作者：嚴信系陽光電源股份有限公司

如何降低系統投資成本，提升投資收益，是光伏電站系統設計和優化的主要目標之一。歐美國家對光伏系統精細化設計研究較早，其中關于組件容量與逆變器容量的配比方案和應用，也已引起了國內業主、設計院和行業專家的關注。

“過去，光伏系統的容量按直流功率定義，而現在則按并網交流功率，過去光伏-逆變器容量比為1：1，現在為1.2：1，甚至更高”這是國內光伏行業著名專家王斯成老師在2014年的一次研討會上給大家介紹的，同時王老師進一步分析說：“通過提高容配比， 如10MW光伏電站超配到12MW，每年可增加收益256萬元，新增投資IRR（內部收益率）大于28%。

光伏組件容量和逆變器容量比，習慣稱為容配比。光伏應用早期，系統一般按照1:1的容配比設計。在應用研究中發現，以系統平均化度電成本（Levelized Cost Of Electricity, LCOE）最低為標準衡量系統最優，在各種光照條件、組件鋪設傾斜角度等情況下，達到系統最優的容配比都大于1:1。也就是說，一定程度的提升光伏組件容量，有利于提升系統的整體經濟效益，這就是我們談的組件超配。

一、系統容配比主要影響因素

合理的容配比設計，需要結合具體項目的情況，綜合考慮，主要影響因素包括輻照度、系統損耗、組件安裝角度等方面，具體分析如下。

1、不同區域輻照度不同

根據國家氣象局風能太陽能評估中心劃分標準，將我國太陽能資源地區分為四類，不同區域輻照度差異較大。即使在同一資源地區，不同地方的全年輻射量也有較大差異。例如，同是I類資源區的西藏噶爾和青海格爾木，噶爾的全年輻射量為7998 MJ/m2，比格爾木的6815 MJ/m2高17%。 意味著相同的系統配置，即相同的容配比下，噶爾地區的發電量比格爾木高17%。若要達到相同的發電量，可以通過改變容配比來實現。

2、系統損耗

光伏系統中，能量從太陽輻射到光伏組件，經過直流電纜、匯流箱、直流配電到達逆變器，當中各個環節都有損耗。如圖1所示，直流側損耗通常在7-12%左右,逆變器損耗約1-%，總損耗約為8-13%(此處所說的系統損耗不包括逆變器后面的變壓器及線路損耗部分)。也就是說，在組件容量和逆變器容量相等的情況下，由于客觀存在的各種損耗，逆變器實際輸出最大容量只有逆變器額定容量的90%左右，即使在光照最好的時候，逆變器也沒有滿載工作。降低了逆變器和系統的利用率。



圖1：光伏系統各環節損耗組成

3、組件安裝角度

不同角度安裝的組件所接收到的輻照度不同，如分布式屋頂多采用平鋪的方式，則相同容量的組件，輸出能量比有一定傾角的低。

二、補償超配與主動超配

由上分析可見，選擇合適的系統容配比需要考慮諸多因素，為了進一步說明這個問題，這里將超配分為兩部分，一是通過提高組件容量，補償各種原因引起的損耗部分，使逆變器的實際輸出最大功率達到逆變器的額度功率，定義為補償超配。同時進一步提高組件的容量，提高系統滿載工作時間，定義為主動超配。主動超配時，系統在中午光照較好時段存在一定時間的限功率運行，但系統的LCOE達到最低值,即收益最大化。

1、補償超配

由于光伏系統中的系統損耗客觀存在，通過適當提升組件配比，補償能量在傳輸過程中的系統損耗，使得逆變器可達到滿功率工作的狀態，這就是光伏系統補償超配方案設計思路。



圖2：補償超配前后光伏逆變器輸出功率對比

如圖所示，通過將容配比從1:1提升到1.1:1，使得逆變器在光照最好的時候能達到滿載輸出。提高了逆變器的利用率。也降低了系統每W的成本。

2、主動超配

在補償超配使得逆變器部分時間段達到滿載工作后，繼續增加光伏組件容量，通過主動延長逆變器滿載工作時間，在增加的組件投入成本和系統發電收益之間尋找平衡點，實現LCOE最小，這就是光伏系統主動超配方案設計思路。



圖3：補償超配與主動超配后逆變器輸出功率對比

如圖所示，在主動超配的情況下，由于受到逆變器額定功率的影響，在組件實際功率高于逆變器額定功率的時段內，系統將以逆變器額定功率工作；在組件實際功率小于逆變器額定功率的時段內，系統將以組件實際功率工作。最終所產生的系統實際發電量曲線將出現如圖所示的“削頂”現象。

主動超配方案設計，系統會存在部分時間段內處于限發工作，此段時間內逆變器控制組件工作偏離實際最大功率點。但是，在合適的容配比值下，系統整體的LCOE是最低的，即收益是增加的。

補償超配、主動超配與LCOE關系如下所示，LCOE隨著容配比的提高不斷下降，在補償超配點，系統LCOE沒有到達最低值，進一步提高容配比到主動超配點，系統的LCOE達到最低。再繼續提高容配比后，LCOE則將會升高。因此，主動超配點是系統最佳容配比值。



圖4 容配比與LCOE關系圖