都在說的光伏組件超配，看這一篇文章就夠了

前言

隨著光伏行業(yè)的迅速發(fā)展，在光伏電站系統(tǒng)設計（尤其在大型工商業(yè)光伏電站和地面電站）中，如何降低系統(tǒng)投資成本，提升投資收益，成為光伏電站系統(tǒng)設計和優(yōu)化的主要目標之一。其中關于組件容量和逆變器容量的配比（容配比）和應用也越來越受到“光伏人”的關注。小固將從系統(tǒng)設計和投資收益的角度對組件超配進行詳細的介紹。

一、什么是超配？

首先，光伏系統(tǒng)的容量是按照交流測并網(wǎng)功率來定義的。在光伏應用早期，系統(tǒng)一般按照1：1容配比設計。然而，按照系統(tǒng)平均度電成本（LCOE）最低來衡量，最優(yōu)的容配比應大于1：1。也就是組件的容量超過了光伏逆變器容量，也就是我們所說的組件超配。

在進行超配設計時，站在系統(tǒng)的角度和站在逆變器本身的角度理解會有所不同：

基于系統(tǒng)：在項目設計時，在考慮到系統(tǒng)損失（例如：光照不足，線損，逆變器效率等）的情況下，通過組件的超配來擬補系統(tǒng)損失；

基于逆變器：考慮機器本身的硬件，機器逆變效率，逆變器本身性能等情況，基于逆變器本身的輸出能力，設置的一定比例的直流端超配。

擴展：目前，國內(nèi)外逆變器生產(chǎn)商往往會宣稱逆變器超配能力，例如130%，或者更高。在海外某些地區(qū)，例如澳大利亞，也有相關法規(guī)對系統(tǒng)最高容配比有所限制。

二、系統(tǒng)超配出發(fā)點和實現(xiàn)方法

1、系統(tǒng)超配與系統(tǒng)效益

超配的原因：

在光伏系統(tǒng)中應用中會存在線路損耗等問題，不可避免的會影響光伏系統(tǒng)總體輸出能力，進而降低了系統(tǒng)收益。適當?shù)某淠軌蛴行岣唠娬鞠到y(tǒng)整體收益，并已為電站業(yè)主所接受并廣泛應用。影響系統(tǒng)整體效率的因素有以下方面：

組件衰減

組件的衰減是不可避免的，即使在包裝內(nèi)未見光時，同樣會有衰減，只是在未見光時衰減非常慢，一旦投入使用接受陽光照射，組件的衰減速度會急劇加快，在衰減到一定程度時趨于穩(wěn)定。見下圖，組件衰減模擬曲線。

系統(tǒng)損耗

此處所說的系統(tǒng)損耗不包括逆變器后AC側變壓器及線路損耗部分

在光伏系統(tǒng)實際應用中，存在一系列影響整個系統(tǒng)發(fā)電效率的因素，如光照不足，組件失配，線路損耗等。具體如下：

由上表可以看出，在僅考慮系統(tǒng)損耗的情況下，合理的容配比應該在1.1：1左右。

光照不足等

光照是光伏發(fā)電的基礎。不同地區(qū)，不同緯度，不同地形，不同的氣候環(huán)境下，光照條件差異很大。以下成都和西寧地區(qū)常年光照條件的對比可見，兩個地區(qū)由于地形條件，氣候條件的差異，月/年光照情況差異非常之大。

其他因素

影響光伏系統(tǒng)效率的因素很多，例如環(huán)境溫濕度，系統(tǒng)故障以及其他包括人為因素等。

2、實現(xiàn)系統(tǒng)超配的主要方式

從以上影響光伏系統(tǒng)發(fā)電效率的因素可以很明顯看出，傳統(tǒng)1：1容配比設計情況下，光伏系統(tǒng)最高發(fā)電功率是低于其裝機容量的，而通過一定比例組件超配可以擬補這部分的容量損失。組件超配一般分為補償超配和主動超配：

補償超配：由于在系統(tǒng)應用中存在一些不可避免的損耗，通過增加組件的容量，提升容配比來擬補這部分系統(tǒng)損耗，從而使逆變器在實際使用過程中可以達到滿載輸出的效果。這種超配方案設計就是補償超配的設計思路。

Pn =逆變器額定輸出功率

主動超配：在綜合考慮系統(tǒng)損耗和投資成本各項因素（包括組件價格，并網(wǎng)電價補償，安裝成本，公共電網(wǎng)電價等）之后，在特定年限內(nèi)，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(tǒng)發(fā)電收益之間尋找平衡點，實現(xiàn)LCOE最小，這就是光伏系統(tǒng)主動超配方案設計思路.

