最佳度电成本：平单轴跟踪光伏发电系统容量配比研究

针对目前平单轴跟踪光伏发电系统组件与逆变器容量配比普遍采用1.2:1 左右的现状，本文通过选取4 个典型地区的年小时辐射量数据，计算组件与逆变器容量配比范围在1:1～1.8:1 的最佳度电成本(LCOE)，以获得最佳容量配比，并给出了日照资源对最佳容量配比的影响分析。此外，还分析了LCOE 计算的各参数变化对LCOE 和组件与逆变器最佳容量配比的影响，最终给出了平单轴跟踪光伏发电系统容量配比的研究结果。

一

典型地区的辐射量数据

为了更好地进行平单轴跟踪光伏发电系统配置的优化原则的研究，本文分别选取了苏州、阳泉、拉萨及格尔木这4 个地区一年中的月每小时辐射量数据( 数据来源：METEonORM 7.1)，并根据该数据绘制了4 个地区的日照资源分布趋势图，如图1 所示。

从图1 可以看出：

1) 月每小时平均辐射量数据的分布可近似为正弦曲线，因此每月日照辐射量越高的地区，该地区的月日照资源越好。

2) 格尔木、拉萨两地的日照资源要比阳泉、苏州两地的日照资源更为丰富，前两者的最高平均日照辐射量及每个月的平均辐射量均优于后两者。

3) 近似同一经度的两个不同地区的日照资源分布也有较为明显的差异。以格尔木(36°24′N，94°53′E) 和拉萨(29°30′N，91°15′E) 为例，格尔木的最高月每小时平均辐射量优于拉萨(5 月份)，而拉萨在每月每小时平均辐射量上则优于格尔木，具体表现为：拉萨月最高日照强度分布于640～810 W/m2，并且每月之间的差异不大;而格尔木月最高日照强度分布在480～880 W/m2，且每月之间的差异很大。

二

超装对光伏电站的影响

本文将从光伏电站的收益、设备利用率、设备运行安全性、出力特性等方面分析平单轴跟踪光伏发电系统超装对光伏电站的影响。下文为光伏电站PR 效率的常用计算方法。

2.1

光伏电站的主要损耗

光伏电站的PR 效率ηPR 可用式(1) 求得：

式中，ηshield 为灰尘及遮挡带来的功率损失，本文取7.5%;ηTemp. 为温度带来的功率损失，本文取3.5%;ηdispatch 为串、并联的功率损失，本文取2%;ηDCcable 为直流线损，本文取3%;ηInverter为逆变器损耗，本文取2.5%;ηACcable 为交流线损，本文取1%;ηTrans. 为变压器损耗，本文取2%。功率在传输至逆变器时，其前端即DC 侧的效率为：

这意味着当组件与逆变器的容量配比为1:1时，在日照强度达到1000 W/m2 时，逆变器所能得到的最大输入功率只有其额定输出功率的84.85%，即设备始终无法全容量运行;同理，其后端的变压器的最大工作容量只有其额定容量的84.85%( 若考虑变压器可长期1.1 倍额定容量运行，则为77.14%);并且由于日照强度是按近正弦曲线分布的，设备在最大功率运行的时间是很少的( 每天约1 h)，因此，在该容量配比下，逆变器及其后端设备的利用率很低。

2.2

超装对光伏电站的影响分析

图2 为逆变器超装前后的输出功率曲线对比。

从图2 可以看出，光伏电站超装后：

1) Pmax> P ′max。当逆变器更多时间以额定输出功率工作时，逆变器及变压器的设备利用率可以有效提高。

2) T2–T1>T2′–T1′，即超装后的逆变器工作时间更长。由于逆变器需在直流输入功率达到其启动阈值后才能启动，在同样的日照强度下超装后光伏电站的光伏组件可输出更高功率，尤其是在早晚时段，因此可获得更多的发电量收益。

3) 超装后逆变器的输出功率由未超装时的近似正弦分布变为近似梯形分布，这使光伏电站的输出功率变得更加稳定，也更有利于电网公司对光伏电站进行有功功率的调度。

4) 由于目前的主流逆变器企业的产品均具备满载限功率运行功能，因此设备不会因为超装造成超负荷运行而导致损坏。基于以上几点分析可以看出，光伏电站超装对提升光伏发电收益、设备利用率，以及稳定光伏电站的功率输出都十分有利。但超装比例并不是越大越好，这是因为超装比例达到一定程度时，由超装所带来的发电量收益与超装所引起的电站投资成本增加达到了一个平衡点。因此，本文是将优化平单轴跟踪光伏发电系统的LCOE 作为目标函数，研究不同地区平单轴跟踪光伏发电系统的最佳组件与逆变器容量配比。