如何合理设计光伏电站容配比

日期：2024-05-21 来源：古瑞瓦特

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15:20

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随着全球对可再生能源需求的不断增长，光伏发电技术得到了快速发展。光伏电站作为光伏发电技术的核心载体，其设计合理性直接影响到电站的发电效率、运行稳定性及经济效益。其中，容配比作为光伏电站设计中的关键参数，对电站的整体性能具有重要影响。本文旨在探讨如何合理设计光伏电站的容配比，以提高电站的发电效率和经济性。

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光伏电站容配比概述

光伏电站容配比是指光伏组件的装机容量与逆变器设备容量的比值。由于光伏发电的不稳定性以及受环境影响较大的原因，光伏电站容配比单纯按照光伏组件装机容量1:1配置会造成光伏逆变器容量浪费，因此在光伏系统稳定运行的前提下提升光伏系统发电效益，最优的容配比设计应大于1:1。合理化容配比设计不仅可以最大化发电功率输出，而且还能适应不同的光照条件以及应对部分系统损耗。

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容配比主要影响因素

合理的容配比设计需要结合具体项目的情况综合考虑，影响容配比的因素包括组件衰减、系统损耗、辐照度、组件安装倾角等方面，具体分析如下。

1.组件衰减

在正常老化衰减的情况下，目前组件首年衰减在1%左右，组件第二年以后的衰减将呈线性变化，30年的衰减率在13%左右，也就是说组件每年的发电能力都在下降，无法持续维持额定功率输出，因此光伏容配比设计需考虑到电站全生命周期内的组件衰减，以最大化匹配组件发电功率，提高系统效益。

光伏组件30年线性功率衰减曲线

2.系统损耗

在光伏系统中，从光伏组件到逆变器输出之间存在各种损耗，包括组件串并联及遮挡灰尘损耗、直流电缆损耗、光伏逆变器损耗等，各环节损耗将会影响光伏电站逆变器的实际输出功率。 PVsyst光伏电站模拟报告如图所示，在项目应用中可通过PVsyst模拟项目实际配置及遮挡损耗情况；一般情况下光伏系统直流侧损耗在7-12%左右,逆变器损耗约1-2%，总损耗约为8-13%；因此光伏组件安装容量与实际发电数据之间存在损耗偏差。如果以组件安装容量按照1:1的容配比选择光伏逆变器，那逆变器实际输出最大容量只有逆变器额定容量的90%左右，即使在光照最好的时候，逆变器也没有满载工作，降低了逆变器和系统的利用率。

3.不同区域辐照度不同

组件在STC工作条件下才能达到额定功率输出（STC工作条件：光照强度1000W/m²，电池温度25°C，大气质量1.5时），如果工作条件未达到STC条件，光伏组件输出功率必然小于其额定功率，并且光照资源一天之内时间分布也不能全都满足STC条件，主要是因为早中晚辐照度、温度等差异较大；同时不同地区辐照度及环境不同对于光伏组件的发电影响也不同，因此项目初期需根据具体区域了解当地的光照资源数据，进行数据测算。

根据国家气象局风能太阳能评估中心划分标准，可以了解到不同区域辐照度的具体数据，太阳总辐射年辐照量划分为四个等级：

太阳总辐射年辐照量等级划分

全国水平面总辐射分布图

因此，即使在同一资源地区全年辐照量也有较大差异。意味着相同的系统配置，即相同的容配比下发电量也不尽相同。若要达到相同的发电量，可以通过改变容配比来实现。

4.组件安装倾角

针对用户侧光伏电站同一个项目中会存在不同的屋顶类型，而根据不同屋顶类型将会涉及到不同的组件设计倾角，对应组件接收到的辐照度也有所不同；例如浙江某地工商业项目中存在彩钢瓦屋顶和混凝土屋顶，设计倾角分别为3°和18°，不同的倾角通过PV模拟倾斜面辐照量数据如下图所示；可以看到不同角度安装的组件所接收到的辐照度不同，如分布式屋顶多采用平铺的方式，则相同容量的组件，输出能量比有一定倾角的低。

3°倾角总辐射量

18°倾角总辐射量

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容配比设计思路

根据以上分析，容配比的设计主要是通过调整逆变器直流侧接入容量，从而提升电站的整体效益；目前容配比的配置方式主要分为补偿超配和主动超配。

1.补偿超配

补偿超配是指通过调整容配比，使逆变器在光照最好的时候能达到满载输出。这种方式仅考虑到光伏系统中存在的部分损耗，通过增加组件的容量（如下图所示），可以补偿能量在传输过程中的系统损耗，使逆变器在实际使用过程中达到满载输出的效果，且没有削峰损失。

补偿超配示意图

2.主动超配

主动超配则是在补偿超配的基础上，继续增加光伏组件的容量（如下图所示）。这种方式不仅考虑了系统损耗，还综合考虑了投资成本及收益等因素。其目标是通过主动延长逆变器满载工作时间，在增加的组件投入成本和系统发电收益之间寻找平衡点，实现系统平均化度电成本（LCOE）最小。即使在光照不佳的情况下，逆变器也存在满负载工作，从而延长满载工作时间；但系统实际发电量曲线将出现如图所示的“削峰”现象，存在部分时间段内处于限发工作状态。但是，在合适的容配比值下，系统整体的LCOE是最低的，即收益是增加的。