通常，容配比和LCOE的關如下圖所示：

三、系統(tǒng)超配比例的選擇

在電站設計時如何讓選擇最優(yōu)的組件超配比例，即最優(yōu)容配比主要是由電站所處位置的光照條件決定的，并非越大越好。同時還要考慮投資成本運維成本等綜合條件，以達到LCOE最低的效果。

1、選擇系統(tǒng)超配比例是需考慮的點

首先，需要了解系統(tǒng)平均化度電成本（Levelized Cost Of Electricity, LCOE）的計算模型，如下：

提高組件超配比例，在系統(tǒng)發(fā)電收益增加他的同時，系統(tǒng)建設成本，運維成本，資產(chǎn)折舊（包括組件衰減等）等成本都在隨之增加。最優(yōu)的容配比是能夠在增加的投入成本和系統(tǒng)發(fā)電收益之間尋找平衡點。

其中建設成本包含：組件投入成本，安裝成本，組件支架，基建成本等。各地區(qū)需根據(jù)各自情況具體核算。

系統(tǒng)發(fā)電量：由于影響發(fā)電量的因素比較復雜，建議可以通過PVSyst、PVSol等系統(tǒng)設計軟件進行發(fā)電量模擬。

除此之外，還需要綜合考慮以下方面的條件。

2、逆變器超配能力和過載能力

在討論逆變器的超配能力和過載能力之前，這里先說一下市場上組件超配的設計中在選擇逆變器是可能存在的一個誤區(qū)：

有些項目設計人員在選擇逆變器時，往往只關注逆變器宣稱的直流端的超配能力（超配比例）而忽略了逆變器交流段的過載能力（交流端輸出能力）。然而這種忽略機器輸出能力的超配，對于整個光伏系統(tǒng)來說，很難達到最優(yōu)容配比，造成組件容量不足或者浪費。

逆變器超配能力：

目前市場上對系統(tǒng)超配的應用越來越普遍，很多逆變器廠家會宣稱的逆變器超配能力可以達到130%甚至更高，有些廠家甚至宣稱150%-170%。這里簡單說一下組件超配比例相關問題。

首先：理論上來說，逆變器的超配能力應該根據(jù)逆變器端子個數(shù)、MPPT路數(shù)、以及最大直流電壓來確定的，而不是簡單的功率比例。只需組串的最大開路電壓，同一MPPT中所有組串的最大直流電流保證在機器承受范圍之內(nèi)，機器都是可以并網(wǎng)工作的。以固德威GW15KN-DT機器(超配能力130%)和隆基LR6-72 335W組件為例：

按照最大輸入電壓計算

逆變器每串輸入可接入最多1000V/46.3V=21pcs

逆變器可接入組件數(shù)量總數(shù)為：21*3=63 pcs， 組件總功率為：63*335W=21105W

容配比為：21105W/15000W=1.4:1， 比機器宣稱的超配能力要高。

那為什么機器本身宣稱的超配能力只有30%？ 這里涉及到另外一個問題：機器性能和壽命。

按照固定最大電壓計算得出的結果只是機器本身硬件支持的最大接入功率，然而超配比例越高，機器滿載工作的時間越長。在長時間滿載運行環(huán)境下，機器內(nèi)部的溫度提升會超出預計，尤其在高溫天氣會散熱不良的環(huán)境下，由此可能導致一下問題：

A. 機器過溫降載

B. 機器內(nèi)部元器件老化加速（下圖）

因此，從較長時間考慮的話，組件超配比例過高會整個系統(tǒng)的發(fā)電效益。

由此可以看出，逆變器直流端的超配能力應該是在溫升測試，老化測試以及壽命測試的基礎上給出的一個不影響機器正常使用壽命的比例值。

注：有些地區(qū)，對逆變器的超配比例有所要求。例如澳洲CEC要求系統(tǒng)超配不得超過33%。

逆變器過載能力：

逆變器的過載能力指的是逆變器最大輸出功率持續(xù)大于其額定輸出功率的能力。例如固德威GW50K-MT機型，其額定功率50KW，最大輸出功率（持續(xù)輸出）是55KW，過載能力110%。

在設計組件超配比例的時候，在考慮光照條件，系統(tǒng)損耗以及逆變器超配能力之后，實際應考慮將機器的過載能力，以機器持續(xù)最大輸出能力為基礎進行設計。

另外，逆變器的過載能力可以有效降低棄光率和機器超負荷工作時間，擴展組件超配比例（下圖）

從圖上可見，逆變器的過載能力越強，陽光充足時，系統(tǒng)舍棄的功率越低，系統(tǒng)發(fā)電量越高。同時機器超負荷運行的時間越短。

總結

在光伏系統(tǒng)設計和應用中，尤其工商業(yè)項目和地面電站項目，組件超配已經(jīng)得到越來越廣泛的應用。合理的組件超配設計可以增加系統(tǒng)收益，降低系統(tǒng)平均度電成本，實現(xiàn)整體效益的最大化。如何設計光伏系統(tǒng)的容配比，需要綜合考慮各種因素，更需要對組件，逆變器等關鍵組成的性能和參數(shù)有更加深入清晰的認識。小固在此，愿和所有“光伏人”一起探討，不斷提升光伏系統(tǒng)的使用效率。