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關(guān)于光伏電站設(shè)計(jì)和設(shè)備選型的思考

光伏們發(fā)布時(shí)間:2021-01-29 10:29:49

文章來源:投稿,不代表光伏們觀點(diǎn),僅供讀者參考;

作者:北京晶澳太陽能技術(shù)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(qiáng)度數(shù)據(jù),介紹了地面電站光伏方陣容配比設(shè)計(jì)建議,通過設(shè)備輸出性參數(shù)對(duì)比,分析了常見類型組件和逆變器的最佳容配比的設(shè)計(jì)思路。在分析對(duì)比的基礎(chǔ)上,提出了設(shè)備選型和組件與支架匹配建議。


關(guān)鍵詞:光伏電站;輻照強(qiáng)度;容配比;組件輸出特性;設(shè)備選型

 

隨著行業(yè)技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步,光伏產(chǎn)品類別多樣,大的分類光伏組件有單面和雙面產(chǎn)品,同時(shí)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(diào)式,平單軸跟蹤等等。多樣化的氣象條件也決定了電站設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,本文通過收集的氣象數(shù)據(jù),針對(duì)組件輸出特性,提出設(shè)備選型建議和系統(tǒng)設(shè)計(jì)建議以供同行參考。


1. 不同地理位置和采用不同支架類型組件接收到的光能量


寧夏某項(xiàng)目輻照強(qiáng)度數(shù)據(jù) 固定式支架


內(nèi)蒙古某項(xiàng)目4月3日輻照強(qiáng)度數(shù)據(jù)   固定式支架


青海某項(xiàng)目4月7日輻照強(qiáng)度數(shù)據(jù)   平單軸支架



通過以上數(shù)據(jù)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(nèi)逐時(shí)輻照強(qiáng)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(qiáng)度曲線也不同,平單軸支架相比固定式支架,單日內(nèi)輻照強(qiáng)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(nèi)光伏組件工作角度接收到輻照強(qiáng)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(qiáng)度的峰值)也會(huì)很大。4)平單軸支架跟蹤技術(shù),可以使光伏組件工作角度接受的輻照強(qiáng)度更快的達(dá)到峰值,并且穩(wěn)定?。?:00~16:00),因此組件輸出功率曲線會(huì)更加平緩。5)通過對(duì)比正面和正面+背面輻照強(qiáng)度可得,平單軸支架正午時(shí)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(guó)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(huì)提升很快。


因收集的數(shù)據(jù)限制,結(jié)論難免偏頗,歡迎同行交流、指正。


2. 不同類型組件接入逆變器的直流容量對(duì)比


最大組串內(nèi)組件串聯(lián)數(shù)量計(jì)算公式(單面、雙面均通用)

 


K    光伏組件的開路電壓溫度系數(shù)

N    光伏組件串聯(lián)數(shù)(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(shù),通常取值為0.93,不同組件略有差異


以河北南部某項(xiàng)目地為例,計(jì)算結(jié)果如下:


注:M10-540為 采用182硅片540Wp產(chǎn)品,M12-540為采用210硅片540Wp產(chǎn)品


以某知名逆變器廠家3125KW產(chǎn)品為例,雙面增益10%且無限流時(shí),計(jì)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(shí)需考慮背面輻照強(qiáng)度增加。2)同一功率的不同類型的組件,組串內(nèi)串聯(lián)組件數(shù)量不同,同時(shí)輸出電流不同導(dǎo)致并聯(lián)數(shù)量不同,計(jì)算可得,不同組件接入逆變器的容量難以滿足公倍數(shù)關(guān)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(jì)算電站BOS等,必然與事實(shí)不符,對(duì)比結(jié)果不準(zhǔn)確。


3. 逆變器效率


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(nèi),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(shù)取值0.97;組串長(zhǎng)度①為開路電壓參照低輻照修正后計(jì)算的組串內(nèi)的串聯(lián)組件數(shù)量;組串長(zhǎng)度②開路電壓無低輻照修正計(jì)算的組串內(nèi)串聯(lián)的組件數(shù)量。


3.2 極端工作條件組串輸出電壓


注:組串長(zhǎng)度①為開路電壓參照低輻照修正后計(jì)算的組串內(nèi)出串聯(lián)的組件數(shù)量;組串長(zhǎng)度②開路電壓無低輻照修正計(jì)算的組串內(nèi)串聯(lián)的組件數(shù)量


通過以上測(cè)算可得,通過增加低輻照修正得出的最優(yōu)組串長(zhǎng)度(M10產(chǎn)品為30,M12產(chǎn)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(chǎn)品為28,M12產(chǎn)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(dǎo)致逆變器轉(zhuǎn)換效率下降,降低系統(tǒng)效率。


4. 結(jié)論


4.1 與平單軸支架匹配時(shí),組件工作角度全天接收到的輻照強(qiáng)度變化比固定式支架更低,同時(shí),峰值輻照強(qiáng)度保持的小時(shí)數(shù)更長(zhǎng),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(guān)系很大,豎向排布無疑能夠顯著降低支架和組件成本,同時(shí)降低直流線損;另外,平單軸支架市場(chǎng)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(shè)計(jì)更適合地面電站應(yīng)用。


4.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)測(cè)算的組件輸出參數(shù)相比標(biāo)稱數(shù)值更有參考意義。我國(guó)已成為全球第一大光伏市場(chǎng),累計(jì)安裝量也已遠(yuǎn)超其他國(guó)家,有海量光伏電站運(yùn)行記錄和實(shí)際觀測(cè)的氣象數(shù)據(jù),及時(shí)收集和分享這些數(shù)據(jù)對(duì)我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有重大參考意義和價(jià)值。


4.4 不同組件產(chǎn)品的組串功率(組件標(biāo)稱功率×組串內(nèi)組件數(shù)量)相差很大,逆變器容量不是組串標(biāo)稱功率的公倍數(shù)關(guān)系,因此不同類型組件不宜采用同一容配比數(shù)值作對(duì)比計(jì)算。


4.5 容配比建議,通過氣象數(shù)據(jù)和組件標(biāo)稱修正計(jì)算出組串長(zhǎng)度(組串內(nèi)串聯(lián)組件數(shù)量),然后在不限流或是輕微限流時(shí)計(jì)算出并聯(lián)組串?dāng)?shù)量,在此基礎(chǔ)上計(jì)算出逆變器允許接入的直流容量和容配比。

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