從改變設(shè)備配比提高項目收益：光伏組件∶逆變器=1∶1？你OUT了！

你是否聽說過，光伏組件：逆變器=1.2：1也許是經(jīng)濟效益最好的配比？ 　　一、引言 　　前兩天為國電青海分公司做一個格爾木的技改方案。設(shè)計方案為一個發(fā)電單元光伏組件的總?cè)萘繛?019.3kW，接入2臺500kW逆變器后，再接入1臺1000kVA箱式變壓器。 　　業(yè)主提出質(zhì)疑：1019.3kW已經(jīng)超過1000kW，而且我們這里的太陽能資源非常好，經(jīng)常會超發(fā)，是否要用2臺630 kW逆變器和1臺1250kVA箱式變壓器。 　　由于一個發(fā)電單元4000片左右的光伏組件組成，除非用250W組件，否則，1個發(fā)電單元的容量基本都是比1000kW略大或略小，不可能正好是1000kW的，而工程設(shè)計中一般會略微超出一點。 　　因此，業(yè)主提出的這個疑問其實是我工作中經(jīng)常被問道的。 　　其實，光伏組件：逆變器=1：1是原來的常規(guī)設(shè)計，現(xiàn)在，大家更多的是在探討光伏組件：逆變器=1.2：1是否更合適。 　　這個問題我們分兩個層次來討論吧。 　　二、光伏組件容量略大是否有問題？ 　　首先，先回答業(yè)主的質(zhì)疑，即1019.3kW的光伏組件是否能接入2臺500kW逆變器和1臺1000kVA箱式變壓器？ 　　下圖是甘肅武威（我國資源最好的地區(qū)之一）5月19日（全年發(fā)電量較高的月份）一個1MW發(fā)電單元的出力曲線（引用自王斯成老師的PPT）。圖中的單位為W。 圖1 甘肅武威不同運行方式1MW光伏發(fā)電單元出力 　　可以看出，固定式項目，1MW出力最高的時候也就0.82MW，而且能達到0.8MW出力的時間大概只有2個小時。 　　就固定式而言，即使在太陽能資源最好的地區(qū)，光伏組件真正能接收到1000W/m2以上的輻照度，時間大概也就中午1點前后的1~2個小時。此時，光伏組件可以實現(xiàn)滿發(fā)，而其他大部分時候，由于輻照度低，光伏組件的輸出功率都比裝機容量低很多（如圖中的黃線）。 　　但即使光伏組件滿發(fā)，到逆變器那里還會有折減。還是引用王斯成老師PPT的中的一張圖片。 圖2 光伏電站PR損失示意圖 　　從這張圖中我們可以看到，從光伏組件到逆變器、箱變之間，有很多環(huán)節(jié)的出力損失。從箱變出來以后，只有一項交流線損。 　　假設(shè)整個電站的PR為84%（已經(jīng)算比較高了，一般電站很難達到），交流線損按1%考慮，那箱變之前的系統(tǒng)效率會折減約15%。也就是說，光伏組件出力的85%才能到達箱變。這也就解釋了，為什么圖1中1MW固定式的最高出力只有0.82MW。 　　因此，即使在太陽能資源條件好，光伏組件滿發(fā)的情況下，1019.3kW的光伏組件輸出功率到逆變器大約為900kW（88%），到箱變大約在866kW左右（按85%）。現(xiàn)有的2臺500kW逆變器和1000kVA箱式變壓器容量能夠滿足要求。 　　從圖1中可以看出，發(fā)電時間從9點~17點，約8個小時，而達到0.8MW出力的時間只占25%。因此，如果光伏組件：逆變器=1：1時，逆變器容量基本都是大幅浪費的。 　　通過上述分析，我們可以得到的結(jié)論是：1）光伏組件容量略大于逆變器是沒有問題的！2）逆變器、箱變等設(shè)備，大部分時間是沒有辦法達到滿負荷運轉(zhuǎn)的！ 　　三、光伏組件：逆變器=1.2：1是否合適？ 　　其次，來分析一下最佳配比的問題。 　　下圖是一個青海地區(qū)（除西藏外，資源最好的地區(qū)）9月13日光伏組件：逆變器比例分別按1：1和1.2：1時，光伏組件和逆變器輸出功率圖（圖片來自王斯成老師的PPT）。 圖3光伏組件：逆變器=1：1時的功率輸出 圖4光伏組件：逆變器=1.2：1時的功率輸出 　　圖3和圖4對比可以看出，光伏組件：逆變器=1.2：1時，會產(chǎn)生一定比例的棄光，但逆變器和箱變的利用效率就會提高。 　　哪頭更劃算？我們來算一算。 　　為了算清楚，先來以一個50MWp光伏電站（建110kV升壓站）為例，看一下光伏電站投資的構(gòu)成。 　　我把光伏電站的投資大概歸納成10項。當光伏組件：逆變器=1.2：1時，那前5項的費用會增加，后5項基本不變。 　　從上表可以看出，比例增大后，總造價增加了5033萬元。 　　另一方面：50MW光伏電站，綜合效率80%，首年等效利用小時1800，年發(fā)電量72GWh。 　　如果單將光伏組件增加20%，則60MW光伏電站，綜合效率80%，首年等效利用小時1800，年發(fā)電量86.4GWh。理論年增收：1296萬元（按0.9元/kWh考慮）。 　　前文提到了，會有一定的棄光率。如果棄光率按1.24%考慮，年增收1280萬元。 　　如果光伏組件按10年衰減10%，25年衰減20%考慮，則該光伏電站25年平均的滿發(fā)小時數(shù)為1598h（在西部地區(qū)不算高）。在此基礎(chǔ)上計算：新增5033萬元的投資回收期僅為4年，大大低于常規(guī)光伏電站7年的投資回收期；新增部分投資內(nèi)部收益率為24%！ 　　如果以一個50MW的電站為基礎(chǔ)，投資按9000元/kW考慮，總造價為45000萬元。當“光伏組件：逆變器”按下列不同比例計算時，增加部分造價按503.3萬元/MW（以上文的分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)）考慮，則資金的投入產(chǎn)出比如下表所示。 　　從上表可以看出，當25年平均滿發(fā)小時數(shù)為1598h時，光伏組件：逆變器=1.2：1也許是一個最佳比例。 　　當然，如果太陽能資源條件不同（即滿發(fā)小時數(shù)不同），棄光率和發(fā)電量會發(fā)生變化，這個比例會發(fā)生變化。因此，最佳比例是會發(fā)生變化的，但可以肯定的是：光伏組件比逆變器的容量多一些，資金的投入產(chǎn)出比會更好。 　　四、小結(jié) 　　總結(jié)一下： 　　1）由于光伏組件的發(fā)電量傳送到逆變器，中間會有很多環(huán)節(jié)造成折減，因此，光伏組件容量略大于逆變器是沒有問題的！ 　　2）逆變器、箱變等設(shè)備，大部分時間是沒有辦法達到滿負荷運轉(zhuǎn)的！ 　　3）當25年平均滿發(fā)小時數(shù)為1598h時，光伏組件：逆變器=1.2：1也許是一個最佳的設(shè)計比例。