不同太阳能资源区不同容配比对光伏电站发电量影响的研究

马庆虎，刘玉宏，李永泉，贾俊杰，孙晓坤，逯克辉，曹立柱

(国家电投集团青海光伏产业创新中心有限公司，西宁 810000)

0 引言

光伏发电是新能源发电中一种重要的发电形式，其主要是利用太阳电池的光电转换原理将光能转换为电能。光伏电站在设计时一般需要考虑诸多因素，如项目所在地的太阳能资源情况，场址区地形，组件的安装倾角，支架的运行方式、方位角、行间距，以及设备的布置方式和选型等。当光伏阵列的输出功率达不到额定的输出功率，会导致逆变器不能按照额定功率运行，造成系统设备利用率低的情况，因此，需要选择合适的容配比。容配比是指光伏电站中光伏组件标称直流功率与逆变器交流输出功率的比例。目前国内光伏电站的容配比一般为1.0:1.0～1.3:1.0，高容配比方案提高了光伏电站设备的利用率，在一定程度上提升了电站的发电收益。然而在不同等级的太阳能资源区，不同容配比对光伏电站收益的影响存在一定差别。本文主要研究了不同太阳能资源区、不同容配比因素对光伏电站发电量的影响。

1 不同太阳能资源对光伏电站发电量的影响

光伏电站设计时，需考虑影响其发电量的各个因素，如前文所述，其中，不同太阳能资源区的太阳能资源差异对发电量的影响最大。

根据GB/T 37526-2019《太阳能资源评估方法》，以年水平面辐照量来评价太阳能资源的丰富程度，将全国太阳能资源情况分为A 级最丰富区、B 级很丰富区、C 级丰富区、D 级一般区4 类[1]。由于国内D 级的区域较少，本文主要分析前3 种太阳能资源区。

表1 我国太阳能资源等级划分Table 1 Classification of solar energy resources in China

为使光伏阵列倾斜面上接收到的全年太阳辐射量最大，应根据光伏电站所在地的经纬度、辐射资料、气象条件等情况，通过计算来确定光伏组件的最佳安装倾角[2-3]。

本研究从3 种太阳能资源区中各选出1 个地区进行对比计算，其中，A 级太阳能资源区选择银川地区、B 级太阳能资源区选择北京地区、C 级太阳能资源区选择南京地区；然后通过查询Meteonorm 软件，可得到3 个地区的年太阳辐射量数据，分别为5956.56、4905.00 和4385.88 MJ/m2，并以此作为后续容配比计算时的依据。

2 不同容配比对光伏电站发电量的影响

光伏电站在进行系统设计时选择合适的容配比，可以在不增加交流设备成本的情况下提高光伏电站的整体发电量，并提高交流设备的利用率。

2.1 容配比计算的边界条件

以装机容量为1 MWp的光伏阵列为例。该光伏阵列采用410 Wp单面单晶硅光伏组件、1000 kW 集中式逆变器和35 kV 升压箱变，支架选择固定式支架，阵列支架前后排之间的总间距为9.4 m(前后排之间的净间距为6.0 m)。

本算例中主要设备的价格分别是：组件为1.8 元/W，逆变器为0.17 元/W，升压箱变为15万/台，固定式支架为8500 元/kg。

根据光伏组件和逆变器的不同配比设计光伏阵列的容配比，分别为1.0∶1.0、1.1∶1.0、1.2∶1.0、1.3∶1.0、1.4∶1.0、1.5∶1.0、1.6∶1.0、1.7∶1.0、1.8∶1.0、1.9∶1.0、2.0∶1.0。当光伏阵列的容配比较低时，逆变器的限发电量较小；容配比较高时，逆变器的限发电量也随之变大[4]。

2.2 容配比计算结果及分析

为得到合理的容配比结果，以上文选取的银川、北京、南京这3 个不同太阳能资源区的太阳能资源及气象数据为例，根据容配比计算的边界条件，采用PVsyst 软件进行模拟计算，测算同一配置的光伏阵列在不同太阳能资源区、不同容配比时的发电量情况，结果如表2 所示。

根据表2 中得到的不同太阳能资源区、不同容配比时光伏阵列的发电量情况，统计相应的工程量，并计算出光伏阵列在不同地区的度电成本，具体如表3 和图1 所示。

表2 不同太阳能资源区、不同容配比时光伏阵列的发电量Table 2 Power generation of PV array in different solar energy resource areas and different capacity ratios

表3 不同太阳能资源区、不同容配比时光伏阵列的度电成本Table 3 Cost of electricity consumption of PV array in different solar energy resource areas and different capacity ratios

对表2 和表3 中的数据进行综合分析可知：当银川地区的容配比为1.3:1.0 时，光伏阵列的度电成本最低；北京地区的容配比为1.4:1.0 时，光伏阵列的度电成本最低；南京地区的容配比为1.6:1.0 时，光伏阵列的度电成本最低。

图1 不同太阳能资源区、不同容配比时光伏阵列的度电成本曲线Fig.1 Cost of electricity consumption curve of PV array in different solar energy resource areas and different capacity ratios

为说明当容配比超过1.1:1.0 时逆变器的功率输出情况，选择一个已建光伏电站中的1 MWp 光伏阵列，选用1000 kW 集中式逆变器，直流容量按照1.1 倍(即1100 kW)配置，即容配比为1.1:1.0 时，逆变器最大输出功率为额定功率的1.1 倍(即1100 kW)时，可长期运行，逆变器不产生限电现象；功率大于1100 kW 时，开始限发功率，从而限发电量。这与理论分析一致，进一步验证了仿真模拟的准确性[5]。

容配比为1.1:1.0 时光伏电站中1 个光伏阵列的典型日输出功率曲线图如图2 所示。

图2 容配比为1.1:1.0 时光伏阵列的典型日输出功率曲线图Fig.2 Typical daily output power curve of PV array with capacity ratio of 1.1:1.0

3 结论

本文研究了不同太阳能资源区、不同容配比因素对光伏电站发电量的影响，结论如下：

1) A 级太阳能资源区的太阳能资源最丰富，容配比在1.0:1.0～1.1:1.0 范围内，光伏发电系统不会出现限功率；容配比在1.2:1.0～2.0:1.0 范围内，光伏发电系统会出现不同程度的限功率。随着容配比的增加，限电量也随之增加，因此，在A 级太阳能资源区建设光伏电站时，建议容配比选择1.2:1.0～1.4:1.0。

2) B 级太阳能资源区的太阳能资源很丰富，容配比在1.0:1.0～1.1:1.0 的范围内，光伏发电系统不会出现限功率；容配比在1.2:1.0～2.0:1.0 的范围内，光伏发电系统会出现不同程度的限功率。随着容配比的增加，限电量也随之增加，因此，在B 级太阳能资源区建设光伏电站时，建议容配比选择1.4:1.0～1.6:1.0。

3) C 级太阳能资源区的太阳能资源丰富，容配比在1.0:1.0～1.1:1.0 的范围内，光伏发电系统不会出现限功率；容配比在1.2:1.0～2.0:1.0 的范围内，光伏发电系统会出现不同程度的限功率。随着容配比的增加，限电量也随之增加，因此，在C 级太阳能资源区建设光伏电站时，建议容配比选择1.5:1.0～1.7:1.0。

综上所述，光伏电站在设计时应对主要设备价格、上网电价、不同地区的太阳能资源等情况进行综合分析，选出合适的容配比，在不增加交流设备成本的情况下，可提高光伏电站的发电量，同时提高交流设备的利用率。