نحوه طراحی منطقی نسبت ظرفیت ایستگاه های فتوولتائیک

با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی های تجدیدپذیر، فناوری تولید برق فتوولتائیک به سرعت توسعه یافته است. به عنوان حامل اصلی فناوری تولید برق فتوولتائیک، عقلانیت طراحی نیروگاه فتوولتائیک مستقیماً بر راندمان تولید برق، پایداری عملیات و مزایای اقتصادی نیروگاه تأثیر می‌گذارد. از این میان، نسبت ظرفیت به عنوان یک پارامتر کلیدی در طراحی نیروگاه فتوولتائیک، تأثیر مهمی بر عملکرد کلی نیروگاه دارد. هدف این مقاله بحث در مورد چگونگی طراحی منطقی نسبت ظرفیت نیروگاه فتوولتائیک برای بهبود کارایی و صرفه جویی در تولید برق است.

01 بررسی اجمالی نسبت ظرفیت ایستگاه فتوولتائیک
نسبت ظرفیت ایستگاه فتوولتائیک به نسبت ظرفیت نصب شده ماژول های فتوولتائیک به ظرفیت تجهیزات اینورتر اشاره دارد.
با توجه به ناپایداری تولید برق فتوولتائیک و به دلیل اینکه به شدت تحت تأثیر محیط قرار می گیرد، نسبت ظرفیت ایستگاه های فتوولتائیک صرفاً با توجه به ظرفیت نصب شده ماژول های فتوولتائیک با پیکربندی 1:1 باعث هدر رفتن ظرفیت اینورتر فتوولتائیک می شود، بنابراین سیستم فتوولتائیک بهره وری تولید برق تحت فرض عملکرد پایدار سیستم فتوولتائیک بهبود می یابد، طراحی نسبت ظرفیت بهینه باید بیشتر از 1:1 باشد. طراحی نسبت ظرفیت منطقی نه تنها می تواند توان خروجی را به حداکثر برساند، بلکه می تواند با شرایط نوری مختلف سازگار شود و با برخی تلفات سیستم مقابله کند.

02 عوامل اصلی تأثیرگذار بر نسبت حجم
طراحی نسبت ظرفیت معقول باید به طور جامع با توجه به وضعیت پروژه خاص در نظر گرفته شود. عوامل موثر بر نسبت ظرفیت عبارتند از تضعیف قطعات، از دست دادن سیستم، تابش، زاویه نصب قطعات و غیره. تجزیه و تحلیل خاص به شرح زیر است.

1. تضعیف جزء
در مورد پوسیدگی طبیعی پیری، تضعیف سال اول مولفه فعلی حدود 1٪ است، تضعیف جزء بعد از سال دوم یک تغییر خطی نشان می دهد و نرخ تضعیف 30 سال حدود 13٪ است. یعنی ظرفیت تولید سالانه قطعه در حال کاهش است و توان خروجی نامی را نمی توان به طور مداوم حفظ کرد، بنابراین طراحی نسبت ظرفیت فتوولتائیک باید تضعیف قطعه را در طول چرخه عمر نیروگاه در نظر بگیرد. . برای به حداکثر رساندن تولید برق از اجزای همسان و بهبود کارایی سیستم.

منحنی تضعیف توان خطی 30 ساله ماژول های فتوولتائیک

2. از دست دادن سیستم
در سیستم فتوولتائیک تلفات مختلفی بین ماژول فتوولتائیک و خروجی اینورتر وجود دارد، از جمله تلفات گرد و غبار سری و موازی و بلوک، تلفات کابل DC، تلفات اینورتر فتوولتائیک و غیره، از دست دادن هر لینک بر خروجی واقعی تاثیر خواهد گذاشت. قدرت اینورتر نیروگاه فتوولتائیک

گزارش شبیه سازی نیروگاه PVsyst PV

همانطور که در شکل نشان داده شده است، پیکربندی واقعی و از دست دادن انسداد پروژه را می توان توسط PVsyst در برنامه پروژه شبیه سازی کرد. در شرایط عادی، تلفات DC سیستم فتوولتائیک حدود 7-12٪، تلفات اینورتر حدود 1-2٪ و تلفات کل حدود 8-13٪ است. بنابراین، بین ظرفیت نصب شده ماژول های فتوولتائیک و داده های تولید برق واقعی یک انحراف از دست دادن وجود دارد. اگر ظرفیت نصب قطعه با توجه به نسبت ظرفیت 1:1 اینورتر فتوولتائیک انتخاب شود، حداکثر ظرفیت خروجی واقعی اینورتر تنها حدود 90 درصد ظرفیت نامی اینورتر است، حتی زمانی که نور بهترین است. اینورتر به طور کامل بارگذاری نشده است، که استفاده از اینورتر و سیستم را کاهش می دهد.

3. تابش در مناطق مختلف متفاوت است
اگر شرایط کار به حد مطلوب نرسد، قطعه تنها می‌تواند در شرایط عملیاتی STC به توان خروجی نامی برسد (شرایط عملکرد STC: شدت نور 1000 وات بر متر مربع، دمای باتری 25 درجه سانتی‌گراد و کیفیت اتمسفر 1.5 است) شرایط STC، توان خروجی ماژول فتوولتائیک به ناچار کمتر از توان نامی آن است و توزیع زمانی منابع نور در یک روز نمی تواند شرایط STC را برآورده کند، عمدتاً به دلیل تفاوت بین تابش اولیه، متوسط ​​و دیررس و دما. بزرگ است؛ در عین حال، تابش و محیط مناطق مختلف اثرات متفاوتی بر تولید برق ماژول‌های فتوولتائیک دارد، بنابراین پروژه اولیه نیاز به درک داده‌های منبع نور محلی با توجه به منطقه خاص و انجام محاسبه داده دارد.

