如何合理設計光伏電站容配比-古瑞瓦特

隨著全球對可再生能源需求的不斷增長，光伏發電技術得到了快速發展。光伏電站作為光伏發電技術的核心載體，其設計合理性直接影響到電站的發電效率、運行穩定性及經濟效益。其中，容配比作為光伏電站設計中的關鍵參數，對電站的整體性能具有重要影響。本文旨在探討如何合理設計光伏電站的容配比，以提高電站的發電效率和經濟性。

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光伏電站容配比概述

光伏電站容配比是指光伏組件的裝機容量與逆變器設備容量的比值。由于光伏發電的不穩定性以及受環境影響較大的原因，光伏電站容配比單純按照光伏組件裝機容量1:1配置會造成光伏逆變器容量浪費，因此在光伏系統穩定運行的前提下提升光伏系統發電效益，最優的容配比設計應大于1:1。合理化容配比設計不僅可以最大化發電功率輸出，而且還能適應不同的光照條件以及應對部分系統損耗。

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容配比主要影響因素

合理的容配比設計需要結合具體項目的情況綜合考慮，影響容配比的因素包括組件衰減、系統損耗、輻照度、組件安裝傾角等方面，具體分析如下。

1.組件衰減在正常老化衰減的情況下，目前組件首年衰減在1%左右，組件第二年以后的衰減將呈線性變化，30年的衰減率在13%左右，也就是說組件每年的發電能力都在下降，無法持續維持額定功率輸出，因此光伏容配比設計需考慮到電站全生命周期內的組件衰減，以最大化匹配組件發電功率，提高系統效益。

光伏組件30年線性功率衰減曲線

2.系統損耗在光伏系統中，從光伏組件到逆變器輸出之間存在各種損耗，包括組件串并聯及遮擋灰塵損耗、直流電纜損耗、光伏逆變器損耗等，各環節損耗將會影響光伏電站逆變器的實際輸出功率。

PVsyst光伏電站模擬報告如圖所示，在項目應用中可通過PVsyst模擬項目實際配置及遮擋損耗情況;一般情況下光伏系統直流側損耗在7-12%左右,逆變器損耗約1-2%，總損耗約為8-13%;因此光伏組件安裝容量與實際發電數據之間存在損耗偏差。如果以組件安裝容量按照1:1的容配比選擇光伏逆變器，那逆變器實際輸出最大容量只有逆變器額定容量的90%左右，即使在光照最好的時候，逆變器也沒有滿載工作，降低了逆變器和系統的利用率。

3.不同區域輻照度不同組件在STC工作條件下才能達到額定功率輸出(STC工作條件：光照強度1000W/m2，電池溫度25°C，大氣質量1.5時)，如果工作條件未達到STC條件，光伏組件輸出功率必然小于其額定功率，并且光照資源一天之內時間分布也不能全都滿足STC條件，主要是因為早中晚輻照度、溫度等差異較大;同時不同地區輻照度及環境不同對于光伏組件的發電影響也不同，因此項目初期需根據具體區域了解當地的光照資源數據，進行數據測算。

根據國家氣象局風能太陽能評估中心劃分標準，可以了解到不同區域輻照度的具體數據，太陽總輻射年輻照量劃分為四個等級：

太陽總輻射年輻照量等級劃分

全國水平面總輻射分布圖

因此，即使在同一資源地區全年輻照量也有較大差異。意味著相同的系統配置，即相同的容配比下發電量也不盡相同。若要達到相同的發電量，可以通過改變容配比來實現。

4.組件安裝傾角針對用戶側光伏電站同一個項目中會存在不同的屋頂類型，而根據不同屋頂類型將會涉及到不同的組件設計傾角，對應組件接收到的輻照度也有所不同;例如浙江某地工商業項目中存在彩鋼瓦屋頂和混凝土屋頂，設計傾角分別為3°和18°，不同的傾角通過PV模擬傾斜面輻照量數據如下圖所示;可以看到不同角度安裝的組件所接收到的輻照度不同，如分布式屋頂多采用平鋪的方式，則相同容量的組件，輸出能量比有一定傾角的低。

3°傾角總輻射量

18°傾角總輻射量

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容配比設計思路

根據以上分析，容配比的設計主要是通過調整逆變器直流側接入容量，從而提升電站的整體效益;目前容配比的配置方式主要分為補償超配和主動超配。

1.補償超配補償超配是指通過調整容配比，使逆變器在光照最好的時候能達到滿載輸出。這種方式僅考慮到光伏系統中存在的部分損耗，通過增加組件的容量(如下圖所示)，可以補償能量在傳輸過程中的系統損耗，使逆變器在實際使用過程中達到滿載輸出的效果，且沒有削峰損失。

補償超配示意圖

2.主動超配主動超配則是在補償超配的基礎上，繼續增加光伏組件的容量(如下圖所示)。這種方式不僅考慮了系統損耗，還綜合考慮了投資成本及收益等因素。其目標是通過主動延長逆變器滿載工作時間，在增加的組件投入成本和系統發電收益之間尋找平衡點，實現系統平均化度電成本(LCOE)最小。即使在光照不佳的情況下，逆變器也存在滿負載工作，從而延長滿載工作時間;但系統實際發電量曲線將出現如圖所示的“削峰”現象，存在部分時間段內處于限發工作狀態。但是，在合適的容配比值下，系統整體的LCOE是最低的，即收益是增加的。

主動超配示意圖

補償超配、主動超配與LCOE關系如下圖所示，LCOE隨著容配比的提高不斷下降，在補償超配點，系統LCOE沒有到達最低值，進一步提高容配比到主動超配點，系統的LCOE達到最低，再繼續提高容配比后，LCOE則將會升高。因此，主動超配點是系統最佳容配比值。

LOCE/容配比曲線圖

而對于光伏逆變器來說如何滿足系統的LCOE最低，需要足夠的直流側超配能力來實現，對于不同地區尤其針對輻照條件較差的地區需要較高的主動超配方案才能實現延長光伏逆變器額定輸出時間，最大化降低系統的LCOE;例如古瑞瓦特光伏逆變器支持直流側1.5倍超配，可滿足絕大部分地區實現主動超配的兼容能力。

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結論與建議

綜上所述，補償超配和主動超配方案都是提高光伏系統效率的有效手段，但各有側重。補償超配主要關注系統損耗的補償，而主動超配則更注重在增加投入和提高收益之間尋找平衡點;因此在實際項目中建議根據項目需求綜合選擇合適的容配比配置方案。

審核編輯 黃宇