太阳能发电项目“容配比”设计初探

胡东平

（华电淄博热电有限公司，山东淄博255054）

0 引言

近期国家及地方政府对于能源发电项目的产业政策作出了调整，尤其对新能源发电（风电、光伏等）项目的区域开发配比、配套电网建设、电量接纳、上网电价等诸多方面作出了新的部署，同时也进一步明确了相关配套政策的调整步骤、区域分级和时序安排。针对鲁中及周边地区新能源发电项目开发建设面临的现实环境，结合企业新能源项目开发建设规划，在全力推进风光电项目开发建设的基础上，如何利用政策优势、紧密结合地域特点、高效稳妥地推进太阳能发电（集中式光伏、分布式光伏等）项目开发建设，最大限度地提升项目整体资本金内部收益率，成为保证项目开发建设健康有序、持续发展的重要议题。

1 项目概述

以III类光资源区拟建100 MW电站为例，设一座10 MW并网型光伏电站，项目用地面积72.644 hm2，安装10个1 MW并网发电单元（光伏方阵），光伏组件选择360 Wp多晶硅太阳能电池组件，转换效率为17.6%，光伏电站与风电场共用一座升压站及送出线路，光伏组件用地采用长期租地形式。光伏发电项目的开发建设，应以项目建设的投资收益水平作为整体衡量的标准，对项目建设条件、成本核算、设计施工、运营管理等方面进行全面分析评估，重点突出项目的投资收益，特别是项目整体资本金内部收益率。通过对不同类型光伏发电（集中式光伏、分布式光伏等）项目的初步分析，结合国内典型区域光伏电站建设运营案例分析，可以发现造成光伏电站利用小时数低、无法达到核准容量（满负荷）运行，进而影响项目整体投资收益的因素。

1.1 系统设备因素

（1）项目建设地域的太阳辐射量。（2）太阳能电池组件的倾斜角度。（3）太阳能电池组件转化效率。（4）系统损失因素，光伏电站的系统损耗为8%～13%，在其一般的财务模型中，系统发电量3年递减约为5%，20年后发电量约递减至核准容量的80%。

1.2 系统设计因素

系统设计需要充分考虑光伏系统阴影、安装朝向及系统配置等因素，尽最大可能减少热脉效应。并网光伏发电系统的光伏方阵设计安装倾角必须按照接受全年最大太阳辐射量进行设计校核。

本文针对不同地域的光资源及电网环境特点，综合考虑并网光伏发电接入系统的电网侧配置，科学组织接入系统的设计优化。根据光伏电站投运后电网对电站运行功率的监控要求，重点对逆变器等主要设备的选型配置进行整体优化，以进一步提高项目的投资收益。

2 影响光伏组件出力的因素

（1）标准工况（辐照强度1 000 W/m2，25 ℃，AM1.5即光线通过大气的实际距离为大气垂直厚度的1.5倍且光伏组件未发生衰减）。（2）电站的系统损耗：光伏系统中，从太阳辐射到光伏组件，需经过直流电缆—汇流箱—直流配电设备—逆变器，其间的各个环节都有损耗。通常直流侧损耗约为7%～12%，逆变器自身损耗约为1%，从光伏组件到逆变器出口的总损耗可达8%～13%（此损耗不含逆变器后面的变压器及线路损耗部分）。

3 光资源条件（以鲁中地区为例）

根据国家气象局风能太阳能资源评估中心的划分标准，我国太阳能资源地区分为4类，不同地区辐照度差异较大，即使在同一资源地区，不同区域的全年辐射量也有较大的差异。因此，光伏电站系统“容配比”分析，必须根据项目具体建设地区的年太阳辐射总量来进行分析。目前，山东全省区域介于II～III类光资源区域之间，根据济南、福山、莒县3个日射观测站的平均太阳总辐射逐日变化分析，年太阳辐射总量基本为4 480～5 800 MJ/m2。本文选取距离鲁中地区较近的济南、莒县站2001—2010年的太阳资源监测数据作为地区太阳资源分析的参考，对比鲁中地区气象站的气象资料进行分析修正，初步得出本地区的年太阳辐射总量约为4 560～5 180 MJ/m2，光资源较为丰富，满足光伏发电项目的开发建设需求。

