需要較好的散熱條件。

　　2、經(jīng)濟(jì)性方面

　　通過(guò)選擇合理的容配比，可以實(shí)現(xiàn)最佳的投資收益率和最低的度電成本。對(duì)于一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的光伏電站，由于測(cè)算所用的氣象數(shù)據(jù)一般來(lái)源于典型氣象年，由于實(shí)際的光照條件可能比典型氣象年的要好，那么在光伏電站運(yùn)行最初的幾年內(nèi)，若遇到氣象大年，輻照水平特別好，可能會(huì)導(dǎo)致有較多的棄光損失。

　　從全生命周期的角度考慮，由于組件逐年衰減，按首年2.5%，逐年0.7%來(lái)算，運(yùn)行5年以上，理論衰減率會(huì)達(dá)到5%以上，那么后期因容配比提高的所產(chǎn)生的收益會(huì)逐年呈現(xiàn)出來(lái)，特別是輻照資源較低的地區(qū)，增益會(huì)更加明顯。

　　二、容配比設(shè)計(jì)需要關(guān)注的幾個(gè)影響因素

　　-項(xiàng)目地位置：緯度、海拔、地貌（坡度、障礙物）、項(xiàng)目地周邊環(huán)境，這些信息主要用來(lái)確定組件的最佳安裝傾角（對(duì)于固定支架系統(tǒng)來(lái)說(shuō)）、組件的方位角和前后間距。海拔高度對(duì)逆變器的性能有一定影響，如果海拔超過(guò)了一定限度，逆變器就會(huì)降容運(yùn)行，高海拔地區(qū)，超配設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注逆變器的降容。

　　-氣候條件：輻照水平、環(huán)境溫度、風(fēng)速、降雨量、降雪量；對(duì)于不同類型的組件和安裝方式，氣象數(shù)據(jù)會(huì)影響光伏電站的發(fā)電量和出力曲線。典型氣象年的輻照水平、環(huán)境溫度是多年的統(tǒng)計(jì)值，而實(shí)際情況在一定程度上是不確定的，那么最佳容配比的值也是呈現(xiàn)一定的不確定性，真的很難說(shuō)就是最佳的。如果項(xiàng)目地周邊有運(yùn)行多年的實(shí)際輻照數(shù)據(jù)和電站出力水平，就是一個(gè)非常重要的參考數(shù)據(jù)，避免設(shè)計(jì)出來(lái)的容配比期望值與實(shí)際存在較大的偏差。

　　-積灰程度：積灰損失取決于組件表面的灰塵多少、環(huán)境中的清潔度，和氣象條件密切相關(guān)，如降雨頻率、降雨量、風(fēng)速等。特別是沙漠地區(qū)或風(fēng)沙較大的區(qū)域，在容配比的設(shè)計(jì)上需要特別注意，因?yàn)榉e灰后電站的出力是降低的，組件清洗后，出力會(huì)瞬間提升，那么過(guò)載損失可能會(huì)超過(guò)預(yù)期。因此對(duì)于積灰比較嚴(yán)重的區(qū)域，設(shè)計(jì)容配比需要考慮到組件的清洗。

　　-組件技術(shù)水平和輸出特性：如多晶、單晶、非晶硅等，在相同的項(xiàng)目地，不同的組件會(huì)呈現(xiàn)出不同的發(fā)電性能。

　　-安裝類型：固定支架、平單軸、雙軸跟蹤系統(tǒng)等，由于接受的輻射水平不同，最終的光伏出力也有較大的差異。

　　-逆變器性能：最大功率點(diǎn)跟蹤效率、直流到交流的轉(zhuǎn)換效率、高溫下的過(guò)載能力等。

　　-光伏組件與逆變器成本比例。

　　-光伏組件的衰減率和產(chǎn)品壽命：由于光伏組件的衰減特性，出力逐年降低。在較高的超配比例下，由于組件的衰減，后期削峰棄光現(xiàn)象將逐漸消失。如果采用第1年的發(fā)電量所得到的最佳容配比值，由于組件的衰減，那么第3年，第4年甚至以后，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)初設(shè)計(jì)的這個(gè)值其實(shí)并不是最佳的。因此如果有條件，對(duì)于某品牌某型號(hào)的組件實(shí)際衰減率應(yīng)給與重點(diǎn)關(guān)注。

　　-當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)政策：在進(jìn)行超配設(shè)計(jì)的時(shí)候，也需要關(guān)注當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)政策。

　　基于平價(jià)上網(wǎng)目標(biāo)的光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，容配比是非常重要的設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)象，以上列舉的幾大因素僅供參考，具體容配比的設(shè)計(jì)還需要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，因地制宜，一站一測(cè)，并考慮周全，既考慮發(fā)電量最大化、又要考慮長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)收益，并盡可能的取得實(shí)際的環(huán)境數(shù)據(jù)、組件衰減情況、逆變器的性能等等，避免后期投入運(yùn)行后，實(shí)際表現(xiàn)與期望值產(chǎn)生較大的偏差。