關(guān)于光伏電站建設(shè)中組件與逆變器容配比最優(yōu)方案的淺析

(1.四川省電力設(shè)計(jì)院，成都，610072；2.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611230)

1 概述

在國家政策和財(cái)政補(bǔ)貼的支持下，我國的光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，我國光伏電站截止到2018年累計(jì)裝機(jī)容量超過170GWp，新增裝機(jī)已經(jīng)連續(xù)五年全球第一。2018年5月31日，國家發(fā)展改革委、財(cái)政部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于2018年光伏發(fā)電有關(guān)事項(xiàng)的通知》(“531新政”)標(biāo)志，2019年我國光伏正式迎來了平價(jià)上網(wǎng)的時(shí)期。因此，如何降低光伏電站的建設(shè)成本、提高光伏電站的發(fā)電量、提高光伏電站的收益成為我國光伏企業(yè)首先考慮的問題。

根據(jù)行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，我國太陽能資源按日照輻射強(qiáng)度分為四類地區(qū)：一類資源地區(qū)全年輻射量在6700MJ/m2以上；二類資源地區(qū)全年輻射量在5400MJ/m2～6700MJ/m2；三類資源地區(qū)全年輻射量在4200MJ/m2～5400MJ/m2；四類資源地區(qū)全年輻射量在4200MJ/m2以下。

2 案例分析

以某光伏電站為例，裝機(jī)容量20MWp，站址位于江蘇省揚(yáng)州市，地處東經(jīng)119.42、北緯32.39，全年輻射量約為4875MJ/m2，按我國光照資源區(qū)域劃分，揚(yáng)州市位于三類光照資源區(qū)。光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)按目前最新的1500V系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用某組件廠的400Wp單晶光伏組件、某逆變器廠的100kW組串式逆變器設(shè)備，按太陽輻射的最佳傾角23°，方位角0°進(jìn)行組件布置，使用工具為PVSYST光伏仿真軟件，分別按照1.1、1.2、1.3、1.4容配比進(jìn)行計(jì)算。以其中1個(gè)2.5MW方陣為例進(jìn)行分析計(jì)算。

2.1 1.1容配比計(jì)算分析

23塊400Wp光伏組件串聯(lián)，12串輸入1臺(tái)100kW逆變器。

表1 1.1容配比設(shè)備數(shù)量及投資

以上單瓦價(jià)格約為3.53元/W，PVSYST仿真計(jì)算如下：

圖1 首年系統(tǒng)效率表(容配比1.1)

圖2 系統(tǒng)能量流圖(容配比1.1)

2.2 1.2容配比計(jì)算分析

25塊400Wp光伏組件串聯(lián)，12串輸入1臺(tái)100kW逆變器。

表2 1.2容配比設(shè)備數(shù)量及投資

以上單瓦價(jià)格約為3.46元/W，PVSYST仿真計(jì)算如下：

圖3 首年系統(tǒng)效率表(容配比1.2)

圖4 系統(tǒng)能量流圖(容配比1.2)

2.3 1.3容配比計(jì)算分析

27塊400Wp光伏組件串聯(lián)，12串輸入1臺(tái)100kW逆變器。

表3 1.3容配比設(shè)備數(shù)量及投資

以上單瓦價(jià)格約為3.41元/W，PVSYST仿真計(jì)算如下：

圖5 首年系統(tǒng)效率表(容配比1.3)

圖6 系統(tǒng)能量流圖(容配比1.3)

2.4 1.4容配比計(jì)算分析

29塊400Wp光伏組件串聯(lián)，12串輸入1臺(tái)100kW逆變器。

表4 1.4容配比設(shè)備數(shù)量及投資

以上單瓦價(jià)格約為3.36元/W，PVSYST仿真計(jì)算如下：

圖7 首年系統(tǒng)效率表(容配比1.3)

由圖1-圖8分析，可以得出不同容配比時(shí)系統(tǒng)首年發(fā)電量與系統(tǒng)效率值，詳見表5。

圖8 系統(tǒng)能量流圖(容配比1.4)

