在光伏系統(tǒng)建設(shè)中，設(shè)計(jì)工程師將光伏組件的總?cè)萘颗涞帽饶孀兤魅萘看笠恍?，這種情況被稱為超配。影響超配的因素有哪些？超配對(duì)光伏電站設(shè)備安全是否有影響，該如何設(shè)計(jì)超配比？

在北極星太陽(yáng)能光伏網(wǎng)主辦的“第三屆光伏電站質(zhì)量高峰論壇”上，海潤(rùn)光伏目開發(fā)總監(jiān)于霄童以甘肅白銀某項(xiàng)目為例對(duì)此作了詳細(xì)分析。

討論為什么研究超配比之前，先看一下國(guó)內(nèi)光伏電站的標(biāo)稱方式。我們一般用光伏組件的最大功率來(lái)標(biāo)稱電站，即多少兆瓦，這是指峰值功率。光伏組件峰值功率的測(cè)定是有前提條件的，就是在標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試條件下，AM1.5，1000瓦每平方米的太陽(yáng)輻照率，這時(shí)光伏的輸出功率才是標(biāo)定光伏電站的功率。

影響標(biāo)稱功率有三個(gè)因素：大氣質(zhì)量、電池溫度、太陽(yáng)輻照強(qiáng)度。

大氣質(zhì)量和電池溫度影響因素比較多，很難做定量的標(biāo)定。

從光伏組件標(biāo)稱功率的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，太陽(yáng)的輻照強(qiáng)度基本要滿足1000瓦每平方米，出現(xiàn)功率最大輸出的可能性是比較大的。

為什么要研究光伏和逆變器的配比？原因是，通過光配比可以提高項(xiàng)目的投資收益，有利于電網(wǎng)的調(diào)度。包括政府機(jī)關(guān)、政府部門對(duì)國(guó)內(nèi)光伏電站建設(shè)的總體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)目前都是采用直流標(biāo)稱功率，在交流側(cè)這個(gè)信息是缺失的。因此在電網(wǎng)調(diào)度時(shí)，對(duì)光伏電站實(shí)際的出力數(shù)據(jù)落差范圍比較大。而在項(xiàng)目建設(shè)和交易過程中，各相關(guān)方在光伏和逆變器配比方面是有很多異議的，這也會(huì)影響到整個(gè)項(xiàng)目推進(jìn)的效率。

我們以甘肅省白銀市的某個(gè)項(xiàng)目作為案例來(lái)研究太陽(yáng)輻照度。甘肅白銀是屬于二類資源地區(qū)，但是實(shí)際太陽(yáng)輻照度比較好，能接近一類地區(qū)的太陽(yáng)輻照，光照傾角是30度。

從PVSYST模擬計(jì)算出來(lái)的輻照度可以看出在太陽(yáng)輻照度上達(dá)到1000瓦每平方米以上，1月和12月沒有，2月份到11月份是有機(jī)會(huì)達(dá)到1000瓦每平方米以上。

這就會(huì)帶來(lái)一些問題：

首先，我們?cè)跇?biāo)稱光伏電站功率的時(shí)候用的是理想狀態(tài)下的標(biāo)稱數(shù)據(jù)，實(shí)際狀態(tài)和它偏差是很大的。

其次，太陽(yáng)輻照度是隨時(shí)間波動(dòng)，而光伏組件在高功率的下工作的時(shí)間段也是隨時(shí)間波動(dòng)的，而且時(shí)間段是非常少的。

再次，直流側(cè)損耗。假設(shè)太陽(yáng)輻照度非常強(qiáng)，即使超過1000瓦每平方米，但是在直流側(cè)有損耗，實(shí)際能達(dá)到逆變器這一端的直流功率也是達(dá)不到標(biāo)稱功率的。

此外，溫度影響。溫度影響對(duì)于整個(gè)光伏實(shí)際的影響是非常大的，我們現(xiàn)在研究的是在高功率情況下的光伏組件的輸出。在這種情況下，一般溫度都會(huì)比較高，由于溫度比較高可能對(duì)于整個(gè)光伏組件前端直流系統(tǒng)效率的影響能達(dá)到10%以上。

重要的是，太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率實(shí)際上是逐年衰減的，這樣的話所謂的超配比也是每年逐漸下降。

以上原因會(huì)導(dǎo)致電站實(shí)際輸出與標(biāo)稱存在差異，且輸出功率逐年降低。

這個(gè)圖就是實(shí)際輸出的情況，在630千瓦的逆變器上面接入690千瓦的光伏直流組件，也就是說(shuō)超配比接近10%?？梢钥吹?，即使在超配了10%的情況下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)也沒有達(dá)到逆變器最大直流輸出功率690千瓦，也就是說(shuō)研究?jī)?yōu)化配比是可行的。

超配對(duì)設(shè)備壽命是不是有影響？這也是我們非常關(guān)心的問題。

目前市場(chǎng)的主流逆變器產(chǎn)品，都是可以滿足超額運(yùn)行的，但是這個(gè)前提是在一定的溫度條件下。

第二個(gè)就是根據(jù)光伏的輸出特性，光伏的IV曲線是連續(xù)可調(diào)的，通過逆變器的MPPT功能，對(duì)逆變器來(lái)說(shuō)不存在過流的安全隱患。

在高配比的情況下，即便超過了逆變器可以輸入的最大功率，但因?yàn)樗臅r(shí)間非常短，對(duì)逆變器的影響幾乎是不存在的。所以我們認(rèn)為超配對(duì)于整個(gè)電站的設(shè)備的安全來(lái)說(shuō)沒有什么問題。

