光伏電站建設(shè)中組件與逆變器容配比最優(yōu)方案研究

王家祥

摘要：光伏電站建設(shè)過程中，確保組件與逆變器容配比最優(yōu)，是提高電站運(yùn)行效率、減少變壓器浪費(fèi)，以及減輕產(chǎn)出壓力的主要途徑。基于此，本文主要以某電站為例，對光伏電站建設(shè)中組件與逆變器容配比最優(yōu)方案進(jìn)行了研究，通過一系列分析，確定了最優(yōu)的配置比，希望能夠為有關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：光伏電站;組件;逆變器;容量配比;最優(yōu)方案

前言：近些年來，隨著世界各國能源儲量的不斷下降，光伏發(fā)電逐漸成為了電力領(lǐng)域主要的發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)的煤礦能源相比，以光作為電力的主要來源，可有效減輕環(huán)境污染問題，且有助于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在光伏電站建設(shè)的過程中，組件與逆變器建設(shè)是兩項重要問題。兩者之間需要相互配合，保證容量配比合理，才能夠使發(fā)電效益最大化。可見，有必要對相應(yīng)配比方案進(jìn)行研究。

1 某光伏電站建設(shè)概況

本光伏電站建設(shè)項目，位于國內(nèi)某省，屬于I類光資源區(qū)域。在煤炭資源儲量不斷下降的今天，國家對本電站建設(shè)投入了大量的資金以及技術(shù)，且收獲了一定的成果。相關(guān)資料顯示，本研究所選的光伏電站，標(biāo)準(zhǔn)容量為20MW，實際裝機(jī)時，相關(guān)人員同樣對容量進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)容量為20.2MW。為保證電站能夠正常運(yùn)行，工作人員在光伏電站內(nèi)，共配置了40臺集中式逆變器，逆變器額定功率為500kW，能夠有效滿足供電需求。通過觀察發(fā)現(xiàn)，本電站全年等效利用小時數(shù)較以往明顯增加[1]。由此可見，此光伏電站在建設(shè)完成后，運(yùn)行狀態(tài)相對良好。但為了進(jìn)一步增加發(fā)電量，降低變壓器負(fù)擔(dān)，確保能夠在一定程度上取代火力發(fā)電，還需要對組件與逆變器的容量配比進(jìn)行優(yōu)化控制。可見，在社會對可持續(xù)發(fā)展問題重視程度不斷增加的今天，有必要對相應(yīng)的優(yōu)化控制方法進(jìn)行研究。

2 光伏電站建設(shè)中組件與逆變器容配比最優(yōu)方案

2.1 光伏電站建設(shè)中組件與逆變器容選擇要求

2.1.1 光伏電站建設(shè)中組件選擇要求

在光伏電站運(yùn)行的過程中，工作人員需要通過排布陣列的方式，對組件進(jìn)行安裝，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)安裝情況，對逆變器進(jìn)行選擇。通常情況下，需要按照電站的電壓與功率兩項參數(shù)，設(shè)計出多組組件與逆變器配比方案，并從中選擇最優(yōu)方案進(jìn)行建設(shè)。在電站中，電池組件屬于組件中常見的一種，該組件的連接方式，一般以串聯(lián)為主[2]。為確保電站能夠正常運(yùn)行，在對電池組件進(jìn)行連接時，應(yīng)保證相互連接的電池型號具有一致性。在組件串聯(lián)完成后，電站可通過并聯(lián)的方式，對其進(jìn)行繼續(xù)連接，使其形成分組陣列，為電站的持續(xù)運(yùn)行提供能源。

2.1.2 逆變器選擇要求

單獨(dú)對電池組件進(jìn)行選擇，難以滿足光伏電站的運(yùn)行需求，需要同時對逆變器進(jìn)行優(yōu)化選擇。光伏電池經(jīng)過串聯(lián)、并聯(lián)兩種方式相互連接后，應(yīng)進(jìn)一步與逆變器直流側(cè)進(jìn)行連接。合理選擇逆變器，是保證連接有效的關(guān)鍵。逆變器的具體選擇要求如下：第一，如組件的電壓，在逆變器直流電壓之下，后者往往難以持續(xù)工作[3]。因此，發(fā)電的過程將無法順利進(jìn)行，光伏電站無法發(fā)電。考慮到上述問題，需要將上述情況排除在逆變器選擇需要考慮的問題之外。太陽光輻照閾值，屬于逆變器選擇需要關(guān)注的重點問題。第二，在對光伏陣列功率進(jìn)行確定時，需要保證其最大值在逆變器額定容量之下。

2.2 輻射數(shù)據(jù)實際測量分析

根據(jù)上文分析可知，輻射數(shù)據(jù)屬于影響光伏發(fā)電效果，以及組件與逆變器配比的主要因素。因此，本研究對變電站的輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行了實際測量與分析。測量的過程中，采樣時間間隔設(shè)置為了1min，共采集樣本5萬組，能夠充分滿足分析需求。本次測量，主要得出了以下研究結(jié)果：（1）每年的5月份，屬于當(dāng)?shù)剌椛淞孔畲蟮脑路荨Ｔ谠撛路葸M(jìn)行光伏發(fā)電，電力輸出可保持在平穩(wěn)且較高的狀態(tài)。（2）以“日”為單位，對當(dāng)?shù)氐妮椛淝闆r進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)厝蛰椛淞繜o明顯差異，日照的時間長度，是影響日輻射量的主要因素。（3）每年5～8月份，本地區(qū)總輻射量可達(dá)到1kW/m2乃至以上的水平，需要在上述月份重點對能源進(jìn)行收集。（4）達(dá)到10月份時，本地區(qū)空氣質(zhì)量可達(dá)到最好的水平，輻射情況同樣較為良好。

