光伏系統設計中的組件超配與投資收益提升

通過合理的超配方案設計，可以實現對光伏系統的優化，發電量進一步提升，系統平均化度電成本（Levelized Cost Of Electricity, LCOE）進一步降低，投資方整體收益進一步提升。

在組件超配方案設計中，需要考慮當地光照條件、系統損耗、鋪設傾斜角度等因素的影響，同時，逆變器的性能和選型也十分重要。集中型逆變器由于單機容量大，過載能力強，比組串型逆變器更適于超配。此外，超配后由于接入逆變器的組件容量提高了，會不會超過逆變器的運行范圍，造成逆變器長期過載運行而影響逆變器安全？限功率運行時，直流電壓會不會超過逆變器的允許范圍？帶著這些疑問，我們做了詳細分析。

一、集中型逆變器設計超配方案更靈活

在光伏系統設計中，光伏組件是以組串為單位接入逆變器的。以常見的地面電站為例，一般每串22塊組件，以每塊組件為250Wp計算，也就是每個組串的功率為5500W。在系統設計中，不論是否進行超配，不論是選用集中型還是組串型，方案都必須滿足每個逆變器所接入的組件容量為5500W的整數倍數這一基本要求。
以國內市場上主流的30KW額定功率的組串逆變器、和500KW額定功率的集中逆變器，可實現超配的容配比方案進行比較，如下表：

表1：組串型和集中型逆變器在相同容配比范圍內可實現的超配方案對比

如表1所示，在容配比（容配比=組件功率/逆變器額定功率）0.92到1.50之間，30KW的組串逆變器可現實4種方案，500KW的集中逆變器可實現53種方案；也就是說，在容配比1.5以下，選用30KW的組串型逆變器僅有3種超配方案設計，選用500KW的集中型逆變器則可以有46種超配方案設計，可以滿足不同項目配置的需要。

另外，部門廠家的組串式逆變器，直流輸入端子數量都是按照標準額定容量配置的，無法接入更多的組串數量，尤其是針對光照資源較差的二三類區域，容配比可以相對較大的情況下，由于輸入端子數量的限制，根本無法實現最優的容配比，而采用集中型逆變器方案中，因為有直流匯流箱對組串的匯流環節，可接入的組串數量基本不受限制，進行超配方案時非常靈活。

二、超配對逆變器的影響

超配時，由于組件容量超過逆變器容量，對逆變器的安全運行有哪些影響呢？

1、逆變器是否會過載運行

補償超配時，去除系統損耗后，逆變器實際輸出的最大功率等于逆變器的額度功率，在逆變器的正常工作范圍內，這很容易理解。而主動超配時，去除系統損耗后，若組件都工作在最大功率點，則將超過逆變器額度功率，會造成逆變器過載運行，甚至會超過逆變器的工作范圍到達逆變器過載保護點，這是不允許的。如何解決這個問題呢？唯一的辦法只有限制組件的輸出，也就是通過逆變器控制，使得組件輸出偏離最大工作點，以確保逆變器輸出不超過其額度功率。由此可見，超配僅增加了逆變器滿載運行的時間，提高了逆變器的利用率。逆變器不會過載運行，也就不會超過逆變器的運行范圍。

2、限功率運行時會有哪些影響

由組件輸出特性可知，在主動超配時，由于系統部分時間段內出現了限功率運行，逆變器控制組件輸出偏離最大功率點，如下圖所示，當工作點由A點向右偏離到C點時，組件輸出電流減小，輸出電壓將升高。

主動超配中限功率運行時，組件工作點偏離

由圖1曲線可見，當超配的功率越大，被限制的功率也就越大，每塊組件的輸出電流越小，組件工作點越向右偏移，電壓越大，也就是說，超配功率越大，輸出電壓越高。通過分析計算，可獲得不同容配比下逆變器實際工作電壓如表2所示。可見，當容配比為1.5倍時，逆變器實際工作電壓電壓從MPPT電壓673V抬升到770V，在逆變器的允許工作范圍內。也就是說，即使在超配1.5倍時，系統的直流電壓也不會影響逆變器的安全運行。

表2 不同超配比例下逆變器實際過電壓

三、總結

通過分析，在系統超配設計過程中，逆變器的選型十分關鍵，集中式逆變器由于單機容量與單個組串容量比值大，過載能力強，因此可方便的進行不同比例的配置，設計靈活，滿足不同區域容量各異的要求。同時，合理的超配對逆變器及系統的正常工作沒有任何影響，不會超過逆變器的安全運行范圍。