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2018年04月16日 | 提高光伏 -逆變器容配比

發(fā)布者:以泉換泉 來源: 來源:太陽能雜志作者: Lemontree 手機看文章 掃描二維碼
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  適度提高光伏 -逆變器容配比 ( 國際上稱之為光伏 -逆變器功率比,PVIR),是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計重要的技術(shù)創(chuàng)新。光伏 -逆變器容配比普遍被光伏行業(yè)接受是在 2012 年之后,以美國 First Solar 為代表,該公司電站的容配比一般都選在 1.4:1.0 或更高。提高光伏 -逆變器的容配比后,如何定義并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的裝機容量顯得十分重要。本文將給出國內(nèi)外對于光伏系統(tǒng)裝機容量的定義,并對放開光伏 -逆變器容配比的理由和必要性進行論述。
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  1提高光伏 -逆變器容配比的必要性
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  由于我國大部分地區(qū)、全年大部分時間的太陽輻照度都很難達到標準條件,即 1 kW/m2,再加上從光伏組件到逆變器的效率損失通常約為85%,如果按照過去的慣例,光伏 -逆變器容配比按 1:1 進行配置,那么交流設(shè)備 ( 包括逆變器 ) 就會有很大比例的功率閑置。筆者在格爾木 ( 屬于強Ⅰ類資源區(qū),有時輻照度甚至超過 1 kW/ m2) 曾調(diào)出一個光伏電站逆變器全年的實際運行數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn) 500 kW 的逆變器最大輸出功率僅有 470 kW,而且當時的輻照度已經(jīng)超過 1 kW/m2。那么在Ⅱ類、Ⅲ類資源區(qū),交流設(shè)備功率閑置問題將更為嚴重。
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  為了提高逆變器及后段交流設(shè)備的利用率,使系統(tǒng)具有更為優(yōu)化的配置,2012 年之后,國際上普遍采用提高光伏 -逆變器容配比來實現(xiàn)。
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  2 以交流額定功率來定義光伏系統(tǒng)的裝機容量更為科學合理
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  所有其他發(fā)電方式,如火電、水電、核電、風力發(fā)電,甚至包括熱發(fā)電,都是按照交流發(fā)電單元的額定功率定義其裝機容量;所以,若將光伏系統(tǒng)的交流額定功率定義為裝機容量,可使并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量定義和管理方式與其他發(fā)電方式相一致。而且,目前電網(wǎng)公司對于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)特性的要求和控制也僅限于交流并網(wǎng)點,并沒有管理到直流側(cè),將并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量定義在交流側(cè),既使電網(wǎng)公司在管理方式上保持了一致性,在技術(shù)上也是合理的。
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  3提高光伏 -逆變器容配比的安全性
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  適度提高光伏 -逆變器容配比并不影響電網(wǎng)和設(shè)備的安全性,系統(tǒng)也不會因超功率運行而受到損害。IEC 標準已經(jīng)規(guī)定,在高功率比情況下,當輻照度較強、逆變器達到額定功率后,即達到飽和狀態(tài) (inverter being saturated),必須轉(zhuǎn)入限功率運行 (constrained operation),這在 IEC 61724-2、IEC 61724-3 和 IEC 62738 中有詳細描述。因此,提高光伏 -逆變器容配比不會影響電網(wǎng)的安全運行,也不會對電網(wǎng)和逆變器造成損害。
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  4提高光伏—逆變器容配比的優(yōu)勢
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  在我國大部分地區(qū),光伏 -逆變器容配比可以按照 1.2:1.0 配置,這樣超裝的光伏功率幾乎不會出現(xiàn)“限光損失”(Clipping Losses),可以全部利用,發(fā)電量可直接提升 20%,年等效利用小時數(shù)可由 1500 h 提高到 1800 h;而擴裝僅限于直流部分,增加的投入只有全額投入的約 50%,大幅提高了項目收益。因此,提高容配比是提高光伏系統(tǒng)收益率、降低度電成本和早日實現(xiàn)“平價上網(wǎng)”的有效手段,是應(yīng)當鼓勵和提倡的光伏系統(tǒng)創(chuàng)新技術(shù)。
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  提高光伏 -逆變器容配比還有一個好處,就是可以降低系統(tǒng)對光伏組件的故障和衰降率的敏感度。如果容配比按照 1:1 進行配置,一旦光伏組件發(fā)生故障或異常衰降,發(fā)電量會立即減少;而在高容配比配置的情況下,少部分組件出現(xiàn)問題,對于發(fā)電量的影響不大,只是“限光損失”會少一些;并且,隨著運行時間拉長(5 年、10 年、 20 年 ),高容配比更能適度抵消光伏組件衰降帶來的負面影響,從而保證系統(tǒng)持續(xù)滿功率發(fā)電。因此,適度提高光伏 -逆變器容配比是有百利而無一害的光伏系統(tǒng)創(chuàng)新手段,應(yīng)當大力提倡,而不是壓制打擊。
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  5國內(nèi)限制光伏—逆變器容配比的原因
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  國內(nèi)目前部分省區(qū)出現(xiàn)“嚴查光伏—逆變器容配比”、不允許光伏擴裝的情況,這將沉重打擊光伏系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新,阻礙光伏“平價上網(wǎng)”的步伐,是不可取的。之所以出現(xiàn)這種情況,原因在于 2012 年 GB 50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》中 2.1.23 部分對安裝容量 (capacity of installation) 的定義:安裝容量為光伏發(fā)電站中安裝的光伏組件的標稱功率之和,單位是峰瓦 (Wp)。因此,要想放開光伏 -逆變器容配比,首先必須修訂 GB 50797。
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  國際 IEC 的幾個光伏技術(shù)標準中都提到PVIR。
