Jak rozumně navrhnout poměr kapacity fotovoltaických stanic

S rostoucím globálním požadavkem na obnovitelné zdroje energie byla rychle vyvíjená technologie fotovoltaické výroby elektriny. Jako jádrové nosné technologie fotovoltaické výroby elektriny přímo ovlivňuje rozumnost návrhu fotovoltaické elektrárny účinnost výroby elektriny, stabilitu provozu a ekonomické výhody elektrárny. Mezi ně patří poměr kapacity jako klíčový parametr v návrhu fotovoltaické elektrárny, který má důležitý vliv na celkové výkony elektrárny. Účelem tohoto článku je diskutovat o tom, jak rozumně navrhnout poměr kapacity fotovoltaické elektrárny pro zvýšení účinnosti výroby elektriny a hospodářnosti.

01 Přehled poměru kapacity fotovoltaické stanice
Poměr kapacity fotovoltaické stanice se odkazuje na poměr instalované kapacity fotovoltaických moduleů ke kapacitě inverterového zařízení.
Z důvodu nestabilita fotovoltaické výroby elektriny a jejího vysokého vlivu prostředí, jednoduché nastavení poměru kapacity fotovoltaické stanice podle instalované kapacity fotovoltaických moduleů ve vztahu 1:1 by způsobilo zbytečné využití kapacity fotovoltaického inverteru. Proto, aby byla zajištěna maximalizace účinnosti výroby elektřiny fotovoltaického systému za předpokladu stabilního běhu systému, optimální návrh poměru kapacity by měl být vyšší než 1:1. Racionální návrh poměru kapacity může nejen maximalizovat výstupní výkon, ale také se přizpůsobit různým osvětlením a kompenzovat některé systémové ztráty.

02 Hlavní faktory ovlivňující poměr objemu
Rozumné návrhové poměry kapacity je třeba komplexně uvážit podle konkrétní situace projektu. Faktory ovlivňující poměr kapacity zahrnují vyúbytky součástí, systémové ztráty, záření, úhel instalace součástí atd. Konkrétní analýza je následující.

1. Vyúbytky součástí
V případě normálního stárnutí a rozkladu je vyúbytek prvního roku aktuálních součástí asi 1 %, vyúbytek součástí od druhého roku bude ukazovat lineární změnu a míra vyúbytku za 30 let je asi 13 %, tj. roční výroba energie součástí klesá a nominální výstupní výkon nemůže být neustále udržován, takže návrh poměru kapacity fotovoltaiky musí zohlednit vyúbytky součástí během celé životnosti elektrárny. Aby bylo maximalizováno vytváření elektřiny pro odpovídající součásti a zlepšena efektivita systému.

30letá lineární křivka vyúbytku výkonu fotovoltaických modulů

2. Systémové ztráty
V fotovoltaickém systému jsou mezi fotovoltaickým modulem a výstupem inverteru různé ztráty, včetně sériových a paralelních ztrát modulů, ztrát způsobených prachem na panelu, ztrát v DC kabelech, ztrát v fotovoltaickém inverteru atd., ztráty v každém okamžiku ovlivní skutečný výstupní výkon inverteru fotovoltaické elektrárny.

PVsyst simulace PV elektrárny

Jak je znázorněno na obrázku, skutečná konfigurace a ztráty zastínění projektu mohou být simulovány pomocí PVsyst v rámci aplikace projektu; Za normálních okolností jsou DC ztráty fotovoltaického systému přibližně 7-12%, inverterové ztráty jsou asi 1-2% a celkové ztráty činí přibližně 8-13%. Proto existuje odchylka mezi nainstalovanou kapacitou fotovoltaických moduleů a skutečnými daty výroby elektřiny. Pokud je kapacita modulu vybrána podle poměru 1:1 k kapacitě fotovoltaického inverteru, skutečná maximální výstupní kapacita inverteru je pouze asi 90 % jeho nominální kapacity, dokonce i za nejlepšího osvětlení není inverter úplně zatížen, což snižuje využití inverteru a celého systému.

3. Sluneční záření se liší v různých oblastech
Komponent může dosáhnout jmenovité výkonové výstupy pouze za podmínek STC (STC provozní podmínky: Intenzita světla je 1000W/m², teplota baterie je 25°C a atmosférická kvalita je 1.5). Pokud pracovní podmínky nedosahují podmínek STC, je nevyhnutelně nižší výstupní výkon fotovoltaického modulu ve srovnání s jeho jmenovitým výkonem. Časové rozdělení světelných zdrojů během dne nemusí vždy splňovat podmínky STC, hlavně kvůli velkému rozdílu v intenzitě slunečního záření a teplotě ráno, poledne a večer. Zároveň má různé úrovně intenzity záření a životní prostředí v různých oblastech různý dopad na produkci energie fotovoltaickými moduly. Proto je nutné při počáteční fázi projektu získat data o místních světelných zdrojích podle konkrétní oblasti a provést datové výpočty.

