關于并網光伏系統按照交流額定功率備案的建議

國家發展與改革委員會能源研究所 ■ 王斯成

0 引言

適度提高光伏-逆變器容配比(國際上稱之為光伏-逆變器功率比，PVIR)，是并網光伏系統設計重要的技術創新。光伏-逆變器容配比普遍被光伏行業接受是在2012年之后，以美國First Solar為代表，該公司電站的容配比一般都選在1.4:1.0或更高。提高光伏-逆變器的容配比后，如何定義并網光伏系統的裝機容量顯得十分重要。本文將給出國內外對于光伏系統裝機容量的定義，并對放開光伏-逆變器容配比的理由和必要性進行論述。

1 提高光伏-逆變器容配比的必要性

由于我國大部分地區、全年大部分時間的太陽輻照度都很難達到標準條件，即1 kW/m2，再加上從光伏組件到逆變器的效率損失通常約為85%，如果按照過去的慣例，光伏-逆變器容配比按1:1進行配置，那么交流設備(包括逆變器)就會有很大比例的功率閑置。筆者在格爾木(屬于強Ⅰ類資源區，有時輻照度甚至超過1 kW/m2)曾調出一個光伏電站逆變器全年的實際運行數據，發現500 kW的逆變器最大輸出功率僅有470 kW，而且當時的輻照度已經超過1 kW/m2。那么在Ⅱ類、Ⅲ類資源區，交流設備功率閑置問題將更為嚴重。

為了提高逆變器及后段交流設備的利用率，使系統具有更為優化的配置，2012年之后，國際上普遍采用提高光伏-逆變器容配比來實現。

2 以交流額定功率來定義光伏系統的裝機容量更為科學合理

所有其他發電方式，如火電、水電、核電、風力發電，甚至包括熱發電，都是按照交流發電單元的額定功率定義其裝機容量；所以，若將光伏系統的交流額定功率定義為裝機容量，可使并網光伏發電系統的容量定義和管理方式與其他發電方式相一致。而且，目前電網公司對于并網光伏發電系統并網特性的要求和控制也僅限于交流并網點，并沒有管理到直流側，將并網光伏發電系統的裝機容量定義在交流側，既使電網公司在管理方式上保持了一致性，在技術上也是合理的。

3 提高光伏-逆變器容配比的安全性

適度提高光伏-逆變器容配比并不影響電網和設備的安全性，系統也不會因超功率運行而受到損害。IEC標準已經規定，在高功率比情況下，當輻照度較強、逆變器達到額定功率后，即達到飽和狀態(inverter being saturated)，必須轉入限功率運行(constrained operation)，這在 IEC 61724-2、IEC 61724-3和IEC 62738中有詳細描述。因此，提高光伏-逆變器容配比不會影響電網的安全運行，也不會對電網和逆變器造成損害。

4 提高光伏-逆變器容配比的優勢

在我國大部分地區，光伏-逆變器容配比可以按照1.2:1.0 配置，這樣超裝的光伏功率幾乎不會出現“限光損失”(Clipping Losses)，可以全部利用，發電量可直接提升20%，年等效利用小時數可由1500 h提高到1800 h；而擴裝僅限于直流部分，增加的投入只有全額投入的約50%，大幅提高了項目收益。因此，提高容配比是提高光伏系統收益率、降低度電成本和早日實現“平價上網”的有效手段，是應當鼓勵和提倡的光伏系統創新技術。

提高光伏-逆變器容配比還有一個好處，就是可以降低系統對光伏組件的故障和衰降率的敏感度。如果容配比按照1:1進行配置，一旦光伏組件發生故障或異常衰降，發電量會立即減少；而在高容配比配置的情況下，少部分組件出現問題，對于發電量的影響不大，只是“限光損失”會少一些；并且，隨著運行時間拉長(5年、10年、20年)，高容配比更能適度抵消光伏組件衰降帶來的負面影響，從而保證系統持續滿功率發電。因此，適度提高光伏-逆變器容配比是有百利而無一害的光伏系統創新手段，應當大力提倡，而不是壓制打擊。

5 國內限制光伏-逆變器容配比的原因

國內目前部分省區出現“嚴查光伏-逆變器容配比”、不允許光伏擴裝的情況，這將沉重打擊光伏系統的技術創新，阻礙光伏“平價上網”的步伐，是不可取的。之所以出現這種情況，原因在于2012年GB 50797-2012《光伏發電站設計規范》中2.1.23部分對安裝容量(capacity of installation)的定義：安裝容量為光伏發電站中安裝的光伏組件的標稱功率之和，單位是峰瓦(Wp)。因此，要想放開光伏-逆變器容配比，首先必須修訂GB 50797。

