平价上网:光伏系统超配设计需要注意的几个问题

【价格风向标0520】光伏组件、EPC、监理、运维等价格信息

【价格风向标0520】光伏组件、EPC、监理、运维等价格信息

 

随着光伏组件价格的急剧下降,光伏发电系统的设计理念也在发生改变,在追求发电量的最大化的同时,还需要考虑投入成本,两者之间需要达到一个平衡点。目前行业比较关注的是系统的容配比,通过对容配比进行适当的优化,可以提高发电量和经济效益,并且还可以降低度电成本LCOE,其中容配比的优化和很多因素有关,如项目地的气象条件、组件选型、组件安装方式、逆变器的选型等等。其实对于不同的项目地点,由于站点的环境不同,那么最佳容配比的设置也是不同的。笔者参阅了国外的相关研究,并从容配比增加后带来的影响以及容配比设计需要考虑的因素进行简单的阐述!

 

一、容配比增加后的影响

1、逆变器层面

当逆变器直流侧光伏容量升高后,光伏阵列的功率和电流都会有一定的提高,特别是早晚时段,因为辐照度较低,容配比增加带来的发电功率增益是非常明显的。而在中午时段,直流侧的最大输出功率可能会超过逆变器的最大允许输入功率,此时就会出现削峰现象

 

例如下图,在青海地区,某光伏电站使用集中式500kW逆变器,当系统的容配比在0.99时,不管是晴天高辐照时段还是阴天低辐照时段,光伏出力均在逆变器允许的功率以下,如果外部不存在电网限电影响,光伏阵列就可以满负荷运行。但是当容配比达到1.21时,在晴天高辐照时段就出现了削峰现象,并带来一定的弃光损失。

 

逆变器限负荷一般是通过转移最大功率点位置,此时光伏阵列的工作电压升高,工作电流降低。通常来说,逆变器若长时间工作在此种情况下,内部温度比正常运行时会有一定的升高,此时需要靠内部风扇运行以达到散热或改善逆变器的自然通风条件,提高逆变器的过载能力,避免因温度过高进一步导致逆变器允许运行的功率降低,并带来更多的弃光损失

平价上网:光伏系统超配设计需要注意的几个问题 图 左)高辐照条件 右)低辐照条件

综上可知,系统容配比的增加对于逆变器层面的影响主要表现在逆变器的过载损失,同时也需要较好的散热条件。

2、经济性方面

通过选择合理的容配比,可以实现最佳的投资收益率和最低的度电成本。对于一个优化设计的光伏电站,由于测算所用的气象数据一般来源于典型气象年,由于实际的光照条件可能比典型气象年的要好,那么在光伏电站运行最初的几年内,若遇到气象大年,辐照水平特别好,可能会导致有较多的弃光损失。

 

从全生命周期的角度考虑,由于组件逐年衰减,按首年2.5%,逐年0.7%来算,运行5年以上,理论衰减率会达到5%以上,那么后期因容配比提高的所产生的收益会逐年呈现出来,特别是辐照资源较低的地区,增益会更加明显。

 

二、容配比设计需要关注的几个影响因素

项目地位置:纬度、海拔、地貌(坡度、障碍物)、项目地周边环境,这些信息主要用来确定组件的最佳安装倾角(对于固定支架系统来说)、组件的方位角和前后间距。海拔高度对逆变器的性能有一定影响,如果海拔超过了一定限度,逆变器就会降容运行,高海拔地区,超配设计需要重点关注逆变器的降容。

 

气候条件:辐照水平、环境温度、风速、降雨量、降雪量;对于不同类型的组件和安装方式,气象数据会影响光伏电站的发电量和出力曲线。典型气象年的辐照水平、环境温度是多年的统计值,而实际情况在一定程度上是不确定的,那么最佳容配比的值也是呈现一定的不确定性,真的很难说就是最佳的。如果项目地周边有运行多年的实际辐照数据和电站出力水平,就是一个非常重要的参考数据,避免设计出来的容配比期望值与实际存在较大的偏差。

 

积灰程度:积灰损失取决于组件表面的灰尘多少、环境中的清洁度,和气象条件密切相关,如降雨频率、降雨量、风速等。特别是沙漠地区或风沙较大的区域,在容配比的设计上需要特别注意,因为积灰后电站的出力是降低的,组件清洗后,出力会瞬间提升,那么过载损失可能会超过预期。因此对于积灰比较严重的区域,设计容配比需要考虑到组件的清洗。

 

组件技术水平和输出特性:如多晶、单晶、非晶硅等,在相同的项目地,不同的组件会呈现出不同的发电性能。

 

安装类型:固定支架、平单轴、双轴跟踪系统等,由于接受的辐射水平不同,最终的光伏出力也有较大的差异。

 

逆变器性能:最大功率点跟踪效率、直流到交流的转换效率、高温下的过载能力等。

 

光伏组件与逆变器成本比例

 

光伏组件的衰减率和产品寿命由于光伏组件的衰减特性,出力逐年降低。在较高的超配比例下,由于组件的衰减,后期削峰弃光现象将逐渐消失。如果采用第1年的发电量所得到的最佳容配比值,由于组件的衰减,那么第3年,第4年甚至以后,可能会发现当初设计的这个值其实并不是最佳的。因此如果有条件,对于某品牌某型号的组件实际衰减率应给与重点关注。

 

当地电网政策:在进行超配设计的时候,也需要关注当地的相关政策。

 

基于平价上网目标的光伏发电系统优化设计中,容配比是非常重要的设计优化对象,以上列举的几大因素仅供参考,具体容配比的设计还需要根据不同的应用场景,因地制宜,一站一测,并考虑周全,既考虑发电量最大化、又要考虑长期的运营收益,并尽可能的取得实际的环境数据、组件衰减情况、逆变器的性能等等,避免后期投入运行后,实际表现与期望值产生较大的偏差。

 

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原文始发于微信公众号(坎德拉学院):平价上网:光伏系统超配设计需要注意的几个问题

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