隨著光伏裝機容量的不斷擴大,光伏補貼越來越多,政府的負擔越來越重,光伏補貼逐年下降,甚至沒有補貼平價上網成為一種趨勢。2018年5月31號,能源局出臺823新政策,分布式光伏暫時僅安排10GW的指標,光伏度電補貼也由0.37元下降到0.32元,這就意味2018年下半年工商業沒有度電補貼了,而2019年有沒有補貼還不知道。所以工商業光伏要精打細算,優化設計,盡可能提高系統效率多發電,以提升投資收益率。
1、系統效率的定義
系統效率來源是英文Performance Ratio(簡稱“PR”),IEC61724(1)給出的定義如下:
PRT:在T時間段內光伏電站的平均系統效率;
ET:在T時間段內光伏電站輸入電網的電量;
Pe:光伏電站組件裝機的標稱容量;
hT:是T時間段內方陣面上的峰值日照時數;
以我們最容易理解的年均PR來說,如果方陣面上接收到的年總輻射量是1600kWh/m2,那就是說方陣面上的峰值日照時數是1600h;如果計量電度表記錄的年發電量是1300kWh;那么年PR就是:
2、影響系統效率的因素
影響發電量的關鍵因素是系統效率,系統效率主要考慮的因素有:組件上灰塵、陰影遮擋引起的效率降低,組件溫度引起的功率降低,直流電纜引起的阻抗匹配損失,組件串聯電壓和逆變器電壓不匹配產生的效率降低,逆變器的MPPT追蹤損失,逆變器本身的功率損耗,交流線纜功率損耗、變壓器功率損耗等等多個因素。據統計,目前我國地面光伏電站整體的系統效率為80%左右,工商業光伏系統效率為82%左右,戶用光伏系統效率為85%左右,各環節的系統效率損失如表所示:
以上效率都是近似值,在實際案例中,由于地點,設計方案、安裝,運維的不同,各個效率都可能有較大的差異。
3、提高系統效率的措施
工商業光伏一般是低壓400V并網,沒有升壓變壓器的損耗,但工商業屋頂情況比地面復雜,一般不能按最佳傾斜角度和最佳方位角度進行安裝,存在陰影遮掩,屋面可能還有別的設備造成陰影,工廠電網環境較差,電壓波動大,對發電量有一定的影響。
如上表所示,為了提高發電量,必須盡量減少各種損耗,對于工商業屋頂而言,傾斜角度、方位角度;組件灰塵、陰影、溫度,逆變器本身的損耗、MPPT跟蹤效率1、2、6、7等因素,受外界影響大,改變比較困難,只能盡力而為。但是,直流電纜損失、直流電纜阻抗匹配、組件和逆變器電壓匹配、交流損失(電纜、配電柜)3、4、5、8、10等因素,則是可控制的。
1)盡量減少直流電纜的長度,從組件到逆變器,要用到直流電纜,這個電纜的長度對系統發電量的影響非常大,一方面是直流電纜本身的損耗,另一方面是是阻抗匹配。逆變器MPPT方法有很多種,但萬變不離其宗,就是調整MPPT端的等效負載阻抗等于組件端的等效輸出阻抗,而組件端的輸出電阻包括組件的內阻和電纜的內阻。電纜越長,內阻越大,可能影響效率超過3%。
2)逆變器分散安裝,盡量靠近組件,直流電纜控制在20米以內,直流電纜損失可以降低到0.5%,每一個MPPT的直流電纜盡量一致,直流電纜MPP阻抗匹配降低到1%。采用多個并網點,一臺逆變器一個并網點,并網柜直接接入生產企業的低壓交流母排,交流損失(電纜、配電柜)也控制在0.5%以內。
3)組件串聯后的工作電壓盡量靠近逆變器的額定電壓,根據地理條件選用合適的MPPT,小型工商業項目,建議選擇兩路MPPT多個組串的逆變器,可以兼顧組串失配和高效率,設計更靈活;大型工商業項目,地形復雜帶來組件失配問題,不得不選擇多路MPPT,那么每路MPPT 2個組串輸入的逆變器會是較好的選擇,無熔絲易損件、故障定位準確度高,維護更簡單。
4)在水泥屋面,可以考慮用雙面組件,再將屋面改造成反光材料,發電量能提高10%以上,另外要多留組件清洗通道,經常清洗,能顯著提高發電量。
經過上述改動,交直流電纜的費用可以節省近50%,系統效率由原來的81%,上升到86.5%,系統效率提高5.5%,如果是一個500kW的電站,在一個年總輻射量1300kWh/m2地區,按原來的方案每年可以發500*1300*81%=52.65萬度電,改正后可以發500*1300*86.5%=56.225萬度電,每年可以多發3.575萬度電,按平均電價0.9元每度計算,每年可增加3.2175萬元收入。
1、系統效率的定義
