Πώς να σχεδιαστεί λογικά το αναλογικό χωρίο φωτοβολταϊκών σταθμών

Με την αυξανόμενη παγκόσμια ζήτηση για ανανεώσιμη ενέργεια, η τεχνολογία παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας έχει αναπτυχθεί γρήγορα. Ως πυρήνας της τεχνολογίας παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας, η σχεδιαστική λογική του φωτοβολταϊκού σταθμού επηρεάζει άμεσα την αποδοση παραγωγής ενέργειας, την σταθερότητα λειτουργίας και τα οικονομικά όφελη του σταθμού. Μεταξύ αυτών, το υπολογιστικό λόγο χωρητικότητας, ως κύριος παράγοντας στο σχεδιασμό του φωτοβολταϊκού σταθμού, έχει σημαντική επιρροή στη συνολική απόδοση του σταθμού. Το σκοπός αυτού του άρθρου είναι να συζητηθεί πώς μπορεί να σχεδιαστεί λογικά ο λόγος χωρητικότητας του φωτοβολταϊκού σταθμού για να βελτιωθεί η αποδοση παραγωγής ενέργειας και τα οικονομικά αποτελέσματα.

01 Περιγραφή του ποσοστού χωρητικότητας φωτοβολταϊκής σταθμής
Το ποσοστό χωρητικότητας της φωτοβολταϊκής σταθμής αναφέρεται στον λόγο μεταξύ της εγκατεστημένης χωρητικότητας των φωτοβολταϊκών μονάδων και της χωρητικότητας της αντιστροφής.
Λόγω της αστάθειας της φωτοβολταϊκής παραγωγής ενέργειας και του γεγονότος ότι επηρεάζεται σημαντικά από το περιβάλλον, η διαμόρφωση του ποσοστού χωρητικότητας των φωτοβολταϊκών σταθμών με απλή ρύθμιση 1:1 βάσει της εγκατεστημένης χωρητικότητας των φωτοβολταϊκών μονάδων θα προκαλέσει αποτελεσματική αποτυχία της χωρητικότητας της φωτοβολταϊκής αντιστροφής. Για να βελτιωθεί η αποδοτικότητα παραγωγής ενέργειας του φωτοβολταϊκού συστήματος υπό την προϋπόθεση σταθερής λειτουργίας του συστήματος, το αιώνιο ποσοστό χωρητικότητας πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 1:1. Σύνεση ποσοστού χωρητικότητας μπορεί να μεγιστοποιήσει την εξαγωγή ενέργειας και να προσαρμοστεί σε διαφορετικές συνθήκες φωτισμού και να αντιμετωπίσει κάποιες απώλειες του συστήματος.

02 Κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν το ποσοστό χωρητικότητας
Η σχεδιασμένη αναλογία χωρητικότητας πρέπει να λαμβάνεται υπόψη με εξαιρετικά τρόπους, βάσει της συγκεκριμένης κατάστασης του έργου. Παράγοντες που επηρεάζουν την αναλογία χωρητικότητας περιλαμβάνουν την υποψήφια φθορά των συστατικών, τις απώλειες του συστήματος, την ακτινοβολία, τη γωνία εγκατάστασης των συστατικών κλπ. Η συγκεκριμένη ανάλυση είναι ως εξής.

1. Φθορά συστατικών
Σε περίπτωση φυσιολογικής γήρανσης και φθοράς, η φθορά του πρώτου έτους των συστατικών είναι περίπου 1%, ενώ η φθορά των συστατικών μετά το δεύτερο έτος θα εμφανίζει γραμμική αλλαγή και ο συντελεστής φθοράς για 30 χρόνια είναι περίπου 13%, δηλαδή η αντίστοιχη ετήσια παραγωγικότητα των συστατικών μειώνεται και η συνεχής εκπομπή ενέργειας δεν μπορεί να διατηρείται στην καθορισμένη δύναμη. Έτσι, η σχεδιασμένη αναλογία χωρητικότητας των φωτοβολταϊκών πρέπει να λαμβάνει υπόψη την φθορά των συστατικών κατά τη διάρκεια της ζωής της σταθμής, για να μεγιστοποιηθεί η παραγωγή ενέργειας των συστατικών και να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα του συστήματος.