بر اساس استانداردهای طبقه بندی مرکز ارزیابی انرژی بادی و خورشیدی سازمان هواشناسی کشور، داده های خاص تابش در مناطق مختلف قابل یادگیری است و کل تابش تابش خورشیدی سالانه به چهار درجه تقسیم می شود:

طبقه بندی کل تابش سالانه تابش خورشیدی

بنابراین، حتی در یک منطقه منبع، تفاوت زیادی در میزان تابش در طول سال وجود دارد. این بدان معناست که پیکربندی سیستم یکسان، یعنی نسبت ظرفیت یکسان در تولید برق یکسان نیست. برای دستیابی به همان تولید برق، می توان با تغییر نسبت حجم به آن رسید.

4. زاویه نصب کامپوننت
در یک پروژه برای نیروگاه فتوولتائیک سمت کاربر، انواع سقف‌های مختلفی وجود خواهد داشت و زوایای طراحی اجزا با توجه به انواع سقف‌ها درگیر خواهد شد و تابش دریافتی توسط اجزای مربوطه نیز متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، سقف‌های کاشی فولادی رنگی و سقف‌های بتنی در یک پروژه صنعتی و تجاری در استان ژجیانگ وجود دارد و زوایای شیب طراحی به ترتیب 3 درجه و 18 درجه است. داده های تابش صفحه شیبدار شبیه سازی شده توسط PV برای زوایای شیب مختلف در شکل زیر نشان داده شده است. مشاهده می شود که تابش دریافتی توسط قطعات نصب شده در زوایای مختلف متفاوت است. اگر سقف پراکنده عمدتاً کاشی کاری باشد، انرژی خروجی اجزای با ظرفیت یکسان کمتر از آنهایی است که زاویه شیب خاصی دارند.

تابش کلی زاویه 3 درجه

تابش کلی زاویه 18 درجه

03 ایده های طراحی نسبت ظرفیت
با توجه به تجزیه و تحلیل فوق، طراحی نسبت ظرفیت عمدتاً برای بهبود مزیت کلی نیروگاه با تنظیم ظرفیت دسترسی DC اینورتر است. در حال حاضر، روش های پیکربندی نسبت ظرفیت به طور عمده به تطابق جبرانی و همسان سازی فعال تقسیم می شود.

1. جبران بیش از حد
تطابق جبرانی به این معنی است که با تنظیم نسبت حجم، اینورتر می تواند در زمانی که نور بهترین است به خروجی بار کامل برسد. این روش تنها با در نظر گرفتن تلفات جزئی در سیستم فتوولتائیک، با افزایش ظرفیت قطعه (همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است)، می توان اتلاف انرژی سیستم در فرآیند انتقال را جبران کرد، به طوری که اینورتر در استفاده واقعی اثر خروجی بار کامل، و بدون از دست دادن قطع.

نمودار همخوانی جبران خسارت

2. همخوانی فعال
همسان سازی فعال عبارت است از ادامه افزایش ظرفیت ماژول های فتوولتائیک بر اساس تطابق جبرانی (همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است). این روش نه تنها زیان سیستم را در نظر می گیرد، بلکه هزینه و درآمد سرمایه گذاری و سایر عوامل را نیز به طور جامع در نظر می گیرد. هدف، به حداقل رساندن میانگین هزینه برق (LCOE) سیستم با افزایش فعال زمان کار کامل اینورتر، یافتن تعادل بین افزایش هزینه ورودی قطعات و درآمد تولید برق سیستم است. حتی در مورد روشنایی ضعیف، اینورتر همچنین دارای بار کامل است، بنابراین زمان کار بار کامل را افزایش می دهد. با این حال، منحنی تولید برق واقعی سیستم، پدیده "برش پیک" را همانطور که در شکل نشان داده شده است ظاهر می کند و برخی از دوره های زمانی در حالت کار تولید محدود هستند. با این حال، تحت نسبت ظرفیت مناسب، LCOE سیستم به عنوان یک کل کمترین است، یعنی سود افزایش می یابد.

نمودار تطابق فعال

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، LCOE با افزایش نسبت ظرفیت به کاهش خود ادامه می دهد. در نقطه نسبت مازاد جبرانی، LCOE سیستم به کمترین مقدار نمی رسد. هنگامی که نسبت ظرفیت به نقطه نسبت مازاد فعال بیشتر می شود، LCOE سیستم به کمترین مقدار می رسد و LCOE پس از افزایش بیشتر نسبت ظرفیت افزایش می یابد. بنابراین، نقطه تطابق فعال، نسبت ظرفیت بهینه سیستم است.

نمودار نسبت LOCE/ ظرفیت

برای اینورترها، نحوه دستیابی به حداقل LCOE سیستم مستلزم قابلیت تخصیص اضافی جانبی DC کافی برای دستیابی به آن است. کاهش LCOE سیستم را به حداکثر برسانید.

04 نتیجه گیری و پیشنهادات
به طور خلاصه، طرح‌های تخصیص بیش از حد جبرانی و تخصیص بیش از حد فعال ابزارهای مؤثری برای بهبود کارایی سیستم‌های فتوولتائیک هستند، اما هر کدام تمرکز خاص خود را دارند. تطابق بیش از حد جبران خسارت عمدتاً بر جبران خسارت سیستم متمرکز است، در حالی که تطبیق بیش از حد فعال توجه بیشتری به یافتن تعادل بین افزایش ورودی و بهبود درآمد دارد. بنابراین، در پروژه واقعی، توصیه می شود که طرح پیکربندی نسبت ظرفیت مناسب را با توجه به نیازهای پروژه به طور جامع انتخاب کنید.