系統效率來源是英文Performance Ratio(簡稱“PR”),IEC61724(1)給出的定義如下:
PRT:在T時間段內光伏電站的平均系統效率;
ET:在T時間段內光伏電站輸入電網的電量;
Pe:光伏電站組件裝機的標稱容量;
hT:是T時間段內方陣面上的峰值日照時數;
以我們最容易理解的年均PR來說,如果方陣面上接收到的年總輻射量是1600kWh/m2,那就是說方陣面上的峰值日照時數是1600h;如果計量電度表記錄的年發電量是1300kWh;那么年PR就是:
2、影響系統效率的因素
影響發電量的關鍵因素是系統效率,系統效率主要考慮的因素有:組件上灰塵、陰影遮擋引起的效率降低,組件溫度引起的功率降低,直流電纜引起的阻抗匹配損失,組件串聯電壓和逆變器電壓不匹配產生的效率降低,逆變器的MPPT追蹤損失,逆變器本身的功率損耗,交流線纜功率損耗、變壓器功率損耗等等多個因素。據統計,目前我國地面光伏電站整體的系統效率為80%左右,工商業光伏系統效率為82%左右,戶用光伏系統效率為85%左右,各環節的系統效率損失如表所示:
以上效率都是近似值,在實際案例中,由于地點,設計方案、安裝,運維的不同,各個效率都可能有較大的差異。
3、提高系統效率的措施
工商業光伏一般是低壓400V并網,沒有升壓變壓器的損耗,但工商業屋頂情況比地面復雜,一般不能按最佳傾斜角度和最佳方位角度進行安裝,存在陰影遮掩,屋面可能還有別的設備造成陰影,工廠電網環境較差,電壓波動大,對發電量有一定的影響。
如上表所示,為了提高發電量,必須盡量減少各種損耗,對于工商業屋頂而言,傾斜角度、方位角度;組件灰塵、陰影、溫度,逆變器本身的損耗、MPPT跟蹤效率1、2、6、7等因素,受外界影響大,改變比較困難,只能盡力而為。但是,直流電纜損失、直流電纜阻抗匹配、組件和逆變器電壓匹配、交流損失(電纜、配電柜)3、4、5、8、10等因素,則是可控制的。
1)盡量減少直流電纜的長度,從組件到逆變器,要用到直流電纜,這個電纜的長度對系統發電量的影響非常大,一方面是直流電纜本身的損耗,另一方面是是阻抗匹配。逆變器MPPT方法有很多種,但萬變不離其宗,就是調整MPPT端的等效負載阻抗等于組件端的等效輸出阻抗,而組件端的輸出電阻包括組件的內阻和電纜的內阻。電纜越長,內阻越大,可能影響效率超過3%。
上圖是目前工商業光伏常見的組件、逆變器、并網點排布圖,組件布滿屋面,為了管理方便,逆變器通常都是安裝在一起,因此直流電纜長度不一樣,最短的可能只有10多米,最長的可能是100多米,因此造成直流損耗比較大。并網點一般在地下配電房,超過400kW還要加升壓變壓器,而逆變器安裝在屋頂,一般也有幾十米的距離,由于是總功率匯合在一起,電流比較大,因此損耗也比較大。如果工商業光伏不需要國家補貼,逆變器的安裝地點和并網點都可以優化一下,如下圖所示:
2)逆變器分散安裝,盡量靠近組件,直流電纜控制在20米以內,直流電纜損失可以降低到0.5%,每一個MPPT的直流電纜盡量一致,直流電纜MPP阻抗匹配降低到1%。采用多個并網點,一臺逆變器一個并網點,并網柜直接接入生產企業的低壓交流母排,交流損失(電纜、配電柜)也控制在0.5%以內。
3)組件串聯后的工作電壓盡量靠近逆變器的額定電壓,根據地理條件選用合適的MPPT,小型工商業項目,建議選擇兩路MPPT多個組串的逆變器,可以兼顧組串失配和高效率,設計更靈活;大型工商業項目,地形復雜帶來組件失配問題,不得不選擇多路MPPT,那么每路MPPT 2個組串輸入的逆變器會是較好的選擇,無熔絲易損件、故障定位準確度高,維護更簡單。
4)在水泥屋面,可以考慮用雙面組件,再將屋面改造成反光材料,發電量能提高10%以上,另外要多留組件清洗通道,經常清洗,能顯著提高發電量。
經過上述改動,交直流電纜的費用可以節省近50%,系統效率由原來的81%,上升到86.5%,系統效率提高5.5%,如果是一個500kW的電站,在一個年總輻射量1300kWh/m2地區,按原來的方案每年可以發500*1300*81%=52.65萬度電,改正后可以發500*1300*86.5%=56.225萬度電,每年可以多發3.575萬度電,按平均電價0.9元每度計算,每年可增加3.2175萬元收入。