關(guān)于光伏電站設(shè)計(jì)和設(shè)備選型的思考

文章來(lái)源：投稿，不代表光伏們觀點(diǎn)，僅供讀者參考；

作者：北京晶澳太陽(yáng)能技術(shù)支持總監(jiān)   杜玉雄

摘要：本文通過(guò)收集部分地區(qū)的輻照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，介紹了地面電站光伏方陣容配比設(shè)計(jì)建議，通過(guò)設(shè)備輸出性參數(shù)對(duì)比，分析了常見(jiàn)類型組件和逆變器的最佳容配比的設(shè)計(jì)思路。在分析對(duì)比的基礎(chǔ)上，提出了設(shè)備選型和組件與支架匹配建議。

關(guān)鍵詞：光伏電站；輻照強(qiáng)度；容配比；組件輸出特性；設(shè)備選型

隨著行業(yè)技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步，光伏產(chǎn)品類別多樣，大的分類光伏組件有單面和雙面產(chǎn)品，同時(shí)有158、166、182和210多種硅片尺寸并行，常見(jiàn)的支架有固定式、固定可調(diào)式，平單軸跟蹤等等。多樣化的氣象條件也決定了電站設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，本文通過(guò)收集的氣象數(shù)據(jù)，針對(duì)組件輸出特性，提出設(shè)備選型建議和系統(tǒng)設(shè)計(jì)建議以供同行參考。

寧夏某項(xiàng)目輻照強(qiáng)度數(shù)據(jù) 固定式支架

內(nèi)蒙古某項(xiàng)目4月3日輻照強(qiáng)度數(shù)據(jù)   固定式支架

青海某項(xiàng)目4月7日輻照強(qiáng)度數(shù)據(jù)   平單軸支架

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析得知：1）不同區(qū)域光資源差異很大，早晨到傍晚太陽(yáng)東升西落，單日內(nèi)逐時(shí)輻照強(qiáng)度變化很大。2）不同的支架類型，光伏組件工作角度接受的輻照強(qiáng)度曲線也不同，平單軸支架相比固定式支架，單日內(nèi)輻照強(qiáng)度曲線更加平緩，峰值更低，理論上來(lái)講，不限流的情況下，平單軸可以允許更高的容配比。3）固定支架因角度固定，單日內(nèi)光伏組件工作角度接收到輻照強(qiáng)度變化劇烈，有明顯峰值；理論上來(lái)講，全年的不同季節(jié)的最大峰值變化（輻照強(qiáng)度的峰值）也會(huì)很大。4）平單軸支架跟蹤技術(shù)，可以使光伏組件工作角度接受的輻照強(qiáng)度更快的達(dá)到峰值，并且穩(wěn)定?。?:00~16:00），因此組件輸出功率曲線會(huì)更加平緩。5）通過(guò)對(duì)比正面和正面+背面輻照強(qiáng)度可得，平單軸支架正午時(shí)段（11：00~15:00），背面反射率更高，能夠更好的匹配雙面組件；中緯度地區(qū)（我國(guó)光資源優(yōu)越的地區(qū)大部分處于中緯度）春分以后，平單軸的發(fā)電量會(huì)提升很快。

因收集的數(shù)據(jù)限制，結(jié)論難免偏頗，歡迎同行交流、指正。

最大組串內(nèi)組件串聯(lián)數(shù)量計(jì)算公式（單面、雙面均通用）

K    光伏組件的開(kāi)路電壓溫度系數(shù)

N    光伏組件串聯(lián)數(shù)（N取整）

T     光伏組件晝間環(huán)境極限低溫

Vdcmax   逆變器和光伏組件允許的最大系統(tǒng)電壓，取兩者小值（直流）

Voc    光伏組件的開(kāi)路電壓

 低輻照修正系數(shù)，通常取值為0.93，不同組件略有差異

以河北南部某項(xiàng)目地為例，計(jì)算結(jié)果如下：

注：M10-540為 采用182硅片540Wp產(chǎn)品，M12-540為采用210硅片540Wp產(chǎn)品

以某知名逆變器廠家3125KW產(chǎn)品為例，雙面增益10%且無(wú)限流時(shí)，計(jì)算得出：

1）組件輸出電壓隨輻照度變化不大，大體在0.93~1之間（不考慮溫度影響）；組件輸出電流與輻照度成正比，雙面組件時(shí)需考慮背面輻照強(qiáng)度增加。2）同一功率的不同類型的組件，組串內(nèi)串聯(lián)組件數(shù)量不同，同時(shí)輸出電流不同導(dǎo)致并聯(lián)數(shù)量不同，計(jì)算可得，不同組件接入逆變器的容量難以滿足公倍數(shù)關(guān)系，因此不同類型組件的容配比必然有差異。如果不同類型組件采用同一容配比計(jì)算電站BOS等，必然與事實(shí)不符，對(duì)比結(jié)果不準(zhǔn)確。

