分布式光伏系統(tǒng)解決方案分析

在光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)非常重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。在2012年發(fā)布的《光伏發(fā)電系統(tǒng)效能標(biāo)準(zhǔn)》中，容配比是按1:1設(shè)計(jì)的，但是由于光照條件以及溫度的影響，光伏組件大部分時(shí)間達(dá)不到標(biāo)稱功率，逆變器基本都處于非滿負(fù)荷運(yùn)行，大部分時(shí)間處于容量浪費(fèi)的階段。

在2020年10月底發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)中，全面放開(kāi)光伏電站容配比，組件和逆變器的比例最高限制達(dá)到了1.8:1，新標(biāo)準(zhǔn)將極大得提升國(guó)內(nèi)組件和逆變器的需求，并可降低度電成本，加速光伏平價(jià)時(shí)代的到來(lái)。

本文將以山東地區(qū)的分布式光伏系統(tǒng)為例，從光伏組件的實(shí)際輸出功率、超配造成的損失比例以及經(jīng)濟(jì)性的角度進(jìn)行分析。

組件超配的趨勢(shì)

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(shí)際運(yùn)行過(guò)程中達(dá)不到理想的峰值功率，影響因素包括：

• 輻照強(qiáng)度不夠（冬天）
• 環(huán)境溫度過(guò)高
• 污漬和灰塵遮擋
• 組件朝向在全天不能保持最優(yōu)（跟蹤支架此因素影響較小）
• 組件衰減：首年3%，其后每年0.7%
• 組串內(nèi)和組串間的匹配損失

不同超配比例的日發(fā)電曲線

近年來(lái)，光伏系統(tǒng)的超配比例呈現(xiàn)越來(lái)越高的趨勢(shì)。除系統(tǒng)損耗的原因外，近年來(lái)組件價(jià)格的進(jìn)一步下降，逆變器技術(shù)的提升促使可連接的組串?dāng)?shù)升高，使得超配越來(lái)越具有經(jīng)濟(jì)性。另外組件超配還可以降低度電成本，從而提高項(xiàng)目的內(nèi)部收益率，因此項(xiàng)目投資的抗風(fēng)險(xiǎn)能力升高。

此外，高功率光伏組件已成為現(xiàn)階段光伏行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，進(jìn)一步增加了組件超配的可能性和戶用光伏裝機(jī)容量的提升。

綜合以上因素，超配成為現(xiàn)在光伏項(xiàng)目設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。

發(fā)電量和成本分析

以6kW業(yè)主自投的戶用光伏電站為例，選用分布式市場(chǎng)比較常用的隆基540W組件。預(yù)計(jì)平均每天可以發(fā)20度電，年發(fā)電量7300度電左右。

根據(jù)組件的電氣參數(shù)，最大工作點(diǎn)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(tái)市30年的光照資源年總輻射量的平均值作為參考，對(duì)各種不同超配比例的系統(tǒng)進(jìn)行分析。

2.1 系統(tǒng)效率

超配一方面提高了發(fā)電量，但另一方面由于增加了直流側(cè)組件的數(shù)量，使得組串內(nèi)的組件匹配損失以及直流線路的損失增加，因此存在一個(gè)最優(yōu)的容配比，使系統(tǒng)的效率達(dá)到最高。經(jīng)過(guò)PVsyst模擬，可以得到在6kVA系統(tǒng)不同容配比下的系統(tǒng)效率。如下表所示，當(dāng)容配比為1.1左右時(shí)，系統(tǒng)效率達(dá)到最大，同時(shí)也意味著此時(shí)組件的利用率最高。

不同容配比的系統(tǒng)效率以及年發(fā)電量

2.2 發(fā)電量和收益

根據(jù)不同超配比例下的系統(tǒng)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(fā)電量情況。按照0.395元/kWh的上網(wǎng)電價(jià)（山東脫硫煤標(biāo)桿電價(jià)），算出年售電收入。計(jì)算結(jié)果如上表所示。

2.3 成本分析

成本是戶用光伏項(xiàng)目用戶比較在意的。其中光伏組件，逆變器為主要設(shè)備材料，其他的還有光伏支架、保護(hù)設(shè)備和線纜等輔助性材料，以及為項(xiàng)目搭建所需要的安裝相關(guān)費(fèi)用等。此外用戶還需要考慮維護(hù)光伏電站的費(fèi)用，平均維護(hù)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(xiàng)目，當(dāng)前戶用光伏成本單價(jià)大致如下表所示：

戶用光伏系統(tǒng)的預(yù)估成本

因?yàn)槌浔壤牟煌?，系統(tǒng)成本也會(huì)變化，包括組件、支架、直流線纜以及安裝費(fèi)。根據(jù)上表可算出不同超配比例的成本，見(jiàn)下圖。

不同超配比例下的系統(tǒng)成本、收益和效率

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(fā)電量和收益會(huì)隨之升高，但是投資成本也會(huì)隨之上升，除此之外，以上表格顯示系統(tǒng)效率在1.1倍超配的時(shí)候最優(yōu)。因此，從技術(shù)角度來(lái)看，1.1倍超配最優(yōu)。

但從投資者的角度出發(fā)，光從技術(shù)層面考慮光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是不夠的，還需要從經(jīng)濟(jì)性的角度具體分析超配對(duì)于投資收益的影響。

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

不同超配比例下的度電成本和內(nèi)部收益率

從上圖中可以看出，當(dāng)容配比較小時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)發(fā)電量和收益隨容配比升高而增大，此時(shí)增加的收益可以覆蓋因?yàn)槌涠喑龅某杀?。?dāng)容配比過(guò)大時(shí)，由于增加部分的功率限制逐漸增加、線損增加等因素，系統(tǒng)內(nèi)部收益率逐漸降低。當(dāng)容配比為1.5時(shí)，系統(tǒng)投資的內(nèi)部收益率IRR最大。因此，從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，1.5:1為此系統(tǒng)的最優(yōu)容配比。

通過(guò)以上同樣的方法，測(cè)算不同容量下的系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性角度的最優(yōu)容配比，結(jié)果如下：

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用煙臺(tái)地區(qū)的太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)，在不同容配比的條件下，對(duì)光伏組件出力經(jīng)損耗后到達(dá)逆變器的功率進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明在光照資源較好的煙臺(tái)市，對(duì)于6kVA的系統(tǒng)，當(dāng)容配比為1.1時(shí)，系統(tǒng)損耗最小，此時(shí)組件利用率最高。但從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，當(dāng)容配比為1.5時(shí)，光伏項(xiàng)目的收益最高。在設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)的時(shí)候，不光要考慮技術(shù)因素下組件的利用率，經(jīng)濟(jì)性才是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。通過(guò)經(jīng)濟(jì)性的測(cè)算，8kW的系統(tǒng)1.3超配時(shí)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，10kW的系統(tǒng)1.2超配時(shí)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，15kW的系統(tǒng)1.2超配時(shí)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

當(dāng)同等方法利用在工商業(yè)上面進(jìn)行容配比的經(jīng)濟(jì)性測(cè)算，由于系統(tǒng)單瓦成本的降低，會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的容配比更高。此外，由于市場(chǎng)的原因光伏系統(tǒng)的成本也會(huì)有較大差異，也會(huì)很大的影響最優(yōu)容配比的計(jì)算。這也是各個(gè)國(guó)家放開(kāi)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)容配比限制的根本原因。

編輯：黃飛

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