关于光伏电站建设中组件与逆变器容配比最优方案的浅析

(1.四川省电力设计院，成都，610072；2.四川水利职业技术学院，四川 崇州，611230)

1 概述

在国家政策和财政补贴的支持下，我国的光伏产业进入高速发展阶段，我国光伏电站截止到2018年累计装机容量超过170GWp，新增装机已经连续五年全球第一。2018年5月31日，国家发展改革委、财政部、国家能源局联合发布的《关于2018年光伏发电有关事项的通知》(“531新政”)标志，2019年我国光伏正式迎来了平价上网的时期。因此，如何降低光伏电站的建设成本、提高光伏电站的发电量、提高光伏电站的收益成为我国光伏企业首先考虑的问题。

根据行业内的标准，我国太阳能资源按日照辐射强度分为四类地区：一类资源地区全年辐射量在6700MJ/m2以上；二类资源地区全年辐射量在5400MJ/m2～6700MJ/m2；三类资源地区全年辐射量在4200MJ/m2～5400MJ/m2；四类资源地区全年辐射量在4200MJ/m2以下。

2 案例分析

以某光伏电站为例，装机容量20MWp，站址位于江苏省扬州市，地处东经119.42、北纬32.39，全年辐射量约为4875MJ/m2，按我国光照资源区域划分，扬州市位于三类光照资源区。光伏系统设计按目前最新的1500V系统设计，选用某组件厂的400Wp单晶光伏组件、某逆变器厂的100kW组串式逆变器设备，按太阳辐射的最佳倾角23°，方位角0°进行组件布置，使用工具为PVSYST光伏仿真软件，分别按照1.1、1.2、1.3、1.4容配比进行计算。以其中1个2.5MW方阵为例进行分析计算。

2.1 1.1容配比计算分析

23块400Wp光伏组件串联，12串输入1台100kW逆变器。

表1 1.1容配比设备数量及投资

以上单瓦价格约为3.53元/W，PVSYST仿真计算如下：

图1 首年系统效率表(容配比1.1)

图2 系统能量流图(容配比1.1)

2.2 1.2容配比计算分析

25块400Wp光伏组件串联，12串输入1台100kW逆变器。

表2 1.2容配比设备数量及投资

以上单瓦价格约为3.46元/W，PVSYST仿真计算如下：

图3 首年系统效率表(容配比1.2)

图4 系统能量流图(容配比1.2)

2.3 1.3容配比计算分析

27块400Wp光伏组件串联，12串输入1台100kW逆变器。

表3 1.3容配比设备数量及投资

以上单瓦价格约为3.41元/W，PVSYST仿真计算如下：

图5 首年系统效率表(容配比1.3)

图6 系统能量流图(容配比1.3)

2.4 1.4容配比计算分析

29块400Wp光伏组件串联，12串输入1台100kW逆变器。

表4 1.4容配比设备数量及投资

以上单瓦价格约为3.36元/W，PVSYST仿真计算如下：

图7 首年系统效率表(容配比1.3)

由图1-图8分析，可以得出不同容配比时系统首年发电量与系统效率值，详见表5。

图8 系统能量流图(容配比1.4)

表5不同容配比系统首年发电量与系统效率对比

序号容配比Energy injected into grid(系统首年发电量MWh)Performance ratio(系统效率)Inverter Loss over nomina linv.Power(逆变器过载损失)11∶1221.581.3%0.0%21∶2240.981.35%0.0%31∶3260.381.38%0.0%41∶4278.681.1%0.4%

由表5可以看出，当光伏组件与逆变器容配比由1.1～1.4递增时，系统首年发电年是增加的，系统效率是先增加后减少；当容配比为1.4，出现了逆变器的过载损失0.4%，这说明此时光伏组件与逆变器容配比出现了组件超配过剩，逆变器过载了；当容配比为1.3时，系统发电量及系统效率是最优，而且不会出现逆变器过载。

3 不同光照条件合适的容配比

合适的容配比方案与太阳光照、环境温度、组件布置角度等多个因素有关，其中关系最大的是地区光照条件。近年来，随着西北电网接入容量受限，西北地区出现大规模的限电现象，光伏电站的建设逐渐从光照条件好的一类、二类地区转移到光照条件较差的三类、四类地区。

衡量光伏电站经济效益的好坏主要是以度电成本LCOE和内部收益率LRR为主要依据，而度电成本LCOE和内部收益率LRR和多项指标有关系，如电站的初期建设成本、电站的上网电量、土建费用、电站的上网电价、银行贷款利息、电站维护运营费用、资产折旧率等，其中影响最大的因素为电站的初期建设成本和上网电量。因此，本文以提高光伏组件与逆变器的容配比为方式，进一步降低电站的单瓦建设成本，提高逆变器设备的利用率，并提高电站的上网电量。

以最低度电成本LCOE和最高内部收益率LRR为衡量依据，推荐一类地区容配比按1.1～1.2配置，二类地区容配比按1.2～1.3配置，三类和四类地区容配比按1.3～1.5配置。但是，合适的容配比受光照资源、土地成本、损耗等多种因素的影响，建议可以针对每个具体项目进行单独的计算以确定最佳的容配比方案。

4 结论

将来，随着光伏逆变器设备制造工艺的发展，光伏系统直流侧电压能做到2000V甚至3000V，使逆变器具备更强的直流侧输入水平及更强的散热、耐压能力，能够接入的光伏组件串数更多。另外，随着光伏电站储能技术的应用和发展，储能设备的反应时间能达到毫秒级，对光伏发电量起到更好的“削峰填谷”作用，所谓“削峰填谷”就是在光照好时，储能系统对超发电量进行存储，在光照条件差时，储能系统把存储的电量释放出来，使光伏系统的发电量更加趋向于平稳曲线。未来，在光伏电站的建设中，光伏组件的超配会成为电站建设的标配，组件与逆变器的容配比会进一步加大。目前，海外诸如美国、印度、欧洲等主要光伏市场，电站普遍按照1.4倍以上容配比进行超配设计，日本部分电站超配设计甚至达到2倍以上，在中国，这一设计也正在普及。