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  1)IEC 62738《地面安裝的光伏電站設(shè)計導則》中提出“PV power plants are often designed with high PVIR ratios to achieve lower installed cost of energy”,即,光伏電站通常設(shè)計成高PVIR,以獲得低的度電成本。
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  2)IEC TS 63019《光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運行率的信息模型》中 3.13 提出“PVPS AC capacity:rated output of a PVPS, or alternatively,its contractually obligated ma designated conditions, commonly expressed inmegawatts (MW). PVPS ratings by aggregated module nameplate are also common”,即光伏發(fā)電系統(tǒng)(PVPS) 的交流容量定義:PVPS 的交流容量為光伏系統(tǒng)的額定輸出,或者說該容量為合同約定的最大功率,常用單位為 MW。將光伏組件功率之和作為光伏系統(tǒng)的額定功率也很常見。
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  由此可見,光伏—逆變器容配比已經(jīng)在國際上得到認可,并且已經(jīng)定義在 IEC 的技術(shù)標準中,我們應(yīng)當在標準和定義與國際接軌,沒有理由限制光伏—逆變器的容配比。
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  6光伏 -逆變器容配比的設(shè)定
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  光伏 -逆變器容配比并非越高越好,開發(fā)商也不會隨意增加容配比,需要依據(jù)最低度電成本進行優(yōu)化,涉及到當?shù)靥柲苜Y源、環(huán)境溫度、土地成本、組件和其他直流設(shè)備的價格、限光損失 ( 注意是“限光損失”Clipping Losses or Constrained Operation,不是“棄光”Curtailment)與收益平衡等,不同太陽能資源條件、不同設(shè)備成本、不同土地成本的最優(yōu)容配比都是不同的。而且,通過實踐和經(jīng)驗證明,并不是完全沒有限光損失的項目度電成本最低,而是具有一定限光損失的項目度電成本最低、項目收益最好 ( 見下文案例 2)。 最優(yōu)光伏 -逆變器容配比并不是一個確定的數(shù)值,而是必須根據(jù)項目進行優(yōu)化。所以,也不應(yīng)該規(guī)定容配比的比例,而應(yīng)放開容配比,給開發(fā)商和設(shè)計單位提供充分的創(chuàng)新和優(yōu)化空間。
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  7國際上的實際案例
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  1) 案例 1:美國的某并網(wǎng)光伏系統(tǒng),光伏—逆變器容配比設(shè)置為 1.4:1.0。如圖 1 所示,當光強很強,逆變器達到額定功率時,即轉(zhuǎn)入“限功率運行”狀態(tài),不會對電網(wǎng)和逆變器造成損害;而且光伏發(fā)電曲線不再是波動形狀,而是恒功率運行,對于電網(wǎng)調(diào)度更有好處。
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  圖1 美國某并網(wǎng)光伏系統(tǒng)某日的發(fā)電曲線
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  2) 案例 2:光伏 -逆變器容配比需要針對不同地點、不同電價水平、不同土地成本等進行優(yōu)化設(shè)計,并非是固定比例,因此需要“松綁”,而非限定一個固定比例,如圖 2 所示。
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  圖2不同容配比的收益曲線
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  2 中,容配比設(shè)置為 1.2:1.0 時,光伏發(fā)電系統(tǒng)的收益明顯得到提升,但并未達到最佳;容配比設(shè)置為 1.6:1.0 時,雖然出現(xiàn)了一段時間的限功率運行,但收益卻是最高的。
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  8具體建議意見
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  陽光電源進入國際市場比較早,是最先了解到國際上普遍采用適度提高光伏 -逆變器容配比的方法來提高系統(tǒng)收益的國內(nèi)公司,曹仁賢董事長早在幾年前就大聲呼吁應(yīng)將光伏電站的裝機容量定義在交流側(cè),并不應(yīng)限制光伏組件擴裝,但一直未能如愿。我在此再次響應(yīng)曹總的呼吁,強烈建議盡快修訂相關(guān)國家標準,強烈呼吁各級政府部門和電網(wǎng)公司為光伏 -逆變器容配比松綁。
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  具體建議意見如下:
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  1) 并網(wǎng)光伏電站和系統(tǒng)的裝機容量按照交流發(fā)電單元的額定功率 ( 即逆變器額定功率之和 )備案,同時登記直流側(cè)額定功率 ( 即光伏組件額定功率之和 )。國際上目前也是對光伏電站的交流功率和直流功率分別進行標注。
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  2) 電網(wǎng)公司按照交流額定功率對并網(wǎng)光伏電站和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)進行管理 ( 同其他發(fā)電方式的管理模式保持一致 )。
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  3) 要求并網(wǎng)逆變器具備達到額定功率后自動轉(zhuǎn)入限功率運行的功能,所有并網(wǎng)逆變器需要通過此項功能的測試。
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  4) 對于光伏—逆變器容配比不作限制,也不作規(guī)定,留給開發(fā)商自行進行優(yōu)化設(shè)計。
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  5) 既然對于直流側(cè)功率不作限制,直流功率不作為項目的備案容量,僅作為登記容量,那么對于雙面電池功率的界定就可以靈活很多,因為雙面光伏組件可以看作是自然擴裝。
引用地址:提高光伏 -逆變器容配比

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