光伏电站组件容量超配比例分析.docx

光伏电站组件容量超配比例分析【摘要】本文分析了光伏电站应进行组件容量超配的原因，并通过计算及软件模拟，论证光伏组件超配的必要性以及超配的合理比例，分析了超配对逆变器及变压器的影响。同时，提出了了主动超配的分析方法，以实现光伏电站最低的度电成本。【关键词】光伏发电；超配；系统效率；容配比；逆变器；度电成本；0引言光伏发电作为新型清洁能源，近年取得了快速发展，光伏装机容量及发电量不断攀升，截止2018年底，全国光伏发电装机容量达174GW，年发电量达1775亿kWh。光伏的快速发展，得益于对新能源电源的需求以及光伏度电成本的不断下降，降低度电成本一直以来是光伏产业链各个企事业努力的方向，如何确定合理的光伏组件容配比，对降低光伏度电成本具有重要意义。早期光伏电站在设计过程中，组件容量与逆变器功率均按照1：1的比例配置，即1kWp的组件对应1kW的逆变器，近几年，组件的超配比例不断再提高，国外部分项目容配比已提高至1.4:1~1.5:1,本文拟分析各因素对超配比例的影响，提出合理的超配比例及计算方法。1超配原因光伏电源不同于常规水电、风电等电源，组件标称功率为峰值功率，以常规315Wp组件为例，在标准测试环境下，当辐照度达到1000W/m²，组件温度为25℃时，组件的输出功率才能达到315W，而在实际工况下，太阳辐照度大部分时间均在1000W/m²以下，当辐照度达到最大时，基本在夏季正午前后，其组件温度也高于25℃，组件功率很难达到315W。根据厂家提供的产品参数，在正常电池工作温度下（NOCT），辐照度为800W/m²，环境温度20℃，风速1m/s时，315Wp组件输出功率仅能达到229Wp，减少了约27.3%的功率输出。同时考虑光伏电站的系统效率，光伏发电系统受光伏灰尘、组件参数不匹配、温升、电缆损耗、逆变器损耗、变压器损耗、开关设备等损耗，整站的系统效率一般为80%左右，即光伏电站在光照、温度等较理想的情况下，整站最大功率为光伏组件安装容量的80%，而在实际复杂工作条件下，最大功率会更低。以西安市区装机容量为1000kWp的光伏电站为例，通过PVSYS软件模拟光伏日均发电曲线如下图所示：图1.11000kWp光伏日均发电曲线从图中可以看出，年日均发电曲线中11点至13点光伏功率达到最大，日均最大功率为350kW左右，7月份功率最高，日均最大功率为450kW左右，12月份功率最小，日均最大功率为250kW左右。光伏电站出力比装机容量小，如仍然按照同样功率配置逆变器、变压器等设备，则全年逆变器、变压器等设备均运行在额定功率以下，设备得不到充分利用，造成投资成本的增加。所以，应按照光伏电站的实际出力特性，提高组件与逆变器及变压器等设备的配置比例，发挥设备的实际使用价值，以降低度电成本，提高项目收益。2逆变器超配计算以采用单晶组件，组串式逆变器项目为例进行计算：单晶组件首年衰减系数取3%，直流电缆损耗1%，逆变器损耗最小为1%，其它损耗2%（灰尘、组件参数不匹配、温升等损失具有一定随机性，保守估算取2%）。表2.1损耗统计表组件衰减直流电缆损耗逆变器损耗其它损耗综合效率损耗百分比3%1%1%2%7%转换效率97%99%99%98%93%即逆变器交流侧输出功率为光伏系统安装容量的93%。同时，目前市场上主流逆变器均具备长时间超额定功率10%的运行能力，以50kW组串逆变器为例，其交流侧输出功率最大可达55kW。考虑逆变器的过载运行能力，组件安装容量与逆变器额定功率比例可按照下式进行计算：组件容量×93%=逆变器额定功率×（1+10%）（2.1）组件容量/逆变器额定功率=1.18（2.2）即，组件逆变器超配比例为1.18，逆变器直流侧组件可按照18%比例进行超配。18%的超配比例仅考虑了系统效率对超配的影响，实际运行情况下，受辐照度、温度等的影响，组件功率很难达到峰值，实际的设计过程中，组件逆变器的超配比例应至少按照20%进行设计。通过以上计算分析，光伏电站组件容量应按照不少于20%的比例进行超配，实际项目实施过程中，按照逆变器实际出力情况，按照20%超配进行设计的光伏电站，其逆变器出力并未出线削峰。3超配对变压器的影响光伏电站中采用的逆变器均具备功率控制功能，除了能够按照电网调度指令进行有功及无功功率输出调节外，也可以根据自行运行情况、环境温度等，进行功率输出调节，即无论直流侧组件容量超出逆变器额定功率多少，其交流侧均不会超过逆变器容量的1.1倍。常规变压器均具备一定的过负荷能力，以油变压器为例，影响变压器超负荷运行能力有两个因素，一是环境温度，二是变压器负荷率。变压器不同过负荷倍数及过负荷时间如下表所示：表3.1变压器运行过负荷时间过负荷倍数过负荷前上层油温（℃）17222833394450允许连续运行（min）1.0535032529