2.3 不同容量配置的比值

在本文的試驗當(dāng)中，選取了基于實測輻射數(shù)據(jù)的方式，以此來實現(xiàn)對該光伏電站的全年逐時的發(fā)電功率的計算，并按照一下的步驟進(jìn)行試驗的進(jìn)行。

（1）首先需要對光伏組件容量以及逆變器容量配比值進(jìn)行實際的選擇，分別為1：1.05、1：1.1、1：1.15，從而進(jìn)行全年逐時發(fā)電功率的選擇。

（2）之后還需要進(jìn)行光伏電站實際效率的差異性選擇，并且在光伏組件方面，在組件到逆變器當(dāng)中的直流母線的實際效率上，分別取值75%、80%，并按照上一步驟的方法進(jìn)行計算，同時將得出的結(jié)果進(jìn)行折算。

（3）試驗中還需要充分考慮到逆變器所具有的短時超發(fā)的能力范圍，并對超過逆變器標(biāo)稱功率的100%、106%以及111%時，所造成的能量損失進(jìn)行相關(guān)計算。

（4）在經(jīng)過1-3步驟的試驗之后，對計算結(jié)果進(jìn)行計算，之后再綜合光伏組件超配增發(fā)的實際功率，需要和不同的效率值以及逆變器當(dāng)中的不一致超發(fā)能力所發(fā)的增發(fā)功率進(jìn)行比較和分析。

（5）在光伏電站的綜合單位投資過程中，其具體的資金取值為單晶雙面1.4-1.5元/w;EPC價格在3.8元/w，使其進(jìn)行光伏電站的新增投資比例的相關(guān)計算。

（6）最終再通過第四步以及第五步的計算，使其對實際的發(fā)電量以及投資進(jìn)行比值的計算。

2.4 組件與逆變器容量配比方案的制定

首先在進(jìn)行光伏發(fā)電站的建設(shè)過程中，需要重視其前期的設(shè)計階段。例如需要進(jìn)行建設(shè)現(xiàn)場的實地考察，對現(xiàn)場的太陽能資源進(jìn)行實地的檢測，并將檢測的數(shù)據(jù)整理成相關(guān)的材料，以幫助建設(shè)的光伏發(fā)電站的設(shè)備選擇以及后期的數(shù)據(jù)分析提供可靠的數(shù)據(jù)支持。在本文的試驗和探討當(dāng)中，試驗的結(jié)果和數(shù)據(jù)都是基于進(jìn)行了場地的輻射數(shù)據(jù)的測量，并依據(jù)不同的輻射程度以及能量分布的不同來進(jìn)行分析。一旦不同的場地的計算時，就需要重新的帶入場地當(dāng)中的數(shù)據(jù)信息，重新的進(jìn)行相關(guān)計算。

在進(jìn)行光伏電站的建設(shè)過程中，需要避免在該地區(qū)內(nèi)讓光伏電站的組件與逆變器容量呈現(xiàn)等比的配比方式。并且在建立出的模型來看，無論逆變器有沒有具備良好的超發(fā)能力，其計算出的最佳容量配比都不是等比的情況。

對于光伏電站的實際效率方面，能夠直接影響到最佳的容量配比。因此提升電站的效率性，就意味著最優(yōu)配置將會降低。在電站的建設(shè)過程中，會由于光伏組件低投入而導(dǎo)致成本的降低，同時還能夠提升電站的整體收益性。

在發(fā)電站相關(guān)設(shè)備的型號選擇方面，需要考慮到當(dāng)?shù)厮芫邆涞膶嶋H太陽能資源，從而來選擇合理且具備較短時間的逆變器。在該地區(qū)內(nèi)，需要選擇具有111%能力值的逆變器。光伏發(fā)電站當(dāng)中的最有容量配比會受到太陽能資源、電站效率、逆變器超發(fā)能力以及各種組件的定價所影響。

通過對上述分析結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，需要將光伏發(fā)電站進(jìn)行最優(yōu)容量配置比的設(shè)定，才會不斷的提升光伏發(fā)電站的綜合效益值，保障光伏發(fā)電站可以在保障經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上提升效率性。

結(jié)論：綜上所述，光伏電站需要依據(jù)不同的輻照量以及不同的地區(qū)進(jìn)行上網(wǎng)的針對性定價，此方案能夠有效緩解輸入與輸出困難的問題，且能夠節(jié)約建設(shè)支出，有助于減輕變壓器壓力，改善發(fā)電效果，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。未來，光伏發(fā)電站可以嘗試以此配比為基礎(chǔ)而運(yùn)行，在實踐中總結(jié)經(jīng)驗，為自身的長遠(yuǎn)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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