前言

隨著光伏行業(yè)的迅速發(fā)展，在光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)（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(shè)計(jì)和優(yōu)化的主要目標(biāo)之一。其中關(guān)于組件容量和逆變器容量的配比（容配比）和應(yīng)用也越來越受到“光伏人”的關(guān)注。小固將從系統(tǒng)設(shè)計(jì)和投資收益的角度對(duì)組件超配進(jìn)行詳細(xì)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(yīng)用早期，系統(tǒng)一般按照1：1容配比設(shè)計(jì)。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(yīng)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(jìn)行超配設(shè)計(jì)時(shí)，站在系統(tǒng)的角度和站在逆變器本身的角度理解會(huì)有所不同：

基于系統(tǒng)：在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，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(bǔ)系統(tǒng)損失；

基于逆變器：考慮機(jī)器本身的硬件，機(jī)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(shè)置的一定比例的直流端超配。

擴(kuò)展：目前，國內(nèi)外逆變器生產(chǎn)商往往會(huì)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(guān)法規(guī)對(duì)系統(tǒng)最高容配比有所限制。

二、系統(tǒng)超配出發(fā)點(diǎn)和實(shí)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(yīng)用中會(huì)存在線路損耗等問題，不可避免的會(huì)影響光伏系統(tǒng)總體輸出能力，進(jìn)而降低了系統(tǒng)收益。適當(dāng)?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(yīng)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(shí)，同樣會(huì)有衰減，只是在未見光時(shí)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(huì)急劇加快，在衰減到一定程度時(shí)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(cè)變壓器及線路損耗部分

在光伏系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，存在一系列影響整個(gè)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(yīng)該在1.1：1左右。

光照不足等

光照是光伏發(fā)電的基礎(chǔ)。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(duì)比可見，兩個(gè)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(shí)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(shè)計(jì)情況下，光伏系統(tǒng)最高發(fā)電功率是低于其裝機(jī)容量的，而通過一定比例組件超配可以擬補(bǔ)這部分的容量損失。組件超配一般分為補(bǔ)償超配和主動(dòng)超配：

補(bǔ)償超配：由于在系統(tǒng)應(yīng)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(bǔ)這部分系統(tǒng)損耗，從而使逆變器在實(shí)際使用過程中可以達(dá)到滿載輸出的效果。這種超配方案設(shè)計(jì)就是補(bǔ)償超配的設(shè)計(jì)思路。

Pn =逆變器額定輸出功率

主動(dòng)超配：在綜合考慮系統(tǒng)損耗和投資成本各項(xiàng)因素（包括組件價(jià)格，并網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)償，安裝成本，公共電網(wǎng)電價(jià)等）之后，在特定年限內(nèi)，通過主動(dòng)延長逆變器滿載工作時(shí)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)LCOE最小，這就是光伏系統(tǒng)主動(dòng)超配方案設(shè)計(jì)思路.

通常，容配比和LCOE的關(guān)如下圖所示：

三、系統(tǒng)超配比例的選擇

在電站設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)還要考慮投資成本運(yùn)維成本等綜合條件，以達(dá)到LCOE最低的效果。

1、選擇系統(tǒng)超配比例是需考慮的點(diǎn)

首先，需要了解系統(tǒng)平均化度電成本（Levelized Cost Of Electricity, LCOE）的計(jì)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(shí)，系統(tǒng)建設(shè)成本，運(yùn)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(diǎn)。

其中建設(shè)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(fù)雜，建議可以通過PVSyst、PVSol等系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)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(shè)計(jì)中在選擇逆變器是可能存在的一個(gè)誤區(qū)：

有些項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員在選擇逆變器時(shí)，往往只關(guān)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(jī)器輸出能力的超配，對(duì)于整個(gè)光伏系統(tǒng)來說，很難達(dá)到最優(yōu)容配比，造成組件容量不足或者浪費(fèi)。

逆變器超配能力：

目前市場上對(duì)系統(tǒng)超配的應(yīng)用越來越普遍，很多逆變器廠家會(huì)宣稱的逆變器超配能力可以達(dá)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(guān)問題。

首先：理論上來說，逆變器的超配能力應(yīng)該根據(jù)逆變器端子個(gè)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(jī)器承受范圍之內(nèi)，機(jī)器都是可以并網(wǎng)工作的。以固德威GW15KN-DT機(jī)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(jì)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(jī)器宣稱的超配能力要高。

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

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

A. 機(jī)器過溫降載

B. 機(jī)器內(nèi)部元器件老化加速（下圖）

因此，從較長時(shí)間考慮的話，組件超配比例過高會(huì)整個(gè)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(yīng)該是在溫升測試，老化測試以及壽命測試的基礎(chǔ)上給出的一個(gè)不影響機(jī)器正常使用壽命的比例值。

注：有些地區(qū)，對(duì)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(jī)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(shè)計(jì)組件超配比例的時(shí)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(shí)際應(yīng)考慮將機(jī)器的過載能力，以機(jī)器持續(xù)最大輸出能力為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

另外，逆變器的過載能力可以有效降低棄光率和機(jī)器超負(fù)荷工作時(shí)間，擴(kuò)展組件超配比例（下圖）

從圖上可見，逆變器的過載能力越強(qiáng)，陽光充足時(shí)，系統(tǒng)舍棄的功率越低，系統(tǒng)發(fā)電量越高。同時(shí)機(jī)器超負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間越短。

總結(jié)

在光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，尤其工商業(yè)項(xiàng)目和地面電站項(xiàng)目，組件超配已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。合理的組件超配設(shè)計(jì)可以增加系統(tǒng)收益，降低系統(tǒng)平均度電成本，實(shí)現(xiàn)整體效益的最大化。如何設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)的容配比，需要綜合考慮各種因素，更需要對(duì)組件，逆變器等關(guān)鍵組成的性能和參數(shù)有更加深入清晰的認(rèn)識(shí)。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。