基于光伏區組串式逆變器布置方案優化研究

華電陜西能源有限公司 李 焱

1 分析方法

組串式逆變器分散式和虛擬集中式兩種布置方案在設計中的差別主要體現在交、直流電纜的選型和敷設方面[1]。方案的差別分別對初期投資成本和每年發電量產生影響，進而影響項目最終的收益率。因此，需要對兩種方案在投資成本和發電量收益方面產生的影響進行量化分析，以此判別兩種方案的優劣勢。本文以3.15MW 方陣為研究對象，以某項目為例，分別對不同超配比時兩種布置方案進行研究，對比不同電價條件下投資成本變化和發電量收益變化之間的關系，最終以經濟指標為依據判定兩種方案之間的優劣。

2 邊界條件

以某光伏發電項目為例，當地水平總輻射量為1463.8kWh/m2，各月氣象信息見表1。方陣交流側容量為3120kW，直流側容量隨著接入路數的不同而不同，見表2。項目采用540W 單晶雙面組件，208kW 組串式逆變器，固定支架傾角為35°，2×26上下兩排豎向布置，支架前后排間距為14.6m，組串布置形式為2×13上下串接，每組支架安裝2串組件。選擇光伏電纜型號為PFG1169-1×4，交流電纜分別選擇YJLHY23-0.6/1kV-3×95/120/150鋁合金電纜，交流電纜截面根據實際交流線損確定。上網電價暫按0.25元/kWh 計算。

表1 光伏發電項目當地氣象情況

表2 項目集中與分散布置組串式逆變器接入容量情況

3 分析流程

針對表2中給出的不同超配比，分析過程主要分為以下6個步驟，如圖1所示。

圖1 超配比確定時分析流程圖

總圖布置：針對組串式虛擬集中式與分散式兩種方案進行總圖布置設計，分散式方案將各逆變器分散地布置在各組串中間位置，虛擬集中式方案將各逆變器集中布置在箱變周圍；電纜量統計：根據各方案的總平面設計圖選擇電纜型號及統計長度；成本分析:根據統計電纜清冊及各電纜近期單價分析成本變化情況；損耗計算：根據電纜清冊對光伏方陣的交直流線損進行計算；發電量仿真：根據方陣布置情況，在仿真軟件中選擇相應的電氣設備，布置三維模型，進行全年發電量仿真，計算全生命周期的發電量；經濟性分析：根據方陣全生命周期的發電量和電價，計算相應的發電量收益并折算到第一年的凈現值，比較凈現值差異和投資成本差異，判斷經濟性優劣。

4 投資成本分析

組串式分散式和虛擬集中式總圖布置方案分別如圖2、圖3所示。

圖2 分散式布置平面圖

圖3 虛擬集中式布置平面圖

由圖3可以發現，虛擬集中式布置與分散式布置兩種方案主要的區別就是電纜用量的不同。目前，國內光伏發電項目中，在電纜選型時，組件至組串式逆變器的電纜通常為1×4光伏專用銅芯電纜，而組串逆變器至箱變的電纜因鋁合金電纜成本較低，目前已普遍使用。根據線損控制要求，組串逆變器輸出側至箱變的電纜分別選擇YJLHY23-0.6/1kV-3×95/120/150三種規格的鋁合金電纜，每種電纜的長度、設備及建安總費用見表3。

表3 項目集中與分散布置組串式逆變器不同方案電纜長度及費用統計表

由表3可以看出，當組串式逆變器輸出側的交流電纜使用鋁合金電纜時，集中式布置方案成本普遍高于分散式方案成本。

5 發電量分析

分別計算組串式逆變器的發電量[2]，從而得到虛擬集中式和分散式兩種布置形式對應的發電量，結果見表4。由表4數據可以看出，隨著容配比的逐漸增加，兩種方案可利用小時數差異逐步增加，STC 直流及交流線損也在逐步增加。其中，除集中式方案1可利用小時數＜分散式方案1外，其余方案虛擬集中式可利用小時數≥分散式布置。

表4 不同方案發電量及可利用小時數統計表

由表4可知，集中式布置方案直流線損高于分散式方案0.9%左右，集中布置方案交流線損低于分散式方案0%～1.24%。相同裝機容量下，集中式布置交流線損減小的幅度大于直流線損增加的量，因此集中式布置發電量高于分散式布置。

6 經濟評價

因集中式和分散布置方案電纜及建安費用均發生在項目建設初期，但是發電量增發卻發生在未來25年的不同時期，為科學地對比兩種方案的經濟性，本文把光伏電站未來25年不同時期內發生的發電量收益都折算為投資起點的現值，然后與初期的投資比較，據此進行方案的經濟性評價和比較。下文以方案4容配比為1.21的計算結果舉例說明。

當電價為0.25元/kWh 時，將25年的發電量按照8%的貼現率折算到第一年，得到發電量差異的凈現值為2.53萬元。虛擬集中式布置比分散式布置多投入了16.485萬元，但是只帶來了2.53萬元的增益，虛擬集中式布置相比于分散式布置多出的投資和增加的收益總凈現值為-13.955萬元＜0，因此分散式布置經濟性更好，見表5。

表5 電價0.25元/kWh 方案4兩種布置的電量收益差（集中-分散）

按照類似的方法對不同容配比的6種方案進行分析，虛擬集中式布置相比于分散式布置多出的投資和增加的收益總凈現值變化曲線如圖4所示。

圖4 不同容配比下總凈現值變化曲線（集中-分散，單位：萬元）

由圖4可知，在電價為0.25元/kWh 的條件下，組串式逆變器虛擬集中式布置方案不具有經濟性優勢。方案1到方案6容量從3.26MW 增加至4.12MW，從曲線可以看出方陣容量越大分散式布置優勢越大。

7 電價敏感性分析

不同上網電價對于兩種布置方案經濟性也有影響。上網電價分別選擇0.25元/kWh、0.322元/kWh、0.4207元/kWh，從數據可以看出，隨著上網電價逐漸增高，多發電量價值越大折現到首年凈現值與電價成正比，但是遠遠低于凈現值平衡點（凈現值為0），即凈現值=未來報酬總現值-新增建設投資總額。當上網電價為1.2元/kWh 時，凈現值才有可能＞0，即未來報酬總現值大于新增建設投資總額，如圖5所示。

圖5 不同容配比時不同電價條件下的凈現值

8 研究結果

通過對不同容配比，不同電價，組串式逆變器常規分散布置和虛擬集中布置的投資成本和發電量收益方面產生的影響進行量化分析，對光伏項目優先推薦采用交流鋁合金電纜+組串式逆變器分散布置方案。