如何設(shè)計(jì)超配比？

有三個(gè)方面是最主要的，光照資源，直流側(cè)的系統(tǒng)效率還有逆變器選型。

首先看光照資源，光照資源太陽(yáng)強(qiáng)度會(huì)直接影響到直流的輸出功率，也就會(huì)直接影響到配比的選擇。

直流側(cè)的系統(tǒng)效率有很多影響因素，包括灰塵遮擋、適配、線損、溫度，還有衰減，所以直流系統(tǒng)效率在超配的比例設(shè)計(jì)中起到非常重要的作用。

逆變器的選型。傳統(tǒng)的概念上，我們認(rèn)為集中式的逆變器的冗余度比組式的更好一點(diǎn)，市場(chǎng)上很多組串式逆變器超配比也能達(dá)到10%、20%。

我們研究這些的最終目的是要把度電成本降到最小化。

首先看一下光照資源對(duì)光伏系統(tǒng)的影響，我選了四個(gè)地區(qū)，一類地區(qū)哈密，二類地區(qū)是甘肅白銀、云南建水，三類地區(qū)是上海。

實(shí)際上三類地區(qū)在低功率輻照度的情況下差別是不大的，唯一的區(qū)別是在600瓦到1100瓦每平方米的太陽(yáng)輻照度下，幾類地區(qū)的光照時(shí)數(shù)的差異就很明顯了。哈密是非常高的，其次是甘肅白銀和云南建水，到上海高功率區(qū)間太陽(yáng)輻照時(shí)非常短。不同頻率能接收到太陽(yáng)的總輻射量在600瓦到1100瓦范圍內(nèi)是一個(gè)非常主要的差異點(diǎn)。

云南屬于二類地區(qū)，但它能接收到的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度在1050以上的范圍里，甚至高于一類地區(qū)的太陽(yáng)輻照強(qiáng)度。也就是說(shuō)不能單純地僅憑一類和二類資源區(qū)分類來(lái)確定它的配比，還是需要具體項(xiàng)目具體分析。

這是直流系統(tǒng)效率各個(gè)環(huán)節(jié)的概算，這里考慮的是光照大于1000瓦每平方米的情況下，溫度對(duì)于系統(tǒng)效率的影響。甘肅整個(gè)地區(qū)環(huán)境溫度不是特別高，所以在1000瓦每平方米的影響下，系統(tǒng)效率損失是6.8%。如果溫度很高的地區(qū)，光照資源又比較強(qiáng)，電池工作的溫度會(huì)非常高，可能達(dá)到六七十度，在這種情況下，溫度的系統(tǒng)效率的損失可以達(dá)到10%以上。

根據(jù)系統(tǒng)效率和可以收集到的太陽(yáng)輻射的數(shù)據(jù)，我們理論計(jì)算出來(lái)對(duì)于甘肅白銀這個(gè)項(xiàng)目，它的最大功率的輸出是在645.1千瓦，這個(gè)是直流端的輸出，跟實(shí)測(cè)的657.17千瓦基本一致。

小結(jié)：光伏逆變器配置比例與光照資源有關(guān)，但并非絕對(duì)相關(guān)。主要影響因素有很多，包括海拔、緯度、晴空指數(shù)、傾角等等。具體項(xiàng)目需要具體分析，但是至少10%的超配是可行的，而且這個(gè)10%針對(duì)所有的項(xiàng)目基本上都是可行的。重要的是光伏逆變器的配比，隨著電站的運(yùn)行年限會(huì)逐年降低。

超配對(duì)于項(xiàng)目投資收益的影響有哪些？

有兩大影響，一個(gè)是項(xiàng)目的投資成本，另一個(gè)就是對(duì)發(fā)電量的影響。對(duì)投資成本來(lái)說(shuō)超配比重提高，成本會(huì)降低，呈正相關(guān)；對(duì)于發(fā)電量來(lái)說(shuō)，超配的比重提高，發(fā)電量會(huì)降低，是負(fù)相關(guān)。

對(duì)于投資成本來(lái)說(shuō)，影響到的環(huán)節(jié)主要是逆變器、箱變、電纜和施工安裝。

根據(jù)這兩個(gè)基本的數(shù)據(jù)，我們做了一個(gè)項(xiàng)目的整體測(cè)算。

度電成本的測(cè)算說(shuō)明，首先測(cè)算周期是25年，我把項(xiàng)目運(yùn)行期的成本都考慮在里面了，初始投資6.306，這個(gè)是按1：1的配比下，運(yùn)維費(fèi)用是0.1元/Wp/年，因?yàn)闀?huì)涉及到成本的問題，所得稅減半，增值稅50%的即征即退。

直流系統(tǒng)效率數(shù)字比較高的92%，配比達(dá)到1.15的情況下，基本上可以達(dá)到度電成本最低。如果系統(tǒng)效率比較低為84%，這時(shí)需要達(dá)到1.3倍的配比，才可以達(dá)到系統(tǒng)度電成本最低的一個(gè)數(shù)值。

總結(jié)：綜合對(duì)比不同太陽(yáng)資源地區(qū)對(duì)于光伏逆變器配比的影響，光照資源豐富程度并非是一個(gè)最主要的決定因素，資源較差的地區(qū)，瞬時(shí)輸出功率也有高于好可能性，要具體項(xiàng)目具體分析。

光伏逆變器可接受配比遠(yuǎn)高于預(yù)期，根據(jù)理論數(shù)據(jù)，部分項(xiàng)目光伏/逆變配比可達(dá)1.3甚至更高，但實(shí)際影響仍需進(jìn)一步論證。

最后我們期待政府相關(guān)部門、電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)等行業(yè)相關(guān)方對(duì)光伏電站的實(shí)際輸出有一個(gè)更加明確的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和管理。