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光伏系统设计中的组件超配与投资收益提升 —— 超配方案中的逆变器选型及影响

发表于:2015-05-18 11:04:40 来源:pv-tech
通过合理的超配方案设计,可以实现对光伏系统的优化,发电量进一步提升,系统平均化度电成本(Levelized Cost Of Electricity, LCOE)进一步降低,投资方整体收益进一步提升。

组件超配方案设计中,需要考虑当地光照条件、系统损耗、铺设倾斜角度等因素的影响,同时,逆变器的性能和选型也十分重要。集中型逆变器由于单机容量大,过载能力强,比组串型逆变器更适于超配。此外,超配后由于接入逆变器的组件容量提高了,会不会超过逆变器的运行范围,造成逆变器长期过载运行而影响逆变器安全?限功率运行时,直流电压会不会超过逆变器的允许范围?带着这些疑问,我们做了详细分析。

一、集中型逆变器设计超配方案更灵活

在光伏系统设计中,光伏组件是以组串为单位接入逆变器的。以常见的地面电站为例,一般每串22块组件,以每块组件为250Wp计算,也就是每个组串的功率为5500W。在系统设计中,不论是否进行超配,不论是选用集中型还是组串型,方案都必须满足每个逆变器所接入的组件容量为5500W的整数倍数这一基本要求。
以国内市场上主流的30KW额定功率的组串逆变器、和500KW额定功率的集中逆变器,可实现超配的容配比方案进行比较,如下表:

表1:组串型和集中型逆变器在相同容配比范围内可实现的超配方案对比
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如表1所示,在容配比(容配比=组件功率/逆变器额定功率)0.92到1.50之间,30KW的组串逆变器可现实4种方案,500KW的集中逆变器可实现53种方案;也就是说,在容配比1.5以下,选用30KW的组串型逆变器仅有3种超配方案设计,选用500KW的集中型逆变器则可以有46种超配方案设计,可以满足不同项目配置的需要。

另外,部门厂家的组串式逆变器,直流输入端子数量都是按照标准额定容量配置的,无法接入更多的组串数量,尤其是针对光照资源较差的二三类区域,容配比可以相对较大的情况下,由于输入端子数量的限制,根本无法实现最优的容配比,而采用集中型逆变器方案中,因为有直流汇流箱对组串的汇流环节,可接入的组串数量基本不受限制,进行超配方案时非常灵活。

二、超配对逆变器的影响

超配时,由于组件容量超过逆变器容量,对逆变器的安全运行有哪些影响呢?

1、逆变器是否会过载运行

补偿超配时,去除系统损耗后,逆变器实际输出的最大功率等于逆变器的额度功率,在逆变器的正常工作范围内,这很容易理解。而主动超配时,去除系统损耗后,若组件都工作在最大功率点,则将超过逆变器额度功率,会造成逆变器过载运行,甚至会超过逆变器的工作范围到达逆变器过载保护点,这是不允许的。如何解决这个问题呢?唯一的办法只有限制组件的输出,也就是通过逆变器控制,使得组件输出偏离最大工作点,以确保逆变器输出不超过其额度功率。由此可见,超配仅增加了逆变器满载运行的时间,提高了逆变器的利用率。逆变器不会过载运行,也就不会超过逆变器的运行范围。

2、限功率运行时会有哪些影响

由组件输出特性可知,在主动超配时,由于系统部分时间段内出现了限功率运行,逆变器控制组件输出偏离最大功率点,如下图所示,当工作点由A点向右偏离到C点时,组件输出电流减小,输出电压将升高。

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主动超配中限功率运行时,组件工作点偏离

由图1曲线可见,当超配的功率越大,被限制的功率也就越大,每块组件的输出电流越小,组件工作点越向右偏移,电压越大,也就是说,超配功率越大,输出电压越高。通过分析计算,可获得不同容配比下逆变器实际工作电压如表2所示。可见,当容配比为1.5倍时,逆变器实际工作电压电压从MPPT电压673V抬升到770V,在逆变器的允许工作范围内。也就是说,即使在超配1.5倍时,系统的直流电压也不会影响逆变器的安全运行。

表2 不同超配比例下逆变器实际过电压

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三、总结

通过分析,在系统超配设计过程中,逆变器的选型十分关键,集中式逆变器由于单机容量与单个组串容量比值大,过载能力强,因此可方便的进行不同比例的配置,设计灵活,满足不同区域容量各异的要求。同时,合理的超配对逆变器及系统的正常工作没有任何影响,不会超过逆变器的安全运行范围。

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