關于光伏電站設計和設備選型的思考

文章來源：投稿，不代表光伏們觀點，僅供讀者參考；

作者：北京晶澳太陽能技術支持總監(jiān)   杜玉雄

摘要：本文通過收集部分地區(qū)的輻照強度數據，介紹了地面電站光伏方陣容配比設計建議，通過設備輸出性參數對比，分析了常見類型組件和逆變器的最佳容配比的設計思路。在分析對比的基礎上，提出了設備選型和組件與支架匹配建議。

關鍵詞：光伏電站；輻照強度；容配比；組件輸出特性；設備選型

隨著行業(yè)技術發(fā)展和進步，光伏產品類別多樣，大的分類光伏組件有單面和雙面產品，同時有158、166、182和210多種硅片尺寸并行，常見的支架有固定式、固定可調式，平單軸跟蹤等等。多樣化的氣象條件也決定了電站設計的復雜性，本文通過收集的氣象數據，針對組件輸出特性，提出設備選型建議和系統(tǒng)設計建議以供同行參考。

寧夏某項目輻照強度數據 固定式支架

內蒙古某項目4月3日輻照強度數據   固定式支架

青海某項目4月7日輻照強度數據   平單軸支架

通過以上數據分析得知：1）不同區(qū)域光資源差異很大，早晨到傍晚太陽東升西落，單日內逐時輻照強度變化很大。2）不同的支架類型，光伏組件工作角度接受的輻照強度曲線也不同，平單軸支架相比固定式支架，單日內輻照強度曲線更加平緩，峰值更低，理論上來講，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，單日內光伏組件工作角度接收到輻照強度變化劇烈，有明顯峰值；理論上來講，全年的不同季節(jié)的最大峰值變化（輻照強度的峰值）也會很大。4）平單軸支架跟蹤技術，可以使光伏組件工作角度接受的輻照強度更快的達到峰值，并且穩(wěn)定?。?:00~16:00），因此組件輸出功率曲線會更加平緩。5）通過對比正面和正面+背面輻照強度可得，平單軸支架正午時段（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)電量會提升很快。

因收集的數據限制，結論難免偏頗，歡迎同行交流、指正。

最大組串內組件串聯(lián)數量計算公式（單面、雙面均通用）

K    光伏組件的開路電壓溫度系數

N    光伏組件串聯(lián)數（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    光伏組件的開路電壓

 低輻照修正系數，通常取值為0.93，不同組件略有差異

以河北南部某項目地為例，計算結果如下：

注：M10-540為 采用182硅片540Wp產品，M12-540為采用210硅片540Wp產品

以某知名逆變器廠家3125KW產品為例，雙面增益10%且無限流時，計算得出：

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，雙面組件時需考慮背面輻照強度增加。2）同一功率的不同類型的組件，組串內串聯(lián)組件數量不同，同時輸出電流不同導致并聯(lián)數量不同，計算可得，不同組件接入逆變器的容量難以滿足公倍數關系，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算電站BOS等，必然與事實不符，對比結果不準確。

下圖為某知名逆變器廠家的集中式逆變器的效率曲線

通過上面曲線可得：1）在逆變器的MPPT電壓范圍內，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取值0.97；組串長度①為開路電壓參照低輻照修正后計算的組串內的串聯(lián)組件數量；組串長度②開路電壓無低輻照修正計算的組串內串聯(lián)的組件數量。

3.2 極端工作條件組串輸出電壓

注：組串長度①為開路電壓參照低輻照修正后計算的組串內出串聯(lián)的組件數量；組串長度②開路電壓無低輻照修正計算的組串內串聯(lián)的組件數量

通過以上測算可得，通過增加低輻照修正得出的最優(yōu)組串長度（M10產品為30，M12產品為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。如無參照低輻照修正的組串（M10產品為28，M12產品為36），其工作電壓輸出過低，偏離逆變器最佳效率狀態(tài)，從而導致逆變器轉換效率下降，降低系統(tǒng)效率。

4.1 與平單軸支架匹配時，組件工作角度全天接收到的輻照強度變化比固定式支架更低，同時，峰值輻照強度保持的小時數更長，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系很大，豎向排布無疑能夠顯著降低支架和組件成本，同時降低直流線損；另外，平單軸支架市場占比逐步增加，已成地面電站的主流，因此組件豎向排布，引出線短線的設計更適合地面電站應用。

4.3 系統(tǒng)設計時，結合當地的氣象數據測算的組件輸出參數相比標稱數值更有參考意義。我國已成為全球第一大光伏市場，累計安裝量也已遠超其他國家，有海量光伏電站運行記錄和實際觀測的氣象數據，及時收集和分享這些數據對我們的系統(tǒng)設計有重大參考意義和價值。

4.4 不同組件產品的組串功率（組件標稱功率×組串內組件數量）相差很大，逆變器容量不是組串標稱功率的公倍數關系，因此不同類型組件不宜采用同一容配比數值作對比計算。

4.5 容配比建議，通過氣象數據和組件標稱修正計算出組串長度（組串內串聯(lián)組件數量），然后在不限流或是輕微限流時計算出并聯(lián)組串數量，在此基礎上計算出逆變器允許接入的直流容量和容配比。