Cara merancang perbandingan kapasitas stasiun fotovoltaik secara wajar

Dengan meningkatnya permintaan global akan energi terbarukan, teknologi pembangkitan listrik fotovoltaik telah berkembang dengan pesat. Sebagai pembawa inti dari teknologi pembangkitan listrik fotovoltaik, ke rasionalan desain pembangkit listrik fotovoltaik secara langsung memengaruhi efisiensi produksi listrik, stabilitas operasi, dan manfaat ekonomis pembangkit listrik tersebut. Di antaranya, rasio kapasitas, sebagai parameter kunci dalam desain pembangkit listrik fotovoltaik, memiliki dampak penting pada kinerja keseluruhan pembangkit listrik. Tujuan makalah ini adalah untuk membahas bagaimana cara merancang rasio kapasitas pembangkit listrik fotovoltaik secara rasional guna meningkatkan efisiensi produksi listrik dan ekonominya.

01 Ikhtisar rasio kapasitas stasiun fotovoltaik
Rasio kapasitas stasiun fotovoltaik merujuk pada perbandingan antara kapasitas terpasang modul fotovoltaik dengan kapasitas peralatan inverter.
Karena ketidakstabilan pembangkitan tenaga surya fotovoltaik dan pengaruh besar dari lingkungan, rancangan rasio kapasitas stasiun fotovoltaik yang hanya mengikuti konfigurasi 1:1 berdasarkan kapasitas terpasang modul fotovoltaik akan menyebabkan pemborosan kapasitas inverter fotovoltaik. Oleh karena itu, untuk meningkatkan efisiensi pembangkitan sistem fotovoltaik dengan tetap menjaga operasi stabil sistem fotovoltaik, rancangan rasio kapasitas optimal harus lebih besar dari 1:1. Rancangan rasio kapasitas yang rasional tidak hanya dapat memaksimalkan keluaran daya, tetapi juga dapat menyesuaikan dengan kondisi pencahayaan yang berbeda-beda dan mengatasi beberapa kerugian sistem.

02 Faktor utama yang memengaruhi rasio volume
Desain rasio kapasitas yang masuk akal perlu dipertimbangkan secara komprehensif sesuai dengan situasi proyek tertentu. Faktor-faktor yang memengaruhi rasio kapasitas meliputi pelemahan komponen, kerugian sistem, radiasi, sudut pemasangan komponen, dll. Analisis spesifik adalah sebagai berikut.

1. Pelemahan komponen
Dalam kasus pelemahan penuaan normal, pelemahan komponen pada tahun pertama sekitar 1%, pelemahan komponen setelah tahun kedua akan menunjukkan perubahan linier, dan laju pelemahan dalam 30 tahun sekitar 13%, yaitu kapasitas produksi tahunan komponen sedang menurun, dan keluaran daya terukur tidak dapat dipertahankan secara terus-menerus, sehingga desain rasio kapasitas fotovoltaik perlu mempertimbangkan pelemahan komponen selama siklus hidup lengkap dari pembangkit listrik. Untuk memaksimalkan produksi listrik komponen yang cocok dan meningkatkan efisiensi sistem.

Kurva pelemahan daya linier modul fotovoltaik selama 30 tahun

2. Kerugian sistem
Dalam sistem fotovoltaik, terdapat berbagai kerugian antara modul fotovoltaik dan output inverter, termasuk kerugian seri dan paralel modul serta kerugian debu blok, kerugian kabel DC, kerugian inverter fotovoltaik, dll. Kerugian setiap tautan akan memengaruhi daya output sebenarnya dari inverter pembangkit listrik fotovoltaik.

Laporan simulasi pembangkit listrik PVsyst PV

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, konfigurasi aktual dan kerugian penghalangan proyek dapat disimulasikan oleh PVsyst dalam aplikasi proyek; Dalam keadaan normal, kerugian DC sistem fotovoltaik sekitar 7-12%, kerugian inverter sekitar 1-2%, dan kerugian total sekitar 8-13%. Oleh karena itu, terdapat deviasi kerugian antara kapasitas terpasang modul fotovoltaik dan data produksi listrik aktual. Jika kapasitas pemasangan komponen dipilih berdasarkan rasio kapasitas 1:1 dari inverter fotovoltaik, kapasitas output maksimum aktual inverter hanya sekitar 90% dari kapasitas terating inverter, bahkan ketika cahaya dalam kondisi terbaik, inverter tidak sepenuhnya beban, mengurangi pemanfaatan inverter dan sistem.

3. Radiasi bervariasi di berbagai wilayah
Komponen hanya dapat mencapai output daya terukur di bawah kondisi operasi STC (kondisi operasi STC: intensitas cahaya adalah 1000W/m², suhu baterai adalah 25°C, dan kualitas atmosfer adalah 1.5), jika kondisi kerja tidak memenuhi kondisi STC, maka daya keluaran modul fotovoltaik pasti kurang dari daya terukurnya, dan distribusi waktu sumber cahaya dalam sehari tidak semuanya memenuhi kondisi STC, terutama karena perbedaan besar antara radiasi dan suhu di pagi, siang, dan sore hari; Pada saat yang sama, radiasi dan lingkungan di wilayah yang berbeda memiliki pengaruh yang berbeda pada pembangkitan listrik modul fotovoltaik, sehingga proyek awal perlu memahami data sumber cahaya lokal sesuai dengan wilayah tertentu, dan melakukan perhitungan data.

