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从光伏系统的优化设计中挖掘效益
2017-12-07 14:16:49   来源:中国电力网   作者:于红波采编  点击:

当前,我国分布式光伏发电产业得到蓬勃发展,并且国家对分布式光伏发电政策的扶持力度不断加大,越来越多的人们开始关注光伏产业各项信息。而在光伏行业中常被忽视的是光伏系统的设计,殊不知光伏系统的设计不当会严重影响系统发电的收益。关于光伏系统设计的其他因素在之前的文章有详细描述,本文继续从系统角度出发,结合光伏系统的 “心脏”——光伏逆变器,阐述提高系统收益的优化设计需特别关注的系统优化设计考量,希望能给关注分布式光伏发电的人群提供一些参考。

系统优化设计考量

组件超配设计

光伏组件标称的功率是在标准测试条件(STC)下测得的(即光照强度1000W/m^2,电池温度25℃,光谱AM=1.5),但很多地方的光照强度达不到1000W/m^2,这就会导致组件输出功率变低,下图为两种不同测试条件下光伏组件的输出功率:

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一般在分布式项目集中的东南沿海地区,光照条件都很难达到标准测试条件,以至于组件输出功率一般达不到标称功率的条件,且大部分时间在80%以内。为避免逆变器资源浪费,通常会考虑组件的适当超配。

目前国内按照日照辐射区域划分为三大类,如下图:

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资源区

各资源区所包括的地区

I类资源区

宁夏,青海海西,甘肃嘉峪关、武威、张掖、酒泉、敦煌、金昌,新疆哈密、塔城、阿勒泰、克拉玛依,内蒙古赤峰、通辽、兴安盟、呼伦贝尔以外地区

II类资源区

北京,天津,黑龙江,吉林,辽宁,四川,云南,内蒙古赤峰、通辽、兴安盟、呼伦贝尔,河北承德、张家口、唐山、秦皇岛,山西大同、朔州、祈州,陕西榆林、延安,青海、甘肃、新疆除I类外其他地区

III类资源区

除I、II类资源区以外的其他地区

根据不同的日照资源区,建议的组件和逆变器的超配比如下:

I类资源区:组件和逆变器按1:1配置。

II类资源区:组件和逆变器按1.1:1.0配置。

III类资源区:组件和逆变器按 (1.2~1.3) : 1配置。

并网点接入光伏容量

对于工商业屋顶项目而言,并网点处光伏容量的接入十分讲究,特别是大型工厂的屋顶项目。光伏的接入打破了工厂配电系统既有的平衡,使工厂从配电网获取的有功功率减少,配电网(支路)出口处的功率因数亦相应降低,导致力调电费增加,甚至出现不允许并网的情况。

功率因数的计算公式如下:

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其中η为功率因数,P为有功功率,Q为无功功率。工厂满负荷运转时,对P和Q的需求是一定的,当光伏接入后,由于光伏是以纯有功输出,则使工厂从配电网获取的有功P减少,而无功Q不变,故功率因数η降低。所以可以得出接入的光伏容量越大,则功率因数降低的越多。

根据经验分析,如并网点是选择在变压器出口处,则建议光伏电站的容量不宜超过变压器供电区域内最大负荷的25%,如下图所示:

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如并网点是选择在某条具有独立无功补偿设备的支路,则建议光伏电站容量不宜超过该支路下最大负荷的25%,如下图所示:

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并网点电压

并网点电压的稳定与否直接影响到逆变器能否稳定发电。不同的并网环境,对并网点电压的变化差异都很大。并网点电网环境主要分成以下几类:

1、厂区电网:电变压器就近接入国家电网,并网点在变压器低压出口或某条支路上。这类并网点电压稳定且谐波含量低,逆变器一般不会脱网。

2、城市电网:由城市区域的大变压器进行供电,再接入国家电网,供电能力较强。这类并网点白天电压稳定,有利于逆变器并网。

3、农村电网:远离上级变压器,且处在电网末端,线路阻抗大。这类并网点电压较弱,波动性较大,逆变器有可能脱网。

4、偏远山区独立电网:多由小型水电站发电,不接入国家电网。这类并网点电压最弱,电压波形性及谐波含量较高,逆变器需有很强的适应性才能正常工作。

 

 

由于安装光伏之后并网点电压会升高,在光伏设计之初,建议设计人员先到项目现场测试并网点电压值。如果发现没有安装光伏,但并网点电压值已经很高的情况下,在并网后很大程度会出现脱网、过压降载等现象,使光伏系统不能工作在最大功率点的状态。以单相并网点为例,如果没接光伏系统,测得的电压已达到260V以上,不建议再做该项目。

关于系统优化设计的考量,在上述已列举了三大需考量的因素,分别为组件超配设计、并网点接入光伏容量以及并网点电压的考量,相信对光伏系统的设计最优起着一定的参考作用。

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