户用光伏容配比设计解决方案

在光伏电站系统设计中，光伏组件的安装容量和逆变器的额定容量的比值即为容配比，是一个非常重要的设计参数。在2012年发布的《光伏发电系统效能标准》中，容配比是按1:1设计的，但是由于光照条件以及温度的影响，光伏组件大部分时间达不到标称功率，逆变器基本都处于非满负荷运行，大部分时间处于容量浪费的阶段。

在2020年10月底发布的标准中，全面放开光伏电站容配比，组件和逆变器的比例最高限制达到了1.8:1，新标准将极大得提升国内组件和逆变器的需求，并可降低度电成本，加速光伏平价时代的到来。

本文将以山东地区的分布式光伏系统为例，从光伏组件的实际输出功率、超配造成的损失比例以及经济性的角度进行分析。

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组件超配的趋势

目前全世界的光伏电站平均超配在120%到140%之间。超配最主要的原因是光伏组件在实际运行过程中达不到理想的峰值功率，影响因素包括：

·       辐照强度不够（冬天）

·       环境温度过高

·       污渍和灰尘遮挡

·       组件朝向在全天不能保持最优（跟踪支架此因素影响较小）

·       组件衰减：首年3%，其后每年0.7%

·       组串内和组串间的匹配损失

 不同超配比例的日发电曲线

近年来，光伏系统的超配比例呈现越来越高的趋势。除系统损耗的原因外，近年来组件价格的进一步下降，逆变器技术的提升促使可连接的组串数升高，使得超配越来越具有经济性。另外组件超配还可以降低度电成本，从而提高项目的内部收益率，因此项目投资的抗风险能力升高。

此外，高功率光伏组件已成为现阶段光伏行业发展的主要趋势，进一步增加了组件超配的可能性和户用光伏装机容量的提升。

综合以上因素，超配成为现在光伏项目设计的趋势。

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发电量和成本分析

以6kW业主自投的户用光伏电站为例，选用分布式市场比较常用的隆基540W组件。预计平均每天可以发20度电，年发电量7300度电左右。

根据组件的电气参数，最大工作点的工作电流为13A，选择市面上主流逆变器固德威GW6000-DNS-30，这款逆变器的最大输入电流为16A，可以适配目前市面上的大电流组件。以山东省烟台市30年的光照资源年总辐射量的平均值作为参考，对各种不同超配比例的系统进行分析。

2.1 系统效率

超配一方面提高了发电量，但另一方面由于增加了直流侧组件的数量，使得组串内的组件匹配损失以及直流线路的损失增加，因此存在一个最优的容配比，使系统的效率达到最高。经过PVsyst模拟，可以得到在6kVA系统不同容配比下的系统效率。如下表所示，当容配比为1.1左右时，系统效率达到最大，同时也意味着此时组件的利用率最高。

 不同容配比的系统效率以及年发电量

2.2 发电量和收益

根据不同超配比例下的系统效率以及组件20年间的理论衰减率，可以得出不同容配比下的年发电量情况。按照0.395元/kWh的上网电价（山东脱硫煤标杆电价），算出年售电收入。计算结果如上表所示。

2.3 成本分析

成本是户用光伏项目用户比较在意的。其中光伏组件，逆变器为主要设备材料，其他的还有光伏支架、保护设备和线缆等辅助性材料，以及为项目搭建所需要的安装相关费用等。此外用户还需要考虑维护光伏电站的费用，平均维护成本约占总投资成本的1%~3%。在总成本中，光伏组件约占50%~60%。综合以上的成本支出项目，当前户用光伏成本单价大致如下表所示：

户用光伏系统的预估成本

因为超配比例的不同，系统成本也会变化，包括组件、支架、直流线缆以及安装费。根据上表可算出不同超配比例的成本，见下图。

 不同超配比例下的系统成本、收益和效率

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增加成本的收益分析

从以上分析可以看出，虽然随着超配比率的提高，年发电量和收益会随之升高，但是投资成本也会随之上升，除此之外，以上表格显示系统效率在1.1倍超配的时候最优。因此，从技术角度来看，1.1倍超配最优。

但从投资者的角度出发，光从技术层面考虑光伏系统的设计是不够的，还需要从经济性的角度具体分析超配对于投资收益的影响。

按上述不同容配比下的投资成本和发电收益可算出系统20年的度电成本以及税前内部收益率。

不同超配比例下的度电成本和内部收益率

从上图中可以看出，当容配比较小时，此时系统发电量和收益随容配比升高而增大，此时增加的收益可以覆盖因为超配而多出的成本。当容配比过大时，由于增加部分的功率限制逐渐增加、线损增加等因素，系统内部收益率逐渐降低。当容配比为1.5时，系统投资的内部收益率IRR最大。因此，从经济性角度出发，1.5:1为此系统的最优容配比。

通过以上同样的方法，测算不同容量下的系统在经济性角度的最优容配比，结果如下：

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结语

通过采用烟台地区的太阳能资源数据，在不同容配比的条件下，对光伏组件出力经损耗后到达逆变器的功率进行计算，结果表明在光照资源较好的烟台市，对于6kVA的系统，当容配比为1.1时，系统损耗最小，此时组件利用率最高。但从经济性的角度出发，当容配比为1.5时，光伏项目的收益最高。在设计光伏系统的时候，不光要考虑技术因素下组件的利用率，经济性才是项目设计的关键。通过经济性的测算，8kW的系统1.3超配时经济性最优，10kW的系统1.2超配时经济性最优，15kW的系统1.2超配时经济性最优。

当同等方法利用在工商业上面进行容配比的经济性测算，由于系统单瓦成本的降低，会导致经济性最优的容配比更高。此外，由于市场的原因光伏系统的成本也会有较大差异，也会很大的影响最优容配比的计算。这也是各个国家放开光伏系统设计容配比限制的根本原因。