同学:你是否听说过,光伏组件:逆变器=1.2:1也许是经济效益最好的配比?
一、引言
前两天为国电青海分公司做一个格尔木的技改方案。设计方案为一个发电单元光伏组件的总容量为1019.3kW,接入2台500kW逆变器后,再接入1台1000kVA箱式变压器。
业主提出质疑:1019.3kW已经超过1000kW,而且我们这里的太阳能资源非常好,经常会超发,是否要用2台630 kW逆变器和1台1250kVA箱式变压器。
由于一个发电单元4000片左右的光伏组件组成,除非用250W组件,否则,1个发电单元的容量基本都是比1000kW略大或略小,不可能正好是1000kW的,而工程设计中一般会略微超出一点。
因此,业主提出的这个疑问其实是我工作中经常被问道的。
其实,光伏组件:逆变器=1:1是原来的常规设计,现在,大家更多的是在探讨光伏组件:逆变器=1.2:1是否更合适。
这个问题我们分两个层次来讨论吧。
二、光伏组件容量略大是否有问题?
首先,先回答业主的质疑,即1019.3kW的光伏组件是否能接入2台500kW逆变器和1台1000kVA箱式变压器?
下图是甘肃武威(我国资源最好的地区之一)5月19日(全年发电量较高的月份)一个1MW发电单元的出力曲线(引用自王斯成老师的PPT)。图中的单位为W。
![从改变光伏设备配比提高项目收益](http://www.21spv.com/file/upload/201410/15/14-59-50-16-825.png)
就固定式而言,即使在太阳能资源最好的地区,光伏组件真正能接收到1000W/m2以上的辐照度,时间大概也就中午1点前后的1~2个小时。此时,光伏组件可以实现满发,而其他大部分时候,由于辐照度低,光伏组件的输出功率都比装机容量低很多(如图中的黄线)。
但即使光伏组件满发,到逆变器那里还会有折减。还是引用王斯成老师PPT的中的一张图片。
![从改变光伏设备配比提高项目收益1](http://www.21spv.com/file/upload/201410/15/15-00-15-99-825.png)
图2 光伏电站PR损失示意图
从这张图中我们可以看到,从光伏组件到逆变器、箱变之间,有很多环节的出力损失。从箱变出来以后,只有一项交流线损。
假设整个电站的PR为84%(已经算比较高了,一般电站很难达到),交流线损按1%考虑,那箱变之前的系统效率会折减约15%。也就是说,光伏组件出力的85%才能到达箱变。这也就解释了,为什么图1中1MW固定式的最高出力只有0.82MW。
因此,即使在太阳能资源条件好,光伏组件满发的情况下,1019.3kW的光伏组件输出功率到逆变器大约为900kW(88%),到箱变大约在866kW左右(按85%)。现有的2台500kW逆变器和1000kVA箱式变压器容量能够满足要求。
从图1中可以看出,发电时间从9点~17点,约8个小时,而达到0.8MW出力的时间只占25%。因此,如果光伏组件:逆变器=1:1时,逆变器容量基本都是大幅浪费的。
通过上述分析,我们可以得到的结论是:1)光伏组件容量略大于逆变器是没有问题的!2)逆变器、箱变等设备,大部分时间是没有办法达到满负荷运转的!
三、光伏组件:逆变器=1.2:1是否合适?
其次,来分析一下最佳配比的问题。
下图是一个青海地区(除西藏外,资源最好的地区)9月13日光伏组件:逆变器比例分别按1:1和1.2:1时,光伏组件和逆变器输出功率图(图片来自王斯成老师的PPT)。
![从改变光伏设备配比提高项目收益2](http://www.21spv.com/file/upload/201410/15/15-00-40-69-825.png)
图3光伏组件:逆变器=1:1时的功率输出
![从改变光伏设备配比提高项目收益3](http://www.21spv.com/file/upload/201410/15/15-01-45-35-825.png)
图4光伏组件:逆变器=1.2:1时的功率输出
图3和图4对比可以看出,光伏组件:逆变器=1.2:1时,会产生一定比例的弃光,但逆变器和箱变的利用效率就会提高。
哪头更划算?我们来算一算。
为了算清楚,先来以一个50MWp光伏电站(建110kV升压站)为例,看一下光伏电站投资的构成。
我把光伏电站的投资大概归纳成10项。当光伏组件:逆变器=1.2:1时,那前5项的费用会增加,后5项基本不变。
![从改变光伏设备配比提高项目收益4](http://www.21spv.com/file/upload/201410/15/15-02-26-42-825.png)
从上表可以看出,比例增大后,总造价增加了5033万元。
另一方面:50MW光伏电站,综合效率80%,首年等效利用小时1800,年发电量72GWh。
如果单将光伏组件增加20%,则60MW光伏电站,综合效率80%,首年等效利用小时1800,年发电量86.4GWh。理论年增收:1296万元(按0.9元/kWh考虑)。
前文提到了,会有一定的弃光率。如果弃光率按1.24%考虑,年增收1280万元。
如果光伏组件按10年衰减10%,25年衰减20%考虑,则该光伏电站25年平均的满发小时数为1598h(在西部地区不算高)。在此基础上计算:新增5033万元的投资回收期仅为4年,大大低于常规光伏电站7年的投资回收期;新增部分投资内部收益率为24%!
如果以一个50MW的电站为基础,投资按9000元/kW考虑,总造价为45000万元。当“光伏组件:逆变器”按下列不同比例计算时,增加部分造价按503.3万元/MW(以上文的分析数据为基础)考虑,则资金的投入产出比如下表所示。
![从改变光伏设备配比提高项目收益5](http://www.21spv.com/file/upload/201410/15/15-02-43-78-825.png)
从上表可以看出,当25年平均满发小时数为1598h时,光伏组件:逆变器=1.2:1也许是一个最佳比例。
当然,如果太阳能资源条件不同(即满发小时数不同),弃光率和发电量会发生变化,这个比例会发生变化。因此,最佳比例是会发生变化的,但可以肯定的是:光伏组件比逆变器的容量多一些,资金的投入产出比会更好。
四、小结
总结一下:
1)由于光伏组件的发电量传送到逆变器,中间会有很多环节造成折减,因此,光伏组件容量略大于逆变器是没有问题的!
2)逆变器、箱变等设备,大部分时间是没有办法达到满负荷运转的!
3)当25年平均满发小时数为1598h时,光伏组件:逆变器=1.2:1也许是一个最佳的设计比例。