大型光伏电站中光伏组件容量与变压器最佳配比之浅谈

姜亮亮

摘要：由于光伏出力有限，势必会造成变压器的浪费，给接入送出产生压力，本文将通过对新疆哈密辐射量的研究，推算出光伏电场的出力曲线，通过分析得出光伏电站变压器的合理配置比。

关键词：大型光伏电站光伏组件 分析

Abstract:due to the limited output of photovoltaic, will inevitably lead to wastage of transformers, to access out of the stress, this article through a study of Hami, Xinjiang, radiation, extrapolating photovoltaic electric power curve, rational distribution than through analysis of PV power station transformers.

Keywords: analysis of large photovoltaic power plant photovoltaic modules

[中图分类号] TM 74 [文献标识码]A[文章编号]

伴随国家能源结构的调整，光伏发电等新能源成为燃料能源的替代品。现在哈密所建电站中光伏容量与变压器容量用1:1配置。

1、哈密辐射量分析

根据四季更次规律，夏至日附近几天日照时间最长，辐射量最大，冬至日附近几天日照时间最短，辐射量最小，通过哈密气象局提供的2009年数据比较，得出2009年7月22日辐射量最大，12月22最小。下面首先分析辐射量的日变化曲线：

辐照强度指在单位时间内 , 垂直投射在地球某一单位面积上的太阳辐射能量。 从物理意义上来说 , 太阳的辐照是导致光伏电池产生伏特效应的直接影响影响因素 ,

辐照强度的大小直接影响光伏电池出力的大小。图1为哈密某光伏电站实测辐照强度与光伏电站实际有功功率的散点图 , 可见辐照强度与光伏电站的出力成正比关系 。图2为某知名厂家提供的电池组件的V/A特性图，根据图上数据。光伏组件的输出功率除了与辐射强度有关外，还与组件温度有关。

图1 哈密某光伏电站实测辐照强度与光伏电站实际输出功率的散点图

图2某知名厂电池组件的V/A特性图

伴随着光伏组件价格的下降，一大批大型光伏电站开工建设，新疆哈密成为光伏电场的热土。充分考虑电网的接纳能力及国家对光伏的一些鼓励政策。就目前而言，哈密接入资源有限。合理的配置主变对于光伏电站的接入和送出尤为重要。本文主要从哈密石城子实测辐射量来预测光伏电站的出力曲线，最终确定光伏电站与主变容量的最佳比。进一步推出石城子光伏汇集站最大接入光伏电站的总容量。

表1 固定式光伏电池阵列在各不同角度所接受到的太阳辐射量。单位：MJ/㎡.d

年均辐射量 2138.5 2140.3 2141.7 2143 2144 2143.63 2142.99 2142.01 2139.2

图37月22日哈密某30MWp光伏电场出力曲线图

图412月22日哈密某30MWp光伏电场出力曲线图

图5各典型日哈密某30MWp光伏电场出力曲线图

2、光伏组件实际功率分析

由上图可研看出30MWp的光伏电场最大实际功率接近28000kW。在一天里曲线呈抛物线形状。功率最高点出现在中午1点钟左右。出力曲线与横轴构成的面积为这一天的发电量。

7月22日是发电量最高的一天，所以以7月22日的出力曲线作为本文理论发电量的基准。

光伏组件的出力与光照强度有关外，还与电池的温度有关。温度降低则光伏电池两端的电压升高，电流减小，功率相应增加。温度升高高则光伏电池两端的电压将低，电流增大，功率相应减小。最大功率点出现在中午13点左右，相应这个时间段是一天中温度最高的时间段。所以最大出力还会下降一点。由于下降量很小，可不计。

逆变器是光伏电场中将光伏电池产生的直流电转换为交流的装置。逆变器作为光伏发电系统中将直流电转换为交流电的关键设备之一，其选型对于发电系统的转换效率和可靠性具有重要作用。转换效率及最大功率点跟踪对光伏电场的效益有着至关重要的作用。下图是某知名厂家提供的的效率曲线。

图5逆变器的效率曲线图

根据上述曲线当输出功率达到额定功率50%时，转换效率最高，高达98.7%。电池板的实际容量为逆变器容量的40%以上时，逆变器效率最高。按照光伏电池92%的容量。逆变器与光伏电池容量比配比为1：1.08。

最高处理点在13时左右，最大功率为18442.8kW。与1000kw/㎡的光照下额定容量为30456MWp相比。达到峰值30456kwp的92%。从午前9时至午后4时。有图可知从10点到午后3电功率达到额定功率的80%。

光伏电场占地面积大，直流侧电压低，电流大，导线有一定的损耗，此处损耗值取

2%；大量的太阳能电池板之间存在一定的特性差异，不一致性损失系数取3%；考虑太阳能电池板表面即使清理仍存在一定的积灰，遮挡损失系数取3%；光伏并网逆变器的效率（无隔离变压器，欧洲效率）约为98.7%，考虑到夜间损耗按98%考虑；干式变压器的效率达到98%；早晚不可利用太阳能辐射损失系数3%；光伏电池的温度影响系数按1%考虑。系统效率为：98%×97%×97%×96%×98%×98%×97%×99%=81.64%综上所述达到额定功率的0.92×0.8164=0.76所以30456kW的光伏电站，最大出力只有23146KW。对应所占主变压器容量23146KVA。所以30456MWp对应的变压器容量选择24000KVA可满足变电要求。光伏电池容量与变压器的比值为23146/30456=1/1.32。同理对应哈密石城子220KV光伏汇集站装机3*150MVA的变电站可装机光伏电站592MWP。哈密石城子光伏已建及规划的共有500MW，所以石城子220kv变电站还可接入92MW的光伏电站。

3、温度对光伏电场输出功率的影响

上文已经提到光伏电池的输出功率除了光照强度有关外，还与温度有关。根据哈密气象站提供的数据，哈密石城子的为-33°C到45°C。只有温度降低才会引起功率的升高，所以只需校验-33°C时增加的功率。根据上述厂家提供的资料可知温度系数为-0.43%/°C。所以按装机592MWp计算增加的Pmax=P+△P。△P =-33°C×592MWp×-0.43%/°C=84.0048MWp。

Pmax=P+△P=592+84.0048=676 MWp。虽然额定功率高达676 MWp，但最冷的时间出现在冬季，冬季光照强度低，实际出力达不到额定功率的60%，按60%计算：Ps=676 MWp ×60%=405.6 MWp。因此592 MWp的最大出力仍为500 MWp。

4、结论

宗上所述，变压器与光伏电池容量比为1/1.32时为最佳配比。确定了最佳配比可以缓解一部分接入和送出问题，也为业主减少了投资。为光伏电场的统筹规划提供参考。

参考文献：

[1] 杨金焕，于化从，葛亮.太阳能光伏发电应用技术[D].北京：电子工业出版社，2009.

[2] 蒋立.基于Z源的单相光伏并网系统的研究[D].南京：东南大学，2009.

[3] 赵争鸣，刘建政，孙晓瑛，袁立强.太阳能光伏发电及其应用[M].北京：科学出版社，2006.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。