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1、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；O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
2、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L1的比例配置，即IkWP的组件对应IkW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:T1.5:1,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IOooWAn?,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100oWAn?以下，当辐照度达到最大时，基本在夏季正午前后，其
3、组件温度也高于25C,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800W11)2,环境温度20C,风速lms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100OkWp的光伏电站为例，通过PVSYS软件模拟光伏日均发电曲线如
4、下图所示：T-年日均发电续 ，月B均发电畲线 一 12月日均发电密收图LlloOOkWP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35OkW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25OkW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
5、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%0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X93%=逆变
6、器额定功率X(1+10%)(2.1)组件容量/逆变器额定功率=L18(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
7、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（C）1722283339445()允许连续运行（min）1.05350325290240180901.1230205170130145101.151701451108()351.212510075451.25957550251.3
8、7050301.355535151.440251.4525101.515（注：引自电力系统设计手册表7-4）考虑光伏发电的特殊性，电站出力曲线从日出时逐渐增加，正午到达峰值后逐渐下降，最大负荷持续时间较短，根据此特性，按照同等逆变器功率配置变压器，完全可以满足短时过负荷运行能力，当环境温度越低，变压器散热好，变压器油温越低，过负荷能力越强，相对于夏季，春、秋、冬季环境温度相对较低，更加有利于变压器超负荷运行。由于组件功率逐年衰减，系统出力持续下降，变压器最初几年时间内的超负荷运行，也不易于对变压器寿命产生影响。4主动超配以上对光伏发电系统超配的计算和验证，旨在不减小发电量的情况下，降低度电成本
9、，以实现电站度电成本的最小化。主动超配则是采用更高比例的组件、逆变器的超配比例，以牺牲部分发电量，来降低单瓦造价，以实现最小的度电成本。例如，在主动超配的情况下，当光伏安装容量一定时，减少逆变器的数量，提高组件与逆变器的超配比例，在部分时段，逆变器直流侧输入功率大于最大直流功率，逆变器在自我保护的情况下，出现功率削峰，电站整体发电量有所下降,当发电量减少的损失，小于不主动超配时逆变器增加的投资额度时，光伏电站度电成本会呈现出降低的趋势。所以应根据具体项目情况，按照光伏发电量模拟及设备投资情况，进行敏感性分析，确定最佳的组件逆变器配置比例，以能实现最低的度电成本。5总结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，常规光伏电站，组件与逆变器的容配比应按照不小于1.2倍进行设计。因变压器具备一定的过负荷能力，综合光伏发电的出力曲线，当进行组件超配时，不会变压器产生影响。同时.，提出了了主动超配的分析方法，应按照具体项目光照资源情况及设备配置情况，进行分析计算，以实现光伏电站最低的度电成本。
