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2022-09-09

戶用光伏容配比設計解決方案

在光伏電站系統設計中,光伏組件的安裝容量和逆變器的額定容量的比值即為容配比,是一個非常重要的設計參數。在2012年發布的《光伏發電系統效能標準》中,容配比是按1:1設計的,但是由于光照條件以及溫度的影響,光伏組件大部分時間達不到標稱功率,逆變器基本都處于非滿負荷運行,大部分時間處于容量浪費的階段。

 

在2020年10月底發布的標準中,全面放開光伏電站容配比,組件和逆變器的比例最高限制達到了1.8:1,新標準將極大得提升國內組件和逆變器的需求,并可降低度電成本,加速光伏平價時代的到來。

 

本文將以山東地區的分布式光伏系統為例,從光伏組件的實際輸出功率、超配造成的損失比例以及經濟性的角度進行分析。

 

01

組件超配的趨勢

 

目前全世界的光伏電站平均超配在120%到140%之間。超配最主要的原因是光伏組件在實際運行過程中達不到理想的峰值功率,影響因素包括:

 

·       輻照強度不夠(冬天)

·       環境溫度過高

·       污漬和灰塵遮擋

·       組件朝向在全天不能保持最優(跟蹤支架此因素影響較?。?/p>

·       組件衰減:首年3%,其后每年0.7%

·       組串內和組串間的匹配損失


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 不同超配比例的日發電曲線

 

近年來,光伏系統的超配比例呈現越來越高的趨勢。除系統損耗的原因外,近年來組件價格的進一步下降,逆變器技術的提升促使可連接的組串數升高,使得超配越來越具有經濟性。另外組件超配還可以降低度電成本,從而提高項目的內部收益率,因此項目投資的抗風險能力升高。

 

此外,高功率光伏組件已成為現階段光伏行業發展的主要趨勢,進一步增加了組件超配的可能性和戶用光伏裝機容量的提升。


綜合以上因素,超配成為現在光伏項目設計的趨勢。

 

02

發電量和成本分析

 

以6kW業主自投的戶用光伏電站為例,選用分布式市場比較常用的隆基540W組件。預計平均每天可以發20度電,年發電量7300度電左右。

 

根據組件的電氣參數,最大工作點的工作電流為13A,選擇市面上主流逆變器固德威GW6000-DNS-30,這款逆變器的最大輸入電流為16A,可以適配目前市面上的大電流組件。以山東省煙臺市30年的光照資源年總輻射量的平均值作為參考,對各種不同超配比例的系統進行分析。

 

2.1 系統效率

 

超配一方面提高了發電量,但另一方面由于增加了直流側組件的數量,使得組串內的組件匹配損失以及直流線路的損失增加,因此存在一個最優的容配比,使系統的效率達到最高。經過PVsyst模擬,可以得到在6kVA系統不同容配比下的系統效率。如下表所示,當容配比為1.1左右時,系統效率達到最大,同時也意味著此時組件的利用率最高。


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 不同容配比的系統效率以及年發電量

 

2.2 發電量和收益

 

根據不同超配比例下的系統效率以及組件20年間的理論衰減率,可以得出不同容配比下的年發電量情況。按照0.395元/kWh的上網電價(山東脫硫煤標桿電價),算出年售電收入。計算結果如上表所示。

 

2.3 成本分析

 

成本是戶用光伏項目用戶比較在意的。其中光伏組件,逆變器為主要設備材料,其他的還有光伏支架、保護設備和線纜等輔助性材料,以及為項目搭建所需要的安裝相關費用等。此外用戶還需要考慮維護光伏電站的費用,平均維護成本約占總投資成本的1%~3%。在總成本中,光伏組件約占50%~60%。綜合以上的成本支出項目,當前戶用光伏成本單價大致如下表所示:

 

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戶用光伏系統的預估成本

 

因為超配比例的不同,系統成本也會變化,包括組件、支架、直流線纜以及安裝費。根據上表可算出不同超配比例的成本,見下圖。


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 不同超配比例下的系統成本、收益和效率

 

03

增加成本的收益分析

 

從以上分析可以看出,雖然隨著超配比率的提高,年發電量和收益會隨之升高,但是投資成本也會隨之上升,除此之外,以上表格顯示系統效率在1.1倍超配的時候最優。因此,從技術角度來看,1.1倍超配最優。

 

但從投資者的角度出發,光從技術層面考慮光伏系統的設計是不夠的,還需要從經濟性的角度具體分析超配對于投資收益的影響。

 

按上述不同容配比下的投資成本和發電收益可算出系統20年的度電成本以及稅前內部收益率。


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不同超配比例下的度電成本和內部收益率

 

從上圖中可以看出,當容配比較小時,此時系統發電量和收益隨容配比升高而增大,此時增加的收益可以覆蓋因為超配而多出的成本。當容配比過大時,由于增加部分的功率限制逐漸增加、線損增加等因素,系統內部收益率逐漸降低。當容配比為1.5時,系統投資的內部收益率IRR最大。因此,從經濟性角度出發,1.5:1為此系統的最優容配比。

 

通過以上同樣的方法,測算不同容量下的系統在經濟性角度的最優容配比,結果如下:

 

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04

結語

 

通過采用煙臺地區的太陽能資源數據,在不同容配比的條件下,對光伏組件出力經損耗后到達逆變器的功率進行計算,結果表明在光照資源較好的煙臺市,對于6kVA的系統,當容配比為1.1時,系統損耗最小,此時組件利用率最高。但從經濟性的角度出發,當容配比為1.5時,光伏項目的收益最高。在設計光伏系統的時候,不光要考慮技術因素下組件的利用率,經濟性才是項目設計的關鍵。通過經濟性的測算,8kW的系統1.3超配時經濟性最優,10kW的系統1.2超配時經濟性最優,15kW的系統1.2超配時經濟性最優。

 

當同等方法利用在工商業上面進行容配比的經濟性測算,由于系統單瓦成本的降低,會導致經濟性最優的容配比更高。此外,由于市場的原因光伏系統的成本也會有較大差異,也會很大的影響最優容配比的計算。這也是各個國家放開光伏系統設計容配比限制的根本原因。

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