3、匯流箱選址和方陣布置方式、配電房位置的關(guān)系
上文基于曼哈頓算法對匯流箱的初始選址進行了介紹,它主要取決于組件的排布方式、布線方式,如組件橫向安裝和縱向安裝,或者方陣采用不同的接線方式,那么基于曼哈頓算法的匯流箱最佳位置點都會發(fā)生變化,如如圖5,某屋頂在相同的可利用面積下,安裝傾角一致,采用縱向單排和橫向雙排布置時,造成了接線方式的不同,匯流箱的安裝位置也產(chǎn)生了變化。
?。╝)縱向安裝
(b)橫向安裝
圖5 兩種組串安裝方式下的匯流箱選址對比
上述匯流箱的初步選址可以使得組串至匯流箱的電纜使用量最少,當然,這種算法未考慮配電房直流柜逆變器位置,對于已經(jīng)確定布置方案和接線方式的方陣來說,匯流箱在方陣內(nèi)部和方陣四周有5個位置可供選擇,初選最優(yōu)點位置位于方陣內(nèi)部,雖然該點比其他位置大大減少了1*4mm2光伏電纜的使用量,但如果配電房不在方陣內(nèi)部,匯流箱到直流柜的出線長度比其他方案會有所增加,但總體來講最優(yōu)位置的總電纜成本還是最省的,可能在支線上增加些線損,給發(fā)電量帶來些損失,這樣不同選址方案之間會存在著互斥問題,所以最終還需要通過比選確定。一般各方案比選時考慮相同的壽命期,例如采用20年年限,可采用凈現(xiàn)值法、差額投資凈現(xiàn)值法、差額投資內(nèi)部收益率法等,其中差額投資凈現(xiàn)值法是評價互斥方案的常用方法。
4、方陣匯流箱布置實例分析
如圖6為某屋頂1MW工程項目,當時還處于施工階段,匯流箱已經(jīng)安裝完畢,紅色圓圈標記的是其中一個匯流箱的安裝位置,該匯流箱對應(yīng)方陣的功率為76.8kW,包含320片GES-240P電池組件,以16串并聯(lián)匯入1個匯流箱,再和其他匯流箱匯入直流配電柜,配電房位于廠房的1樓南側(cè)。因為彩鋼瓦上不太適合放置,東面女兒墻位置較矮,西面為其他方陣,也不適合安裝,故匯流箱布置方案最終選擇以壁掛的形式固定在正南側(cè)女兒墻上,此時它的位置已不在方陣內(nèi)部,方陣內(nèi)部E點是根據(jù)曼哈頓距離算法得到的1*4mm2電纜使用量最優(yōu)化點,如圖6(b)所示的五個位置,在電纜使用量、成本費用、壓降和線損會存在一定的差異,詳細計算數(shù)據(jù)參考下文表2-表6。
圖6 施工階段某復(fù)雜方陣匯流箱安裝位置和組串接線圖
第一步工作是通過CAD量測各個輸出端的坐標值,數(shù)據(jù)參考表1,并分別算出電纜使用量、壓降和線損等。
表1 各個輸出端的坐標值
1)電纜使用量對比
從表2可知,1*4mm2電纜在理論最優(yōu)點位置使用量最少,在A位置電纜使用量最多,但A位置70mm2電纜使用量明顯比其他方案要少,A方案由于70mm2電纜的使用量明顯減少,故比最優(yōu)方案銅使用量減少14%。
表2 幾種布置方案電纜長度及用銅量比較(單位:m)
2)電纜成本對比
假設(shè)PV1-F1*4mm2電纜的價格為3.2元/m,安裝費用為3.5元/m,70mm2電纜價格70元/m,安裝費用為8元/m,那么方案A的電纜費用為10146元,比最優(yōu)方案費用增加成本788元,其他詳見表5。
3)壓降和功率損耗對比
在標準測試條件下,組串的電壓Vm為602V,對應(yīng)的電流為7.96A,最大功率為4.8kW。在ABCDE五種匯流箱布置方案中,表3和表4給出了在STC條件下支線(組串至匯流箱)、干線(匯流箱至逆變器直流側(cè))的壓降值和功率損耗(線損)表,計算線損時組件自身的電纜長度以0.9m計入,4mm2的直流電纜的電阻是不超過4.375Ω/km,70mm2的直流電纜的電阻0.268Ω/km,經(jīng)計算可知A方案功率損耗最小。
表3 STC條件下支線和干線壓降表
表4 STC條件下支線和干線功率損耗
4)方案比選:
匯流箱對應(yīng)方陣總?cè)萘?6.8kW,組串10度傾角,正南朝向安裝,斜面輻照1335w/m2,不同互斥投資方案的比選需要考慮初始投資額、年收益額和折現(xiàn)率,假設(shè)折現(xiàn)率8%,以20年發(fā)電收益考慮,每度電收益假設(shè)1.2元,那么以上方案的年發(fā)電量和收益參考表5。
表5 不同布置方案實際線損、發(fā)電量和收益
以方案E為基準,分別計算(方案A-方案E)、(方案B-方案E)、(方案C-方案E)、(方案D-方案E)的差額投資凈現(xiàn)值,如表6所示。
表6 不同方案的差額投資凈現(xiàn)值計算結(jié)果
從計算結(jié)果來看,基于曼哈頓算法的最優(yōu)位置E點是最經(jīng)濟的,其次為A點,實際工程項目中由于E點不便于安裝,故最終確定A點位置為匯流箱的安裝點,參考圖6(a)。
小結(jié):
匯流箱選址涉及到初步選址和方案比選兩個環(huán)節(jié),初步選址基于曼哈頓距離算法的設(shè)施優(yōu)化選址解析函數(shù),其解在理論上可能是一個點,也可能是一個區(qū)間或面域。方案比選需要考慮配電房的位置,在實際光伏項目中,地面電站配電房一般建在方陣內(nèi)部,所以建議按照曼哈頓算法得到的最佳位置點安裝;對于屋頂電站,由于屋面的復(fù)雜性,最優(yōu)位置可能無法安裝,但還有其他的位置可供選擇的,即可過基于曼哈頓算法得到的最優(yōu)點作垂直于坐標軸的垂線找到文中所提到的4個位置,不同的匯流箱位置在電纜使用成本和發(fā)電收益上都會不同,需從經(jīng)濟合理性角度進行比選,并確定合適的安裝位置。一般而言,組串到匯流箱的電纜成本對方案的經(jīng)濟性會有很大的決定作用。