Γραμμή γραμμικής φθοράς δυνάμεως για 30 χρόνια των φωτοβολταϊκών μονάδων

2. Απώλειες συστήματος
Στο φωτοβολταϊκό σύστημα, υπάρχουν διάφορες απώλειες μεταξύ του φωτοβολταϊκού μοντούλου και της έξοδος του αντιστροφού, συμπεριλαμβανομένων των αποβολών σε Siri και παράλληλες συνδέσεις, των αποβολών λόγω στοιβώματος κονιών, της απώλειας DC καλών, της απώλειας φωτοβολταϊκού αντιστροφού κλπ. Η απώλεια κάθε στάδιου επηρεάζει την πραγματική έξοδο δύναμης του αντιστρόφου του φωτοβολταϊκού σταθμού.

Αναφορά προσομοίωσης φωτοβολταϊκού σταθμού PVsyst

Όπως φαίνεται στο σχήμα, η πραγματική διαμόρφωση και η απώλεια εξαφάνισης του έργου μπορεί να προσομοιαστεί από το PVsyst στην εφαρμογή του έργου. Σε κανονικές συνθήκες, οι απώλειες DC του φωτοβολταϊκού συστήματος είναι περίπου 7-12%, οι απώλειες του μετατροπέα είναι περίπου 1-2% και οι συνολικές απώλειες είναι περίπου 8-13%. Έτσι, υπάρχει μια απόκλιση απώλειας μεταξύ της εγκατεστημένης ικανότητας των φωτοβολταϊκών μονάδων και των πραγματικών δεδομένων παραγωγής ενέργειας. Εάν η εγκατάσταση της μονάδας γίνεται βάσει του αναλογικού λόγου 1:1 με την ικανότητα του φωτοβολταϊκού μετατροπέα, η πραγματική μέγιστη έξοδος της ικανότητας του μετατροπέα είναι μόνο περίπου 90% της καταχωρημένης ικανότητας του μετατροπέα, ακόμη και όταν το φως είναι το καλύτερο, ο μετατροπέας δεν είναι πλήρως φορτισμένος, μειώνοντας τη χρήση του μετατροπέα και του συστήματος.

3. Η ακτινοβολία διαφέρει σε διαφορετικές περιοχές.
Το συστατικό μπορεί να φτάσει μόνο την ρυθμισμένη ισχύ εξαγωγής υπό συνθήκες λειτουργίας STC (Συνθήκες λειτουργίας STC: Η ένταση φωτισμού είναι 1000W/m², η θερμοκρασία της βαταρίας είναι 25°C και η ποιότητα της ατμόσφαιρας είναι 1.5), αν οι συνθήκες λειτουργίας δεν φτάνουν στις συνθήκες STC, η ισχύς εξαγωγής του φωτοβολταϊκού μοντύλου είναι αναπόφευκτα μικρότερη από την ρυθμισμένη του ισχύ, και η χρονική κατανομή των φωτιστικών πόρων μέσα σε μια μέρα δεν μπορεί να καλύψει όλες τις συνθήκες STC, κυρίως λόγω της μεγάλης διαφοράς στην ακτινοβολία και τη θερμοκρασία στις πρωινές, μεσημεριανές και βραδινές ώρες. Επίσης, η ακτινοβολία και οι περιβαλλοντικές συνθήκες διαφορετικών περιοχών έχουν διαφορετικές επιπτώσεις στην παραγωγή ηλεκτρισμού των φωτοβολταϊκών μοντύλων, για αυτό το λόγο, στο αρχικό στάδιο του έργου, χρειάζεται να κατανοήσετε τα τοπικά δεδομένα φωτιστικών πόρων βάσει της συγκεκριμένης περιοχής και να διεξαχθεί υπολογισμός των δεδομένων.