國際IEC的幾個光伏技術標準中都提到了PVIR。

1)IEC 62738《地面安裝的光伏電站設計導則》中提出“PV power plants are often designed with high PVIR ratios to achieve lower installed cost of energy”，即，光伏電站通常設計成高PVIR，以獲得低的度電成本。

2)IEC TS 63019《光伏發電系統正常運行率的信息模型》中3.13 提出“PVPS AC capacity：rated output of a PVPS, or alternatively,its contractually obligated maximum, under speci fi c designated conditions, commonly expressed in megawatts (MW). PVPS ratings by aggregated module nameplate are also common”，即，光伏發電系統(PVPS)的交流容量定義：PVPS的交流容量為光伏系統的額定輸出，或者說該容量為合同約定的最大功率，常用單位為MW。將光伏組件功率之和作為光伏系統的額定功率也很常見。

由此可見，光伏-逆變器容配比已經在國際上得到認可，并且已經定義在IEC的技術標準中，我們應當在標準和定義上與國際接軌，沒有理由限制光伏-逆變器的容配比。

6 光伏-逆變器容配比的設定

光伏-逆變器容配比并非越高越好，開發商也不會隨意增加容配比，需要依據最低度電成本進行優化，涉及到當地太陽能資源、環境溫度、土地成本、組件和其他直流設備的價格、限光損失(注意是“限光損失”Clipping Losses or Constrained Operation，不是“棄光”Curtailment)與收益平衡等，不同太陽能資源條件、不同設備成本、不同土地成本的最優容配比都是不同的。而且，通過實踐和經驗證明，并不是完全沒有限光損失的項目度電成本最低，而是具有一定限光損失的項目度電成本最低、項目收益最好(見下文案例2)。 最優光伏-逆變器容配比并不是一個確定的數值，而是必須根據項目進行優化。所以，也不應該規定容配比的比例，而應放開容配比，給開發商和設計單位提供充分的創新和優化空間。

7 國際上的實際案例

1)案例1：美國的某并網光伏系統，光伏-逆變器容配比設置為1.4:1.0。如圖1所示，當光強很強，逆變器達到額定功率時，即轉入“限功率運行”狀態，不會對電網和逆變器造成損害；而且光伏發電曲線不再是波動形狀，而是恒功率運行，對于電網調度更有好處。

圖1 美國某并網光伏系統某日的發電曲線

2)案例2：光伏-逆變器容配比需要針對不同地點、不同電價水平、不同土地成本等進行優化設計，并非是固定比例，因此需要“松綁”，而非限定一個固定比例，如圖2所示。

圖2 不同容配比的收益曲線

圖2中，容配比設置為1.2:1.0時，光伏發電系統的收益明顯得到提升，但并未達到最佳；容配比設置為1.6:1.0時，雖然出現了一段時間的限功率運行，但收益卻是最高的。

8 具體建議意見

陽光電源進入國際市場比較早，是最先了解到國際上普遍采用適度提高光伏-逆變器容配比的方法來提高系統收益的國內公司，曹仁賢董事長早在幾年前就大聲呼吁應將光伏電站的裝機容量定義在交流側，并不應限制光伏組件擴裝，但一直未能如愿。我在此再次響應曹總的呼吁，強烈建議盡快修訂相關國家標準，強烈呼吁各級政府部門和電網公司為光伏-逆變器容配比松綁。

具體建議意見如下：

1)并網光伏電站和系統的裝機容量按照交流發電單元的額定功率(即逆變器額定功率之和)備案，同時登記直流側額定功率(即光伏組件額定功率之和)。國際上目前也是對光伏電站的交流功率和直流功率分別進行標注。

2)電網公司按照交流額定功率對并網光伏電站和并網光伏系統進行管理(同其他發電方式的管理模式保持一致)。

3)要求并網逆變器具備達到額定功率后自動轉入限功率運行的功能，所有并網逆變器需要通過此項功能的測試。

4)對于光伏-逆變器容配比不作限制，也不作規定，留給開發商自行進行優化設計。

5)既然對于直流側功率不作限制，直流功率不作為項目的備案容量，僅作為登記容量，那么對于雙面電池功率的界定就可以靈活很多，因為雙面光伏組件可以看作是自然擴裝。