4 确定主要影响因素的方式

为明确导致光伏电站无法达到额定容量（满负荷）运行，进而影响项目整体投资收益水平的诸多因素，除了需要更加深入理解国家产业政策、积极争取项目所在地区的投资环境的优化、切实科学合理的组织项目设计优化和设备选型配置、加强项目建设的全过程管理及电站运营管理水平外，还要以提升投资收益为基本出发点，结合国内不同光资源区域光伏电站建设运营的情况，分析地区实际辐射量的差异、电站系统损耗、设备安装及运行水平、电网公司运行要求等因素，特别是对光伏电站能否达到额定容量（满负荷）运行的重要影响因素——系统“容配比”的深入分析。以项目本地区实测太阳辐射数据为基础，结合光伏组件、逆变器、汇流箱等主要设备的特性，研究项目实施区域的最佳系统“容配比”，通过综合评估光伏电站投资增加与发电量提升的对比，进而给出能够取得项目投资收益最大化的系统“容配比”范围，达到优化项目设计、提高光伏电站的年利用小时数、提升项目的资本金内部收益率的目标。

5 系统“容配比”分析

系统“容配比”是指光伏电站的光伏组件与逆变器容量的配比系数。经过对不同光资源区域多个已投运光伏电站的分析研究发现，如果系统“容配比”按照1:1设计配置，现实情况下光伏组件很难超过90%标称功率输出，光伏电站出力也很少超过90%的核准容量。因此，如何根据项目所属地区光资源的实际情况，结合对项目整体投资水平的综合评估，科学合理地采取适当增大系统“容配比”（即适当增大光伏组件容量，使其大于逆变器容量）；采用非晶合金变压器等方法降低系统损耗、增大电站满负荷运行时间；提高项目的利用小时数，进而提升项目的投资效益，成为国内光伏电站项目前期开发设计过程中需深入分析研究的主要议题。超配（增大）光伏组件的方式及意义主要包括以下几个方面：（1）被动超配方式：通过加装光伏组件，补偿光伏组件至逆变器的系统损耗，使逆变器的输出功率达到逆变器的额定功率，以便光伏电站在光照最好的时间段保持满负荷运行。（2）主动超配方式：在被动超配的基础上进一步加装光伏组件，通过主动延长逆变器的满负荷工作时间（在满足逆变器额定功率限制级电网AGC控制要求的基础上），进而提高项目的利用小时数。（3）采取超配光伏组件的方式，势必会增加光伏组件的投入、征地费用等建设成本，而且部分超过核准容量的电量会被“弃发”，这就要求对不同光资源区域（I、II、III类）的光伏电站在不同系统“容配比”下的实际总发电量、增发电量、弃发电量，以及弃发电量分别占实际总发电量、增发电量的百分比等指标和经济性作出全面的分析研究，准确把握项目所在地区不同超配比例所对应的增加光伏组件的投入成本和电站发电收益的整体平衡点，确定合理的系统“容配比”，从而达到提升光伏电站年利用小时数的目的，实现项目投资收益的最大化。

6 结语

光伏电站适当提高光伏电站组件容量与逆变器容量比例，即“容配比”设计，已成为提高光伏系统综合利用率、降低系统平准化度电成本（LCOE）、提升收益的有效手段。光伏电站采用直流侧增容的设计思路可降低5%以上的初始投资成本，将会是未来光伏电站扩大“容配比”的最优选择。当“容配比”超过一定比例，系统整体效率还需要考虑功率损失，所以不同地区需要根据当地光资源条件及投资成本，借助仿真工具和财务模型，对不同“容配比”进行发电量和经济性分析，找出最佳“容配比”。