什么是光伏電站的“超配”?
光伏組件容量和逆變器容量比,習慣稱為容配比。光伏應用早期,系統(tǒng)一般按照1:1的容配比設計。許多理論計算與實際的應用研究中發(fā)現,以系統(tǒng)平均化度電成本(LevelizedCostOfElectricity,LCOE)最低為標準衡量系統(tǒng)最優(yōu),在各種光照條件、組件鋪設傾斜角度等情況下,達到系統(tǒng)最優(yōu)的容配比都大于1:1。也就是說,一定程度的提升光伏組件容量,有利于提升系統(tǒng)的整體經濟效益,這就是我們談的組件超配。
要理解為什么光伏電站需要超配,我們首先需要理解幾個概念:
1、電池組件的標稱和實際輸出
光伏組件的輸出功率通常按照峰值功率來表述,即:峰瓦Wp。按照峰瓦的定義可知,一個275Wp組件在STC(標準測試條件:25度,1000W/m2)下,組件的輸出功率為275W。這個功率就是我們一般說的標稱功率。
圖一組件電學參數
但是,在實際應用中,光伏組件的輸出功率和接受的輻照有很大關系。因此光伏組件的瞬時的實際輸出功率是受多種因素復合的影響,一般而言,光伏組件在90%以上的時間是無法達到標稱功率的(即使扣除正常衰減),部分諸如湖南、江西等地,光伏組件基本99.9%都是無法達到標稱,并不是因為組件的質量問題,而是因為當地的光照達不到標準測試條件的光照。(嗯,部分奸商給用戶劣質組件的發(fā)電量低也是這么解釋的,可以參考兔子君以前的如何選購組件的文章)
2、太陽能輻照數據的影響
圖二可以明顯的看出,光伏組件的輸出電流與光照強度成正比,也就是說組件的輸出功率也是與光照強度成正比。
圖二光伏組件IV曲線
我們再來看圖三,圖三是某地區(qū)實測的太陽輻射數據:數據的采樣時間為1min,該地區(qū)的全年水平面總輻射量為6262.5MJ/m2。逐月、月代表日逐時的輻射量如下(數據已調整為真太陽時)。
圖三某地月均總輻射值分布圖
可以發(fā)現,當地的月均太陽輻照強度超過1000W/m2僅發(fā)生在5、6、8這三個月份月,9月數據顯然是因為特色氣候造成的集體值,一般設計需要查詢過往20-25年的平均輻照數據作為參考。這就表示,如果在當地億1:1的組件和逆變器的容配比來進行安裝,75%以上的時間該電站無法滿發(fā)。因此適量的超裝有助于提高發(fā)電量,進而提高項目收益。
根據國家氣象局風能太陽能評估中心劃分標準,將我國太陽能資源地區(qū)分為四類,不同區(qū)域輻照度差異較大。即使在同一資源地區(qū),不同地方的全年輻射量也有較大差異。例如,同是I類資源區(qū)的西藏噶爾和青海格爾木,噶爾的全年輻射量為7998MJ/m2,比格爾木的6815MJ/m2高17%。意味著相同的系統(tǒng)配置,即相同的容配比下,噶爾地區(qū)的發(fā)電量比格爾木高。若要達到相同的發(fā)電量,可以通過改變容配比來實現。
3、系統(tǒng)損耗
光伏系統(tǒng)中,能量從太陽輻射到光伏組件,經過直流電纜、匯流箱、直流配電到達逆變器,當中各個環(huán)節(jié)都有損耗。直流側損耗通常在7-12%左右,逆變器損耗約1-%,總損耗約為8-13%(此處所說的系統(tǒng)損耗不包括逆變器后面的變壓器及線路損耗部分)。也就是說,在組件容量和逆變器容量相等的情況下,由于客觀存在的各種損耗,逆變器實際輸出最大容量只有逆變器額定容量的90%左右,即使在光照最好的時候,逆變器也沒有滿載工作。降低了逆變器和系統(tǒng)的利用率。
超配的好處
第一,提高系統(tǒng)的利用率。許多人認為,提高的容配比會增加系統(tǒng)成本,多發(fā)的電量無法帶來收益,反而變相提高的度電成本,其實不然,在某些地區(qū),配合儲能的充放后,可以提高項目的收益。具體測算且看兔子君下回的經濟性測算。
第二,如下圖所示,在超配后,由于發(fā)電概率超過的逆變器的限額,發(fā)電的峰被切除,這樣太陽輻照的變化對于光伏電站的功率輸出的影響變小,甚至在電網層面上完全沒有影響,使得相對于火電不穩(wěn)定的光伏輸出變得穩(wěn)定可控,減少了電網調峰調頻的工作和成本,對于電網是有好處的。
結語
綜上所述,光伏電站超配在我國大部分地區(qū)均是適用的,當然政策上是否符合國家和電網的政策尚需論證,但其帶為各方來的好處確實可以看見的。實際應用中,超配比沒有明確的比例,1:1、1:1.15、1:1.2甚至于一些日本的光伏電站達到1:1.5,都是根據當地實際情況來進行設計分析,最大化投資者的收益。鑒于篇幅和兔子君的知識所限,如果各位有其他關于超配的想法和建議歡迎跟兔子君交流。對于電站超配的政策性及經濟性分析且聽兔子君下回分解。