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【新技術(shù)探討】組件：逆變器=1：1？你OUT了！從改變光伏設(shè)備配比提高項(xiàng)目收益

同學(xué)：你是否聽說過，光伏組件：逆變器=1.2：1也許是經(jīng)濟(jì)效益最好的配比？

一、引言

前兩天為國電青海分公司做一個(gè)格爾木的技改方案。設(shè)計(jì)方案為一個(gè)發(fā)電單元光伏組件的總?cè)萘繛?019.3kW，接入2臺(tái)500kW逆變器后，再接入1臺(tái)1000kVA箱式變壓器。

業(yè)主提出質(zhì)疑：1019.3kW已經(jīng)超過1000kW，而且我們這里的太陽能資源非常好，經(jīng)常會(huì)超發(fā)，是否要用2臺(tái)630 kW逆變器和1臺(tái)1250kVA箱式變壓器。

由于一個(gè)發(fā)電單元4000片左右的光伏組件組成，除非用250W組件，否則，1個(gè)發(fā)電單元的容量基本都是比1000kW略大或略小，不可能正好是1000kW的，而工程設(shè)計(jì)中一般會(huì)略微超出一點(diǎn)。

因此，業(yè)主提出的這個(gè)疑問其實(shí)是我工作中經(jīng)常被問道的。

其實(shí)，光伏組件：逆變器=1：1是原來的常規(guī)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在，大家更多的是在探討光伏組件：逆變器=1.2：1是否更合適。
這個(gè)問題我們分兩個(gè)層次來討論吧。

二、光伏組件容量略大是否有問題？

首先，先回答業(yè)主的質(zhì)疑，即1019.3kW的光伏組件是否能接入2臺(tái)500kW逆變器和1臺(tái)1000kVA箱式變壓器？

下圖是甘肅武威（我國資源最好的地區(qū)之一）5月19日（全年發(fā)電量較高的月份）一個(gè)1MW發(fā)電單元的出力曲線（引用自王斯成老師的PPT）。圖中的單位為W。
可以看出，固定式項(xiàng)目，1MW出力最高的時(shí)候也就0.82MW，而且能達(dá)到0.8MW出力的時(shí)間大概只有2個(gè)小時(shí)。

就固定式而言，即使在太陽能資源最好的地區(qū)，光伏組件真正能接收到1000W/m2以上的輻照度，時(shí)間大概也就中午1點(diǎn)前后的1~2個(gè)小時(shí)。此時(shí)，光伏組件可以實(shí)現(xiàn)滿發(fā)，而其他大部分時(shí)候，由于輻照度低，光伏組件的輸出功率都比裝機(jī)容量低很多（如圖中的黃線）。
但即使光伏組件滿發(fā)，到逆變器那里還會(huì)有折減。還是引用王斯成老師PPT的中的一張圖片。

從這張圖中我們可以看到，從光伏組件到逆變器、箱變之間，有很多環(huán)節(jié)的出力損失。從箱變出來以后，只有一項(xiàng)交流線損。

假設(shè)整個(gè)電站的PR為84%（已經(jīng)算比較高了，一般電站很難達(dá)到），交流線損按1%考慮，那箱變之前的系統(tǒng)效率會(huì)折減約15%。也就是說，光伏組件出力的85%才能到達(dá)箱變。這也就解釋了，為什么圖1中1MW固定式的最高出力只有0.82MW。

因此，即使在太陽能資源條件好，光伏組件滿發(fā)的情況下，1019.3kW的光伏組件輸出功率到逆變器大約為900kW（88%），到箱變大約在866kW左右（按85%）?，F(xiàn)有的2臺(tái)500kW逆變器和1000kVA箱式變壓器容量能夠滿足要求。

從圖1中可以看出，發(fā)電時(shí)間從9點(diǎn)~17點(diǎn)，約8個(gè)小時(shí)，而達(dá)到0.8MW出力的時(shí)間只占25%。因此，如果光伏組件：逆變器=1：1時(shí)，逆變器容量基本都是大幅浪費(fèi)的。

通過上述分析，我們可以得到的結(jié)論是：1）光伏組件容量略大于逆變器是沒有問題的！2）逆變器、箱變等設(shè)備，大部分時(shí)間是沒有辦法達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的！

三、光伏組件：逆變器=1.2：1是否合適？

其次，來分析一下最佳配比的問題。

下圖是一個(gè)青海地區(qū)（除西藏外，資源最好的地區(qū)）9月13日光伏組件：逆變器比例分別按1：1和1.2：1時(shí)，光伏組件和逆變器輸出功率圖（圖片來自王斯成老師的PPT）。



圖3和圖4對(duì)比可以看出，光伏組件：逆變器=1.2：1時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定比例的棄光，但逆變器和箱變的利用效率就會(huì)提高。

哪頭更劃算？我們來算一算。

為了算清楚，先來以一個(gè)50MWp光伏電站（建110kV升壓站）為例，看一下光伏電站投資的構(gòu)成。
我把光伏電站的投資大概歸納成10項(xiàng)。當(dāng)光伏組件：逆變器=1.2：1時(shí)，那前5項(xiàng)的費(fèi)用會(huì)增加，后5項(xiàng)基本不變。


從上表可以看出，比例增大后，總造價(jià)增加了5033萬元。

另一方面：50MW光伏電站，綜合效率80%，首年等效利用小時(shí)1800，年發(fā)電量72GWh。

如果單將光伏組件增加20%，則60MW光伏電站，綜合效率80%，首年等效利用小時(shí)1800，年發(fā)電量86.4GWh。理論年增收：1296萬元（按0.9元/kWh考慮）。
前文提到了，會(huì)有一定的棄光率。如果棄光率按1.24%考慮，年增收1280萬元。

如果光伏組件按10年衰減10%，25年衰減20%考慮，則該光伏電站25年平均的滿發(fā)小時(shí)數(shù)為1598h（在西部地區(qū)不算高）。在此基礎(chǔ)上計(jì)算：新增5033萬元的投資回收期僅為4年，大大低于常規(guī)光伏電站7年的投資回收期；新增部分投資內(nèi)部收益率為24%！

如果以一個(gè)50MW的電站為基礎(chǔ)，投資按9000元/kW考慮，總造價(jià)為45000萬元。當(dāng)“光伏組件：逆變器”按下列不同比例計(jì)算時(shí)，增加部分造價(jià)按503.3萬元/MW（以上文的分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)）考慮，則資金的投入產(chǎn)出比如下表所示。

從上表可以看出，當(dāng)25年平均滿發(fā)小時(shí)數(shù)為1598h時(shí)，光伏組件：逆變器=1.2：1也許是一個(gè)最佳比例。

當(dāng)然，如果太陽能資源條件不同（即滿發(fā)小時(shí)數(shù)不同），棄光率和發(fā)電量會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)比例會(huì)發(fā)生變化。因此，最佳比例是會(huì)發(fā)生變化的，但可以肯定的是：光伏組件比逆變器的容量多一些，資金的投入產(chǎn)出比會(huì)更好。

四、小結(jié)

總結(jié)一下：

1）由于光伏組件的發(fā)電量傳送到逆變器，中間會(huì)有很多環(huán)節(jié)造成折減，因此，光伏組件容量略大于逆變器是沒有問題的！

2）逆變器、箱變等設(shè)備，大部分時(shí)間是沒有辦法達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的！

3）當(dāng)25年平均滿發(fā)小時(shí)數(shù)為1598h時(shí)，光伏組件：逆變器=1.2：1也許是一個(gè)最佳的設(shè)計(jì)比例。