Σύμφωνα με τις κατηγοριοποιητικές προδιαγραφές του Κέντρου Αξιολόγησης Ανέμιου και Ηλιακής Ενέργειας της Εθνικής Υπηρεσίας Καιρού, μπορούμε να μάθουμε τα συγκεκριμένα δεδομένα ακτινοβολίας σε διαφορετικές περιοχές, και η συνολική ετήσια ακτινοβολία από τον ήλιο κατανέμεται σε τέσσερις βαθμούς:

Κατάταξη της συνολικής ετήσιας ακτινοβολίας από τον ήλιο

Επομένως, ακόμη και στην ίδια περιοχή πόρων, υπάρχουν μεγάλες διαφορές στην ποσότητα της ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια του έτους. Σημαίνει ότι η ίδια διαμόρφωση συστήματος, δηλαδή η ίδια αναλογία χωρικότητας υπό την παραγωγή ενέργειας, δεν είναι η ίδια. Για να επιτευχθεί η ίδια παραγωγή ενέργειας, μπορεί να επιτευχθεί με την αλλαγή της αναλογίας χωρικότητας.

Γωνία εγκατάστασης συστατικών
Θα υπάρχουν διαφορετικοί τύποι δαχών στο ίδιο έργο για τη φωτοβολταϊκή σταθμή με επιχειρησιακή παραγωγή, και θα εμπλέκονται διαφορετικές γωνίες σχεδιασμού συστατικών ανάλογα με τον τύπο της δαχής, ενώ η ακτινοβολία που λαμβάνουν οι αντίστοιχοι συστατικοί θα είναι επίσης διαφορετική. Για παράδειγμα, σε ένα βιομηχανικό και εμπορικό έργο στην περιοχή της Ζετζιανγκ, υπάρχουν δάχτυρα χρωματισμένων μετάλλειων και δάχτυρα από κονκριτό, και οι γωνίες σχεδιασμού είναι αντίστοιχα 3° και 18°. Τα δεδομένα ακτινοβολίας της κλίνουσας επιφάνειας που προσομοιάζονται από το PV για διαφορετικές γωνίες κλίσης εμφανίζονται στο παρακάτω σχήμα. Μπορεί να δει κανείς ότι η ακτινοβολία που λαμβάνουν οι συστατικοί που εγκαθιστούνται σε διαφορετικές γωνίες είναι διαφορετική. Εάν η κατανεμημένη δαχή είναι κυρίως με δάχτυρα, η παραγόμενη ενέργεια των συστατικών με την ίδια ικανότητα είναι χαμηλότερη από εκείνη με κάποια γωνία κλίσης.

Συνολική ακτινοβολία για κλίση 3°

Συνολική ακτινοβολία για κλίση 18°

03 Ιδέες σχεδιασμού αναλογίας ικανοτήτων
Σύμφωνα με την παραπάνω ανάλυση, η σχεδίαση του λόγου χωρητικότητας είναι κυρίως για να βελτιώσει το συνολικό όφελος της σταθμής με την προσαρμογή της χωρητικότητας πρόσβασης DC του αντιστροφού. Επί του παρόντος, οι μέθοδοι διαμόρφωσης του λόγου χωρητικότητας διαιρούνται κυρίως σε επιχειρησιακή υπεραξίωση και ενεργή υπεραξίωση.

1. Αποζημίωση για υπεραξίωση
Η αποζημίωση για υπεραξίωση σημαίνει ότι με την προσαρμογή του υπολογιστικού λόγου, ο αντιστροφός μπορεί να φτάσει σε πλήρη φορτισμένη έξοδο όταν το φως είναι καλύτερο. Αυτή η μέθοδος λαμβάνει υπόψη μόνο μερικές απώλειες στο φωτοβολταϊκό σύστημα, αυξάνοντας τη χωρητικότητα του συστατικού (ως εμφανίζεται στο παρακάτω σχήμα), μπορεί να αποζημιώσει τις ενεργειακές απώλειες στη διαδικασία μετάδοσης, ώστε ο αντιστροφός να επιτύχει τον αποτελεσματικό πλήρως φορτισμένο έξοδο στην πραγματική χρήση και χωρίς απώλειες κοπής.