Podle klasifikačních standardů Centra pro hodnocení větrné a sluneční energie Národní meteorologické služby lze zjistit konkrétní údaje o intenzitě slunečního záření v různých oblastech, celkové roční intenzita slunečního záření je rozdělena na čtyři stupně:

Klasifikace celkové roční intenzity slunečního záření

Proto i ve stejném oblasti s rovnými zdroji existují velké rozdíly v množství záření během roku. To znamená, že stejná konfigurace systému, tedy stejný poměr kapacity při výrobě elektřiny není stejná. Aby bylo dosaženo stejné produkce elektřiny, lze to provést změnou objemového poměru.

4. Úhel instalace komponenty
V rámci stejného projektu pro fotovoltaickou elektrárnu na straně uživatele budou různé typy střech, a podle různých typů střech se budou lišit i úhly návrhu komponentů, přičemž i intenzita záření, které tyto komponenty obdrží, bude odlišná. Například v průmyslovém a obchodním projektu v provincii Zhejiang jsou střechy z barevných ocelových tašek a betonové střechy, jejichž návrhové sklonové úhly jsou 3° a 18°. Simulovaná data o záření na šikmých plochách pro různé sklonové úhly pomocí PV jsou znázorněna na následujícím obrázku. Je patrné, že záření obdržené komponenty instalované pod různými úhly se liší. Pokud je distribuovaná střecha převážně s taškami, pak výstupní energie komponentů stejné kapacity je nižší než u těch s určitým sklonovým úhlem.

Celkové záření při sklonu 3°

Celkové záření při sklonu 18°

03 Návrhové myšlenky poměru kapacit
Podle uvedené analýzy je návrh poměru kapacity hlavně zaměřen na zvýšení celkového výkonu elektrárny přizpůsobením kapacity přístupu DC inverteru. V současnosti jsou metody nastavení poměru kapacity rozděleny převážně na kompenzační překapacitu a aktivní překapacitu.

1. Kompenzační překapacita
Kompenzační překapacita znamená, že pomocí úpravy objemového poměru může inverter dosáhnout plné výstupní hmotnosti při nejlepším oslunění. Tato metoda brát v úvahu pouze částečné ztráty v fotovoltaickém systému, které lze kompenzovat zvýšením kapacity modulu (jak je znázorněno na následujícím obrázku), aby se kompenzovaly energetické ztráty v přenosovém procesu a umožnilo to inverterovi dosahovat v reálném použití plný výstupní efekt bez ztrát ze střihání.

Schéma kompenzační překapacity

2. Aktivní překapacita
Aktivní přepojování spočívá v tom, že na základě kompenzačního přepojování (jak je znázorněno na následujícím obrázku) budeme dále zvyšovat kapacitu fotovoltaických modulů. Tato metoda nebere v úvahu pouze systémové ztráty, ale také komplexně zvažuje investiční náklady a příjem. Cílem je minimalizace průměrného nákladu na elektřinu (LCOE) systému aktivním prodloužením plné pracovní doby inverteru, hledáním rovnováhy mezi zvýšenými náklady na součástky a příjmem ze systémové produkce elektriny. I v případě špatného osvětlení může inverter pracovat s plnou zátěží, čímž se prodlužuje doba plné zátěže; nicméně skutečná produkční křivka systému bude zobrazovat jev "odřezání vrcholů", jak je znázorněno na obrázku, a v některých časových intervalech bude systém pracovat v režimu omezené produkce. Nicméně za vhodného poměru kapacity je celkové LCOE systému nejnižší, což znamená, že přínos vzrůstá.

Schéma aktivního přepojování

Jak je znázorněno na níže uvedeném obrázku, LCOE pokračuje v klesání s rostoucím poměrem kapacity. V bodě kompenzačního přebytku poměrů není LCOE systému dosaženo nejnižší hodnoty. Když je poměr kapacity dále zvýšen do aktivity bodu přebytku, LCOE systému dosáhne nejnižší hodnoty a LCOE bude po dalším zvýšení poměru kapacity narůstat. Proto je aktivní přebytečný bod optimálním poměrem kapacity systému.

Diagram LOCE/poměr kapacity

Pro inverter je nutné mít dostatečnou schopnost přespojení na straně DC, aby bylo možné dosáhnout minimální LCOE systému. Pro různé oblasti, zejména pro oblasti s chudými podmínkami oslňování, je vyžadován vyšší aktivní plán přespojení, který prodlouží čas rated výstupu inverteru a maximalizuje snížení LCOE systému.

04 Závěry a doporučení
Shrnutím jsou kompenzační překladové a aktivní překladové schémata účinnými prostředky k zvýšení efektivity fotovoltaických systémů, ale každé má svůj vlastní důraz. Kompenzační překladové schéma se hlavně soustřeďuje na kompenzaci ztrát systému, zatímco aktivní překladové schéma více dbá nalezení rovnováhy mezi zvýšením nákladů a zvýšením příjmů. Proto je v reálném projektu doporučeno vybírat vhodnou konfiguraci poměru kapacity podle požadavků projektu.