下圖為某知名逆變器廠家的集中式逆變器的效率曲線

通過(guò)上面曲線可得：1）在逆變器的MPPT電壓范圍內(nèi)，組串工作輸出電壓越接近1160V，逆變器效率越高。2）逆變器輸出功率/額定功率≥20%，組串輸入電壓在1160V以上逆變器效率最優(yōu)，組串輸出不同電壓效率基本相同無(wú)明顯差異。

組串工作狀態(tài)輸出電壓：

3.1 極端工作條件組串輸出電壓：

注：工作電壓低輻照修正系數(shù)取值0.97；組串長(zhǎng)度①為開(kāi)路電壓參照低輻照修正后計(jì)算的組串內(nèi)的串聯(lián)組件數(shù)量；組串長(zhǎng)度②開(kāi)路電壓無(wú)低輻照修正計(jì)算的組串內(nèi)串聯(lián)的組件數(shù)量。

3.2 極端工作條件組串輸出電壓

注：組串長(zhǎng)度①為開(kāi)路電壓參照低輻照修正后計(jì)算的組串內(nèi)出串聯(lián)的組件數(shù)量；組串長(zhǎng)度②開(kāi)路電壓無(wú)低輻照修正計(jì)算的組串內(nèi)串聯(lián)的組件數(shù)量

通過(guò)以上測(cè)算可得，通過(guò)增加低輻照修正得出的最優(yōu)組串長(zhǎng)度（M10產(chǎn)品為30，M12產(chǎn)品為38），組串在此工作狀態(tài)下輸出的電壓能完美匹配逆變器的最優(yōu)效率，可以保證逆變器的最佳的效率狀態(tài)，從未提升系統(tǒng)效率。如無(wú)參照低輻照修正的組串（M10產(chǎn)品為28，M12產(chǎn)品為36），其工作電壓輸出過(guò)低，偏離逆變器最佳效率狀態(tài)，從而導(dǎo)致逆變器轉(zhuǎn)換效率下降，降低系統(tǒng)效率。

4.1 與平單軸支架匹配時(shí)，組件工作角度全天接收到的輻照強(qiáng)度變化比固定式支架更低，同時(shí)，峰值輻照強(qiáng)度保持的小時(shí)數(shù)更長(zhǎng)，因此在不限流或輕微限流的條件下，平單軸支架可以允許更高的的容配比。

4.2 平單軸支架成本和發(fā)電收益與組件橫排和豎排關(guān)系很大，豎向排布無(wú)疑能夠顯著降低支架和組件成本，同時(shí)降低直流線損；另外，平單軸支架市場(chǎng)占比逐步增加，已成地面電站的主流，因此組件豎向排布，引出線短線的設(shè)計(jì)更適合地面電站應(yīng)用。

4.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)測(cè)算的組件輸出參數(shù)相比標(biāo)稱數(shù)值更有參考意義。我國(guó)已成為全球第一大光伏市場(chǎng)，累計(jì)安裝量也已遠(yuǎn)超其他國(guó)家，有海量光伏電站運(yùn)行記錄和實(shí)際觀測(cè)的氣象數(shù)據(jù)，及時(shí)收集和分享這些數(shù)據(jù)對(duì)我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有重大參考意義和價(jià)值。

4.4 不同組件產(chǎn)品的組串功率（組件標(biāo)稱功率×組串內(nèi)組件數(shù)量）相差很大，逆變器容量不是組串標(biāo)稱功率的公倍數(shù)關(guān)系，因此不同類型組件不宜采用同一容配比數(shù)值作對(duì)比計(jì)算。

4.5 容配比建議，通過(guò)氣象數(shù)據(jù)和組件標(biāo)稱修正計(jì)算出組串長(zhǎng)度（組串內(nèi)串聯(lián)組件數(shù)量），然后在不限流或是輕微限流時(shí)計(jì)算出并聯(lián)組串?dāng)?shù)量，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出逆變器允許接入的直流容量和容配比。