关于光伏电站设计和设备选型的思考

摘要：本文通过收集部分地区的辐照强度数据，介绍了地面电站光伏方阵容配比设计建议，通过设备输出性参数对比，分析了常见类型组件和逆变器的最佳容配比的设计思路。在分析对比的基础上，提出了设备选型和组件与支架匹配建议。

关键词：光伏电站;辐照强度;容配比;组件输出特性;设备选型

随着行业技术发展和进步，光伏产品类别多样，大的分类光伏组件有单面和双面产品，同时有158、166、182和210多种硅片尺寸并行，常见的支架有固定式、固定可调式，平单轴跟踪等等。多样化的气象条件也决定了电站设计的复杂性，本文通过收集的气象数据，针对组件输出特性，提出设备选型建议和系统设计建议以供同行参考。

1. 不同地理位置和采用不同支架类型组件接收到的光能量

宁夏某项目辐照强度数据 固定式支架

内蒙古某项目4月3日辐照强度数据 固定式支架

青海某项目4月7日辐照强度数据 平单轴支架

通过以上数据分析得知：1)不同区域光资源差异很大，早晨到傍晚太阳东升西落，单日内逐时辐照强度变化很大。2)不同的支架类型，光伏组件工作角度接受的辐照强度曲线也不同，平单轴支架相比固定式支架，单日内辐照强度曲线更加平缓，峰值更低，理论上来讲，不限流的情况下，平单轴可以允许更高的容配比。3)固定支架因角度固定，单日内光伏组件工作角度接收到辐照强度变化剧烈，有明显峰值;理论上来讲，全年的不同季节的最大峰值变化(辐照强度的峰值)也会很大。4)平单轴支架跟踪技术，可以使光伏组件工作角度接受的辐照强度更快的达到峰值，并且稳定住(9:00~16:00)，因此组件输出功率曲线会更加平缓。5)通过对比正面和正面+背面辐照强度可得，平单轴支架正午时段(11：00~15:00)，背面反射率更高，能够更好的匹配双面组件;中纬度地区(我国光资源优越的地区大部分处于中纬度)春分以后，平单轴的发电量会提升很快。

因收集的数据限制，结论难免偏颇，欢迎同行交流、指正。

2. 不同类型组件接入逆变器的直流容量对比

最大组串内组件串联数量计算公式(单面、双面均通用)

K 光伏组件的开路电压温度系数

N 光伏组件串联数(N取整)

T 光伏组件昼间环境极限低温

Vdcmax 逆变器和光伏组件允许的最大系统电压，取两者小值(直流)

Voc 光伏组件的开路电压

低辐照修正系数，通常取值为0.93，不同组件略有差异

以河北南部某项目地为例，计算结果如下：

注：M10-540为 采用182硅片540Wp产品，M12-540为采用210硅片540Wp产品

以某知名逆变器厂家3125KW产品为例，双面增益10%且无限流时，计算得出：

1)组件输出电压随辐照度变化不大，大体在0.93~1之间(不考虑温度影响);组件输出电流与辐照度成正比，双面组件时需考虑背面辐照强度增加。2)同一功率的不同类型的组件，组串内串联组件数量不同，同时输出电流不同导致并联数量不同，计算可得，不同组件接入逆变器的容量难以满足公倍数关系，因此不同类型组件的容配比必然有差异。如果不同类型组件采用同一容配比计算电站BOS等，必然与事实不符，对比结果不准确。

3. 逆变器效率

下图为某知名逆变器厂家的集中式逆变器的效率曲线

通过上面曲线可得：1)在逆变器的MPPT电压范围内，组串工作输出电压越接近1160V，逆变器效率越高。2)逆变器输出功率/额定功率≥20%，组串输入电压在1160V以上逆变器效率最优，组串输出不同电压效率基本相同无明显差异。

组串工作状态输出电压：

3.1 极端工作条件组串输出电压：

注：工作电压低辐照修正系数取值0.97;组串长度①为开路电压参照低辐照修正后计算的组串内的串联组件数量;组串长度②开路电压无低辐照修正计算的组串内串联的组件数量。

3.2 极端工作条件组串输出电压

注：组串长度①为开路电压参照低辐照修正后计算的组串内出串联的组件数量;组串长度②开路电压无低辐照修正计算的组串内串联的组件数量

通过以上测算可得，通过增加低辐照修正得出的最优组串长度(M10产品为30，M12产品为38)，组串在此工作状态下输出的电压能完美匹配逆变器的最优效率，可以保证逆变器的最佳的效率状态，从未提升系统效率。如无参照低辐照修正的组串(M10产品为28，M12产品为36)，其工作电压输出过低，偏离逆变器最佳效率状态，从而导致逆变器转换效率下降，降低系统效率。

4. 结论

4.1 与平单轴支架匹配时，组件工作角度全天接收到的辐照强度变化比固定式支架更低，同时，峰值辐照强度保持的小时数更长，因此在不限流或轻微限流的条件下，平单轴支架可以允许更高的的容配比。

4.2 平单轴支架成本和发电收益与组件横排和竖排关系很大，竖向排布无疑能够显著降低支架和组件成本，同时降低直流线损;另外，平单轴支架市场占比逐步增加，已成地面电站的主流，因此组件竖向排布，引出线短线的设计更适合地面电站应用。

4.3 系统设计时，结合当地的气象数据测算的组件输出参数相比标称数值更有参考意义。我国已成为全球第一大光伏市场，累计安装量也已远超其他国家，有海量光伏电站运行记录和实际观测的气象数据，及时收集和分享这些数据对我们的系统设计有重大参考意义和价值。

4.4 不同组件产品的组串功率(组件标称功率×组串内组件数量)相差很大，逆变器容量不是组串标称功率的公倍数关系，因此不同类型组件不宜采用同一容配比数值作对比计算。

4.5 容配比建议，通过气象数据和组件标称修正计算出组串长度(组串内串联组件数量)，然后在不限流或是轻微限流时计算出并联组串数量，在此基础上计算出逆变器允许接入的直流容量和容配比。

文章作者：杜玉雄