光伏系统设计中的组件超配与投资收益提升 —— 超配方案中的逆变器选型及影响

通过合理的超配方案设计，可以实现对光伏系统的优化，发电量进一步提升，系统平均化度电成本（Levelized Cost Of Electricity, LCOE）进一步降低，投资方整体收益进一步提升。

在组件超配方案设计中，需要考虑当地光照条件、系统损耗、铺设倾斜角度等因素的影响，同时，逆变器的性能和选型也十分重要。集中型逆变器由于单机容量大，过载能力强，比组串型逆变器更适于超配。此外，超配后由于接入逆变器的组件容量提高了，会不会超过逆变器的运行范围，造成逆变器长期过载运行而影响逆变器安全？限功率运行时，直流电压会不会超过逆变器的允许范围？带着这些疑问，我们做了详细分析。

一、集中型逆变器设计超配方案更灵活

在光伏系统设计中，光伏组件是以组串为单位接入逆变器的。以常见的地面电站为例，一般每串22块组件，以每块组件为250Wp计算，也就是每个组串的功率为5500W。在系统设计中，不论是否进行超配，不论是选用集中型还是组串型，方案都必须满足每个逆变器所接入的组件容量为5500W的整数倍数这一基本要求。
以国内市场上主流的30KW额定功率的组串逆变器、和500KW额定功率的集中逆变器，可实现超配的容配比方案进行比较，如下表：

表1：组串型和集中型逆变器在相同容配比范围内可实现的超配方案对比


如表1所示，在容配比（容配比=组件功率/逆变器额定功率）0.92到1.50之间，30KW的组串逆变器可现实4种方案，500KW的集中逆变器可实现53种方案；也就是说，在容配比1.5以下，选用30KW的组串型逆变器仅有3种超配方案设计，选用500KW的集中型逆变器则可以有46种超配方案设计，可以满足不同项目配置的需要。

另外，部门厂家的组串式逆变器，直流输入端子数量都是按照标准额定容量配置的，无法接入更多的组串数量，尤其是针对光照资源较差的二三类区域，容配比可以相对较大的情况下，由于输入端子数量的限制，根本无法实现最优的容配比，而采用集中型逆变器方案中，因为有直流汇流箱对组串的汇流环节，可接入的组串数量基本不受限制，进行超配方案时非常灵活。

二、超配对逆变器的影响

超配时，由于组件容量超过逆变器容量，对逆变器的安全运行有哪些影响呢？

1、逆变器是否会过载运行

补偿超配时，去除系统损耗后，逆变器实际输出的最大功率等于逆变器的额度功率，在逆变器的正常工作范围内，这很容易理解。而主动超配时，去除系统损耗后，若组件都工作在最大功率点，则将超过逆变器额度功率，会造成逆变器过载运行，甚至会超过逆变器的工作范围到达逆变器过载保护点，这是不允许的。如何解决这个问题呢？唯一的办法只有限制组件的输出，也就是通过逆变器控制，使得组件输出偏离最大工作点，以确保逆变器输出不超过其额度功率。由此可见，超配仅增加了逆变器满载运行的时间，提高了逆变器的利用率。逆变器不会过载运行，也就不会超过逆变器的运行范围。

2、限功率运行时会有哪些影响

由组件输出特性可知，在主动超配时，由于系统部分时间段内出现了限功率运行，逆变器控制组件输出偏离最大功率点，如下图所示，当工作点由A点向右偏离到C点时，组件输出电流减小，输出电压将升高。


主动超配中限功率运行时，组件工作点偏离

由图1曲线可见，当超配的功率越大，被限制的功率也就越大，每块组件的输出电流越小，组件工作点越向右偏移，电压越大，也就是说，超配功率越大，输出电压越高。通过分析计算，可获得不同容配比下逆变器实际工作电压如表2所示。可见，当容配比为1.5倍时，逆变器实际工作电压电压从MPPT电压673V抬升到770V，在逆变器的允许工作范围内。也就是说，即使在超配1.5倍时，系统的直流电压也不会影响逆变器的安全运行。

表2 不同超配比例下逆变器实际过电压


三、总结

通过分析，在系统超配设计过程中，逆变器的选型十分关键，集中式逆变器由于单机容量与单个组串容量比值大，过载能力强，因此可方便的进行不同比例的配置，设计灵活，满足不同区域容量各异的要求。同时，合理的超配对逆变器及系统的正常工作没有任何影响，不会超过逆变器的安全运行范围。