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光伏系統(tǒng)設(shè)計中的組件超配與投資收益提升

2018-3-22

通過合理的超配方案設(shè)計,可以實現(xiàn)對光伏系統(tǒng)的優(yōu)化,發(fā)電量進(jìn)一步提升,系統(tǒng)平均化度電成本(Levelized Cost Of Electricity, LCOE)進(jìn)一步降低,投資方整體收益進(jìn)一步提升。

在組件超配方案設(shè)計中,需要考慮當(dāng)?shù)毓庹諚l件、系統(tǒng)損耗、鋪設(shè)傾斜角度等因素的影響,同時,逆變器的性能和選型也十分重要。集中型逆變器由于單機(jī)容量大,過載能力強(qiáng),比組串型逆變器更適于超配。此外,超配后由于接入逆變器的組件容量提高了,會不會超過逆變器的運(yùn)行范圍,造成逆變器長期過載運(yùn)行而影響逆變器安全?限功率運(yùn)行時,直流電壓會不會超過逆變器的允許范圍?帶著這些疑問,我們做了詳細(xì)分析。

一、集中型逆變器設(shè)計超配方案更靈活

在光伏系統(tǒng)設(shè)計中,光伏組件是以組串為單位接入逆變器的。以常見的地面電站為例,一般每串22塊組件,以每塊組件為250Wp計算,也就是每個組串的功率為5500W。在系統(tǒng)設(shè)計中,不論是否進(jìn)行超配,不論是選用集中型還是組串型,方案都必須滿足每個逆變器所接入的組件容量為5500W的整數(shù)倍數(shù)這一基本要求。
以國內(nèi)市場上主流的30KW額定功率的組串逆變器、和500KW額定功率的集中逆變器,可實現(xiàn)超配的容配比方案進(jìn)行比較,如下表:

表1:組串型和集中型逆變器在相同容配比范圍內(nèi)可實現(xiàn)的超配方案對比

如表1所示,在容配比(容配比=組件功率/逆變器額定功率)0.92到1.50之間,30KW的組串逆變器可現(xiàn)實4種方案,500KW的集中逆變器可實現(xiàn)53種方案;也就是說,在容配比1.5以下,選用30KW的組串型逆變器僅有3種超配方案設(shè)計,選用500KW的集中型逆變器則可以有46種超配方案設(shè)計,可以滿足不同項目配置的需要。

另外,部門廠家的組串式逆變器,直流輸入端子數(shù)量都是按照標(biāo)準(zhǔn)額定容量配置的,無法接入更多的組串?dāng)?shù)量,尤其是針對光照資源較差的二三類區(qū)域,容配比可以相對較大的情況下,由于輸入端子數(shù)量的限制,根本無法實現(xiàn)最優(yōu)的容配比,而采用集中型逆變器方案中,因為有直流匯流箱對組串的匯流環(huán)節(jié),可接入的組串?dāng)?shù)量基本不受限制,進(jìn)行超配方案時非常靈活。

二、超配對逆變器的影響

超配時,由于組件容量超過逆變器容量,對逆變器的安全運(yùn)行有哪些影響呢?

1、逆變器是否會過載運(yùn)行

補(bǔ)償超配時,去除系統(tǒng)損耗后,逆變器實際輸出的最大功率等于逆變器的額度功率,在逆變器的正常工作范圍內(nèi),這很容易理解。而主動超配時,去除系統(tǒng)損耗后,若組件都工作在最大功率點(diǎn),則將超過逆變器額度功率,會造成逆變器過載運(yùn)行,甚至?xí)^逆變器的工作范圍到達(dá)逆變器過載保護(hù)點(diǎn),這是不允許的。如何解決這個問題呢?唯一的辦法只有限制組件的輸出,也就是通過逆變器控制,使得組件輸出偏離最大工作點(diǎn),以確保逆變器輸出不超過其額度功率。由此可見,超配僅增加了逆變器滿載運(yùn)行的時間,提高了逆變器的利用率。逆變器不會過載運(yùn)行,也就不會超過逆變器的運(yùn)行范圍。

2、限功率運(yùn)行時會有哪些影響

由組件輸出特性可知,在主動超配時,由于系統(tǒng)部分時間段內(nèi)出現(xiàn)了限功率運(yùn)行,逆變器控制組件輸出偏離最大功率點(diǎn),如下圖所示,當(dāng)工作點(diǎn)由A點(diǎn)向右偏離到C點(diǎn)時,組件輸出電流減小,輸出電壓將升高。


主動超配中限功率運(yùn)行時,組件工作點(diǎn)偏離

由圖1曲線可見,當(dāng)超配的功率越大,被限制的功率也就越大,每塊組件的輸出電流越小,組件工作點(diǎn)越向右偏移,電壓越大,也就是說,超配功率越大,輸出電壓越高。通過分析計算,可獲得不同容配比下逆變器實際工作電壓如表2所示??梢?,當(dāng)容配比為1.5倍時,逆變器實際工作電壓電壓從MPPT電壓673V抬升到770V,在逆變器的允許工作范圍內(nèi)。也就是說,即使在超配1.5倍時,系統(tǒng)的直流電壓也不會影響逆變器的安全運(yùn)行。

表2 不同超配比例下逆變器實際過電壓

三、總結(jié)

通過分析,在系統(tǒng)超配設(shè)計過程中,逆變器的選型十分關(guān)鍵,集中式逆變器由于單機(jī)容量與單個組串容量比值大,過載能力強(qiáng),因此可方便的進(jìn)行不同比例的配置,設(shè)計靈活,滿足不同區(qū)域容量各異的要求。同時,合理的超配對逆變器及系統(tǒng)的正常工作沒有任何影響,不會超過逆變器的安全運(yùn)行范圍。