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摘要：本文通過收集部分地區(qū)的輻照強度數(shù)據(jù)，介紹了地面電站光伏方陣容配比設(shè)計建議，通過設(shè)備輸出性參數(shù)對比，分析了常見類型組件和逆變器的最佳容配比的設(shè)計思路。在分析對比的基礎(chǔ)上，提出了設(shè)備選型和組件與支架匹配建議。

隨著行業(yè)技術(shù)發(fā)展和進步，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)計的復(fù)雜性，本文通過收集的氣象數(shù)據(jù)，針對組件輸出特性，提出設(shè)備選型建議和系統(tǒng)設(shè)計建議以供同行參考。

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



寧夏某項目輻照強度數(shù)據(jù) 固定式支架


內(nèi)蒙古某項目4月3日輻照強度數(shù)據(jù) 固定式支架


青海某項目4月7日輻照強度數(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)逐時輻照強度變化很大。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(輻照強度的峰值)也會很大。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度更快的達到峰值，并且穩(wěn)定住(9:00~16:00)，因此組件輸出功率曲線會更加平緩。5)通過對比正面和正面+背面輻照強度可得，平單軸支架正午時段(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比

最大組串內(nèi)組件串聯(lián)數(shù)量計算公式(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

以河北南部某項目地為例，計算結(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，計算得出：


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，雙面組件時需考慮背面輻照強度增加。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，同時輸出電流不同導致并聯(lián)數(shù)量不同，計算可得，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算電站BOS等，必然與事實不符，對比結(jié)果不準確。

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

通過以上測算可得，通過增加低輻照修正得出的最優(yōu)組串長度(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，組件工作角度全天接收到的輻照強度變化比固定式支架更低，同時，峰值輻照強度保持的小時數(shù)更長，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，同時降低直流線損;另外，平單軸支架市場占比逐步增加，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)計更適合地面電站應(yīng)用。

4.3 系統(tǒng)設(shè)計時，結(jié)合當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)測算的組件輸出參數(shù)相比標稱數(shù)值更有參考意義。我國已成為全球第一大光伏市場，累計安裝量也已遠超其他國家，有海量光伏電站運行記錄和實際觀測的氣象數(shù)據(jù)，及時收集和分享這些數(shù)據(jù)對我們的系統(tǒng)設(shè)計有重大參考意義和價值。

4.4 不同組件產(chǎn)品的組串功率(組件標稱功率×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)值作對比計算。

4.5 容配比建議，通過氣象數(shù)據(jù)和組件標稱修正計算出組串長度(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計算出并聯(lián)組串數(shù)量，在此基礎(chǔ)上計算出逆變器允許接入的直流容量和容配比。 

原標題：關(guān)于光伏電站設(shè)計和設(shè)備選型的思考