隨著光伏行業(yè)的迅速發(fā)展，在光伏電站系統(tǒng)設計 (尤其在大型工商業(yè)光伏電站和地面電站)中，如何降低組件和系統(tǒng)投資成本，提升光伏投資收益，成為光伏電站系統(tǒng)設計和優(yōu)化的重要目標，在2019年推進平價上網(wǎng)的光伏電站中，降低初始投資和降低度電成本，采取多種技術手段尤為重要。其中光伏電站中的容配比，優(yōu)化設計超配，成為最常用的和最為主要的降本增效的方式之一。
通常講的超配，主要是指直流側超配：光伏方陣的安裝容量與逆變器額定容量之比。在推進平價上網(wǎng)的過程中，隨著光伏組件的價格快速降低，組件的超配更為有利，超配比也得到很大的提高。根據(jù)最新的行業(yè)觀點：我國一類太陽能資源地區(qū)，不宜超過1.2:1;二類太陽能資源地區(qū)，不宜超過1.4:1;三類太陽能資源地區(qū)，不宜超過1.8：1。具體地點和具體項目案例的容配比優(yōu)選，又與當?shù)毓赓Y源情況、地理條件、設備選型、系統(tǒng)損耗、工程造價、上網(wǎng)電價、限發(fā)情況等各種因素有關，需要經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定。
光伏電站的超配，除常規(guī)的直流側超配外，還有交流側超配，光伏區(qū)逆變器的額定容量相對主變容量的配比，或者對于一個發(fā)電單元中組串逆變器額定容量相對該發(fā)電單元箱變容量的配比。
圖1 光伏電站超配分類(非行業(yè)標準分類，僅供參考)
當光伏電站超配后，由于逆變器交流側的輸出瓶頸限制，就會產(chǎn)生直流側限功率和主變側限功率，另一種并網(wǎng)點限功率則是由于調度要求或其他情況，并網(wǎng)點上網(wǎng)功率不能超過某功率或主變額定功率。
相關研究表明，適當提高容配比是降低度電成本和提發(fā)電高收益的有效手段，但由于容配比提高就會存在超配損失和限發(fā)的風險，因此并不是越高越好。當我們在優(yōu)選容配比時，如何分析超配損失和限發(fā)損失呢?PVsyst軟件提供了幾種分析方法。
1、直流側超配損失
采用PVsyst對項目進行建模，概述如下：
(1) 建立項目地地點、氣象信息：輸入項目的經(jīng)緯度，海拔高度，等信息，獲取氣象數(shù)據(jù)。
(2) 做一個光伏系統(tǒng)：組件和逆變器設備選型、系統(tǒng)配置(容配比)、損失項設置，三維建模等。在損失項設置中，Ageing選項卡可以調整衰減及匹配損失設置，在設置模擬第N年。
圖2 Ageing選項卡設置
(3) 模擬運行，讀取Report。
(4) 直流側限功率損失可查看Inverter Loss Over Nominal Inv. Power對應的損失項。
2、PVsyst限功率運行逐年模擬
限功率運行模擬方式，在PVsyst軟件有Energy manager，它有三個選項卡，其中第二項Grid power limitation，在模擬過程中應用并網(wǎng)限功率模式，可以填入限制的功率值。其中功率限制點又有兩個選型，其一是在逆變器處，限制逆變器的輸出，注入電網(wǎng)的功率通過逆變器后定義的損耗(交流電纜、變壓器等)會進一步降低。其二是在并網(wǎng)點處，限制并網(wǎng)點的上網(wǎng)功率，逆變器的輸出功率將更高一些用于來補償逆變器后的損失。該選項卡顯示限功率的數(shù)值、逆變器的容量、光伏組件的容量，給出了光伏組件容量和限功率的比值power ratio，如圖3。當比值大于2:1時，軟件提示是不合理的配比。
圖3 以10MW案例限功率模式設置
分析每年限功率的情況，在Ageing中，依次選擇第N年模擬，查找report中能量流損失圖最后一項，即可看到因逆變器超配和并網(wǎng)點限電造成的發(fā)電量損失，如圖4。該分析方法雖然可以直觀的限電損失比，但缺點在于并網(wǎng)點只能設置恒功率限發(fā)，不能設置不同時間段的非恒功率限發(fā)。
圖4 逆變器超配和并網(wǎng)點限發(fā)損失示意圖(圖3 案例)
3、PVsyst逐年逐小時功率分析
在Grid power limitation中，取消限功率模擬，即按照正常模擬分析。通過調取8760個小時數(shù)據(jù)，分析篩選并網(wǎng)點功率超過設置功率的數(shù)據(jù)，可以統(tǒng)計和分析出逆變器超配損失情況以及并網(wǎng)點限發(fā)損失情況。逐小時數(shù)據(jù)分析，較為繁瑣，但便于分析過程信息。
4、PVsystAgeing Tool工具模擬
Advanced simulation模塊中，采用ageing tool工具，可代替逐年模擬的工作，一次性模擬25年或30年的發(fā)電量分析。首先設置的是模擬周期——smulation done every(years)每幾年模擬一次，其次是模擬年限——總的年數(shù)。量參數(shù)均可調，周期越短，即分析的數(shù)量越多，模擬用時越長;總的年數(shù)越多，用時越多;選擇周期和總年數(shù)后，下面即顯示模擬的年數(shù)，可選擇是否生成報告和變量。模擬完成后，可在report中查閱25年或模擬年限中組件逐年衰減參數(shù)、每年發(fā)電量及PR值。若需查找逐年的超配損失數(shù)據(jù)，需查找逐年的report，此時需設置模擬周期為1年并生成report。
圖5 Ageing Tool分析
5、總結
光伏電站的超配設計，可以有直流側超配、交流側超配以及交直流組合超配，以達到降低光伏電站的造價的目的。在棄光和限發(fā)損失方面，既有逆變器限發(fā)損失，也有按并網(wǎng)點最大功率限制的限發(fā)損失。本文基于PVsyst功能，介紹了幾種分析方法，是否限功率運行分析，Ageing Tool和逐小時分析。