Διάγραμμα αποζημίωσης υπεραξίωσης

2. Ενεργή υπεραξίωση
Η ενεργή υπεραντιστοιχία είναι να συνεχίσει να αυξάνει την ικανότητα των φωτοβολταϊκών μονάδων στη βάση της επιστρατευμένης υπεραντιστοιχίας (όπως εμφανίζεται στο παρακάτω σχήμα). Αυτή η μέθοδος λαμβάνει υπόψη όχι μόνο τις απώλειες του συστήματος, αλλά και παράγοντες όπως οι επενδυτικοί κόστους και τα εισοδήματα. Το στόχος είναι να ελαχιστοποιηθεί το μέσο κόστος δύναμης (LCOE) του συστήματος με την ενεργή επεκτασία της πλήρους χρονικής λειτουργίας του αντιστρόφου, βρίσκοντας ένα ισορροπιακό σημείο μεταξύ των αυξημένων εισαγωγικών κόστων και των εισοδημάτων παραγωγής του συστήματος. Ακόμη και σε περίπτωση κακής επιφάνειας φωτισμού, ο αντιστρόφος λειτουργεί με πλήρεις φορτίες, επεκτείνοντας έτσι την περίοδο πλήρους λειτουργίας. Ωστόσο, η πραγματική καμπύλη παραγωγής του συστήματος θα εμφανίσει το φαινόμενο της «αποκοπής κορυφής» όπως εμφανίζεται στο σχήμα, και κάποιες περιόδους θα είναι σε κατάσταση περιορισμένης παραγωγής. Ωστόσο, υπό κατάλληλο ρόης ικανότητας, το LCOE του συστήματος σε σύνολο είναι το χαμηλότερο, δηλαδή αυξάνεται η ωφέλεια.

Σχήμα ενεργής υπεραντιστοιχίας

Όπως εμφανίζεται στο παρακάτω σχήμα, ο LCOE συνεχίζει να μειώνεται με την αύξηση του λόγου ικανότητας. Στο σημείο του επιπλέον αντισταθμισμού, ο LCOE του συστήματος δεν φθάνει στην ελάχιστη τιμή. Όταν ο λόγος ικανότητας αυξάνεται περισσότερο και φθάνει στο σημείο ενεργού επιπλέον, ο LCOE του συστήματος φτάνει στην ελάχιστη τιμή και θα αυξηθεί μετά από περαιτέρω αύξηση του λόγου ικανότητας. Επομένως, το σημείο ενεργού υπερσύνδεσης είναι ο απτύμανος λόγος ικανότητας του συστήματος.

Διάγραμμα LOCE/λόγος ικανότητας

Για τους αντιστροφούς, πώς να επιτύγχανεται ο ελάχιστος LCOE του συστήματος απαιτεί αρκετή ικανότητα υπερσύνδεσης της πλευράς DC για να επιτευχθεί, για διαφορετικές περιοχές, ειδικά για περιοχές με κακές συνθήκες ακτινοβολίας, απαιτείται ένα υψηλότερο σχέδιο ενεργού υπερσύνδεσης για να επεκταθεί ο χρόνος κανονικής λειτουργίας του αντιστρόφου και να μειωθεί μεγαλύτερα ο LCOE του συστήματος.

04 Συμπεράσματα και Προτάσεις
Συνοψίζοντας, τα σχέδια αποζημίωσης υπεραπόδοσης και ενεργής υπεραπόδοσης είναι αποτελεσματικά μέσα για να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα των φωτοβολταϊκών συστημάτων, αλλά κάθε ένα έχει διαφορετική εστίαση. Η αποζημίωση υπεραντιστοίχισης επικεντρώνεται κυρίως στην αποζημίωση των απώλειων του συστήματος, ενώ η ενεργή υπεραντιστοίχιση προσέχει περισσότερο στο να βρει έναν ισοβάρη μεταξύ της αύξησης της εισόδου και της βελτίωσης της εσόδου. Επομένως, σε πραγματικό έργο, προτείνεται να επιλεγεί συνολικά το κατάλληλο σχέδιο ρύθμισης χωρίου βάσει των απαιτήσεων του έργου.