表5不同容配比系統(tǒng)首年發(fā)電量與系統(tǒng)效率對比

序號(hào)容配比Energy injected into grid(系統(tǒng)首年發(fā)電量MWh)Performance ratio(系統(tǒng)效率)Inverter Loss over nomina linv.Power(逆變器過載損失)11∶1221.581.3%0.0%21∶2240.981.35%0.0%31∶3260.381.38%0.0%41∶4278.681.1%0.4%

由表5可以看出，當(dāng)光伏組件與逆變器容配比由1.1～1.4遞增時(shí)，系統(tǒng)首年發(fā)電年是增加的，系統(tǒng)效率是先增加后減少；當(dāng)容配比為1.4，出現(xiàn)了逆變器的過載損失0.4%，這說明此時(shí)光伏組件與逆變器容配比出現(xiàn)了組件超配過剩，逆變器過載了；當(dāng)容配比為1.3時(shí)，系統(tǒng)發(fā)電量及系統(tǒng)效率是最優(yōu)，而且不會(huì)出現(xiàn)逆變器過載。

3 不同光照條件合適的容配比

合適的容配比方案與太陽光照、環(huán)境溫度、組件布置角度等多個(gè)因素有關(guān)，其中關(guān)系最大的是地區(qū)光照條件。近年來，隨著西北電網(wǎng)接入容量受限，西北地區(qū)出現(xiàn)大規(guī)模的限電現(xiàn)象，光伏電站的建設(shè)逐漸從光照條件好的一類、二類地區(qū)轉(zhuǎn)移到光照條件較差的三類、四類地區(qū)。

衡量光伏電站經(jīng)濟(jì)效益的好壞主要是以度電成本LCOE和內(nèi)部收益率LRR為主要依據(jù)，而度電成本LCOE和內(nèi)部收益率LRR和多項(xiàng)指標(biāo)有關(guān)系，如電站的初期建設(shè)成本、電站的上網(wǎng)電量、土建費(fèi)用、電站的上網(wǎng)電價(jià)、銀行貸款利息、電站維護(hù)運(yùn)營費(fèi)用、資產(chǎn)折舊率等，其中影響最大的因素為電站的初期建設(shè)成本和上網(wǎng)電量。因此，本文以提高光伏組件與逆變器的容配比為方式，進(jìn)一步降低電站的單瓦建設(shè)成本，提高逆變器設(shè)備的利用率，并提高電站的上網(wǎng)電量。

以最低度電成本LCOE和最高內(nèi)部收益率LRR為衡量依據(jù)，推薦一類地區(qū)容配比按1.1～1.2配置，二類地區(qū)容配比按1.2～1.3配置，三類和四類地區(qū)容配比按1.3～1.5配置。但是，合適的容配比受光照資源、土地成本、損耗等多種因素的影響，建議可以針對每個(gè)具體項(xiàng)目進(jìn)行單獨(dú)的計(jì)算以確定最佳的容配比方案。

4 結(jié)論

將來，隨著光伏逆變器設(shè)備制造工藝的發(fā)展，光伏系統(tǒng)直流側(cè)電壓能做到2000V甚至3000V，使逆變器具備更強(qiáng)的直流側(cè)輸入水平及更強(qiáng)的散熱、耐壓能力，能夠接入的光伏組件串?dāng)?shù)更多。另外，隨著光伏電站儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，儲(chǔ)能設(shè)備的反應(yīng)時(shí)間能達(dá)到毫秒級(jí)，對光伏發(fā)電量起到更好的“削峰填谷”作用，所謂“削峰填谷”就是在光照好時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)對超發(fā)電量進(jìn)行存儲(chǔ)，在光照條件差時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)把存儲(chǔ)的電量釋放出來，使光伏系統(tǒng)的發(fā)電量更加趨向于平穩(wěn)曲線。未來，在光伏電站的建設(shè)中，光伏組件的超配會(huì)成為電站建設(shè)的標(biāo)配，組件與逆變器的容配比會(huì)進(jìn)一步加大。目前，海外諸如美國、印度、歐洲等主要光伏市場，電站普遍按照1.4倍以上容配比進(jìn)行超配設(shè)計(jì)，日本部分電站超配設(shè)計(jì)甚至達(dá)到2倍以上，在中國，這一設(shè)計(jì)也正在普及。