Menurut standar klasifikasi dari Pusat Penilaian Energi Angin dan Surya dari Layanan Cuaca Nasional, data spesifik radiasi di berbagai wilayah dapat dipelajari, dan total radiasi surya tahunan dibagi menjadi empat kelas:

Klasifikasi radiasi total sinar matahari tahunan

Oleh karena itu, bahkan di dalam area sumber daya yang sama, terdapat perbedaan besar dalam jumlah radiasi sepanjang tahun. Ini berarti bahwa konfigurasi sistem yang sama, yaitu rasio kapasitas yang sama di bawah produksi listrik tidak akan menghasilkan output yang sama. Untuk mencapai produksi listrik yang sama, hal ini dapat dicapai dengan mengubah rasio volume.

4. Sudut pemasangan komponen
Akan ada jenis atap yang berbeda dalam satu proyek untuk pembangkit listrik fotovoltaik sisi pengguna, dan sudut desain komponen yang berbeda akan terlibat sesuai dengan jenis atap yang berbeda, serta radiasi yang diterima oleh komponen yang sesuai juga akan berbeda. Sebagai contoh, terdapat atap genteng baja berwarna dan atap beton dalam sebuah proyek industri dan komersial di Provinsi Zhejiang, dan sudut kemiringan desainnya masing-masing adalah 3° dan 18°. Data radiasi permukaan miring yang disimulasikan oleh PV untuk sudut kemiringan yang berbeda ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Dapat dilihat bahwa radiasi yang diterima oleh komponen yang dipasang pada sudut yang berbeda juga berbeda. Jika atap terdistribusi sebagian besar berupa genteng, energi keluaran dari komponen dengan kapasitas yang sama lebih rendah daripada yang memiliki sudut kemiringan tertentu.

Radiasi total pada sudut kemiringan 3°

Radiasi total pada sudut kemiringan 18°

Ide desain rasio kapasitas 03
Berdasarkan analisis di atas, desain rasio kapasitas utamanya bertujuan untuk meningkatkan manfaat keseluruhan pembangkit listrik dengan menyesuaikan kapasitas akses DC dari inverter. Saat ini, metode konfigurasi rasio kapasitas terutama dibagi menjadi overmatching kompensasi dan overmatching aktif.

1. Kompensasi overmatching
Overmatching kompensasi berarti bahwa dengan menyesuaikan rasio volume, inverter dapat mencapai output beban penuh ketika cahaya dalam kondisi terbaik. Metode ini hanya mempertimbangkan kerugian parsial dalam sistem fotovoltaik, dengan meningkatkan kapasitas modul (seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah), dapat mengkompensasi kerugian energi dalam proses transmisi sehingga inverter dapat mencapai efek output beban penuh dalam penggunaan sebenarnya tanpa kehilangan pemotongan.

Diagram kompensasi overmatch

2. Overmatching aktif
Overmatching aktif adalah melanjutkan untuk meningkatkan kapasitas modul fotovoltaik berdasarkan overmatching kompensasi (seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah). Metode ini tidak hanya mempertimbangkan kerugian sistem, tetapi juga secara komprehensif mempertimbangkan biaya investasi dan pendapatan serta faktor lainnya. Tujuannya adalah untuk meminimalkan biaya daya rata-rata (LCOE) dari sistem dengan secara aktif memperpanjang waktu kerja penuh inverter, menemukan keseimbangan antara peningkatan biaya input komponen dan pendapatan pembangkitan listrik sistem. Bahkan dalam kondisi pencahayaan yang buruk, inverter tetap bekerja pada beban penuh, sehingga memperpanjang waktu kerja penuh; Namun, kurva produksi sebenarnya dari sistem akan muncul fenomena "pemotongan puncak" seperti yang ditunjukkan pada gambar, dan beberapa periode waktu berada dalam keadaan kerja dengan pembatasan produksi. Namun, di bawah rasio kapasitas yang sesuai, LCOE dari sistem secara keseluruhan adalah yang terendah, yaitu manfaatnya meningkat.

Diagram overmatching aktif

Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, LCOE terus menurun dengan peningkatan rasio kapasitas. Pada titik rasio kelebihan kompensasi, LCOE sistem tidak mencapai nilai terendah. Ketika rasio kapasitas ditingkatkan lebih jauh hingga titik rasio kelebihan aktif, LCOE sistem mencapai nilai terendah, dan LCOE akan meningkat setelah rasio kapasitas ditingkatkan lebih lanjut. Oleh karena itu, titik alokasi berlebih aktif adalah rasio kapasitas optimal dari sistem.

Diagram LOCE/rasio kapasitas

Untuk inverter, bagaimana cara memenuhi LCOE minimum dari sistem memerlukan kemampuan alokasi berlebih sisi DC yang cukup untuk dicapai, untuk wilayah yang berbeda, terutama untuk daerah dengan kondisi radiasi yang buruk, skema alokasi berlebih aktif yang lebih tinggi diperlukan untuk memperpanjang waktu output terating inverter dan memaksimalkan pengurangan LCOE sistem.

04 Kesimpulan dan Saran
Secara keseluruhan, skema overalokasi kompensasi dan overalokasi aktif adalah cara yang efektif untuk meningkatkan efisiensi sistem fotovoltaik, tetapi masing-masing memiliki fokusnya sendiri. Kompensasi overmatching terutama berfokus pada penggantian kerugian sistem, sementara overmatching aktif lebih memperhatikan menemukan keseimbangan antara peningkatan input dan peningkatan pendapatan. Oleh karena itu, dalam proyek aktual, disarankan untuk secara komprehensif memilih skema konfigurasi rasio kapasitas yang sesuai berdasarkan persyaratan proyek.