Hoe de capaciteitsverhouding van fotovoltaïsche centrales redelijk te ontwerpen

Met de stijgende wereldwijde vraag naar hernieuwbare energie is de technologie voor fotovoltaïsche stroomopwekking snel ontwikkeld. Als de kerndrager van de technologie voor fotovoltaïsche stroomopwekking beïnvloedt de ontwerprationaliteit van het fotovoltaïsche elektriciteitscentrale direct de opwekkingsefficiëntie, de operationele stabiliteit en de economische voordelen van het centrale. Daaronder heeft de capaciteitsverhouding, als een belangrijke parameter in de ontwerp van het fotovoltaïsche elektriciteitscentrale, een belangrijke invloed op de algehele prestaties van het centrale. Het doel van dit artikel is om te bespreken hoe de capaciteitsverhouding van het fotovoltaïsche elektriciteitscentrale rationeel kan worden ontworpen om de opwekkingsefficiëntie en de economie te verbeteren.

01 Overzicht van vermogensratio van fotovoltaïstische station
De vermogensratio van een fotovoltaïstisch station verwijst naar het verhoudingsgetal tussen de geïnstalleerde capaciteit van fotovoltaïsche modulen en de capaciteit van omvormingsapparatuur.
Vanwege de instabiliteit van fotovoltaïsche stroomopwekking en het feit dat het sterk wordt beïnvloed door de omgeving, zal een vermogensratio van fotovoltaïsche stations volgens een eenvoudige 1:1 configuratie op basis van de geïnstalleerde capaciteit van de fotovoltaïsche modulen leiden tot verspilling van de capaciteit van de fotovoltaïsche omvormer. Daarom, om de opwek-efficiëntie van het fotovoltaïsche systeem te verbeteren onder de voorwaarde van stabiele bedrijfsvoering van het fotovoltaïsche systeem, zou de optimale vermogensratio ontwerp groter moeten zijn dan 1:1. Een redelijke vermogensratio ontwerp kan niet alleen de maximale stroomuitkomst garanderen, maar ook verschillende belichtingscondities aanpassen en met sommige systeemverliezen omgaan.

02 Hoofdinvloedsfactoren van volumeverhouding
Een redelijke capaciteitsverhoudingsontwerp moet volgens de specifieke projectomstandigheden breedvoerig worden overwogen. Factoren die invloed hebben op de capaciteitsverhouding omvatten onderdelenverval, systeemverlies, straling, installatiehoek van de cellen, enzovoort. Specifieke analyse is als volgt.

1. Componentverval
In het geval van normaal ouderdomsverval bedraagt het verval van het eerste jaar van het huidige onderdeel ongeveer 1%, na het tweede jaar zal het verval van het onderdeel een lineaire verandering tonen, en het vervalpercentage na 30 jaar is ongeveer 13%, dat wil zeggen dat de jaarlijkse productiecapaciteit van het onderdeel afneemt en de nominale vermogensuitkomst niet continu kan worden behouden. Daarom moet het ontwerp van de fotovoltaïsche capaciteitsverhouding rekening houden met het verval van het onderdeel gedurende de hele levenscyclus van de elektriciteitscentrale om de stroomopwekking van de bijbehorende onderdelen te maximaliseren en de systeemefficiëntie te verbeteren.

30-jarige lineaire vermogensvervalcurve van fotovoltaïsche modulen

2. Systeemverlies
In het fotovoltaïsche systeem zijn er verschillende verliezen tussen de fotovoltaïsche module en de inverteruitkomst, waaronder de module serie en parallel en blok stofverlies, DC-kabelverlies, fotovoltaïsche inverterverlies, enz. Het verlies van elke schakel zal de werkelijke uitkomstkracht van de fotovoltaïsche centrale inverter beïnvloeden.

PVsyst PV-krachtcentralesimulatierapport

Zoals weergegeven in de figuur, kan de werkelijke configuratie en schaduwverlies van het project worden gesimuleerd door PVsyst in de projecttoepassing; Onder normale omstandigheden bedraagt het DC-verlies van het fotovoltaïsche systeem ongeveer 7-12%, het omvormerverlies ongeveer 1-2%, en het totale verlies ligt tussen de 8-13%. Daarom is er een verliesafwijking tussen de geïnstalleerde capaciteit van de zonnepanelen en de werkelijke stroomopwekgegevens. Als de geïnstalleerde capaciteit van de module wordt geselecteerd volgens het 1:1 capaciteitsverhouding van de fotovoltaïsche omvormer, is de werkelijke maximale uitkomstcapaciteit van de omvormer slechts ongeveer 90% van de nominale capaciteit van de omvormer, zelfs wanneer het licht optimaal is, is de omvormer niet volledig belast, waardoor de gebruikte efficiëntie van de omvormer en het systeem afneemt.

3. De straling varieert in verschillende regio's
Het onderdeel kan alleen de nominale vermogen uitkomst bereiken onder STC werkcondities (STC werkcondities: De lichtintensiteit is 1000W/m², de batterijtemperatuur is 25°C en de atmosferische kwaliteit is 1.5). Als de werkomstandigheden de STC-voorwaarden niet halen, is het uitkomstvermogen van het fotovoltaïsche module onvermijdelijk minder dan zijn nominale vermogen. De tijdsdistributie van de lichtbronnen binnen een dag voldoet niet allemaal aan de STC-voorwaarden, voornamelijk omdat het verschil tussen de belasting en temperatuur in de ochtend, middag en avond groot is. Tegelijkertijd hebben de straling en omgeving van verschillende regio's verschillende effecten op de stroomopwekking van fotovoltaïsche modulen, dus in een beginproject moet er rekening gehouden worden met lokale gegevens over lichtbronnen volgens de specifieke regio en moeten er berekeningen uitgevoerd worden.

Volgens de classificatiecriteria van het Wind- en Zonne-energie Evaluatiecentrum van het Nationaal Weerbericht, kan de specifieke gegevens over straling in verschillende regio's worden geleerd, en wordt de totale jaarlijkse zonnestralingstransmissie verdeeld in vier klassen:

Classificatie van de totale jaarlijkse zonnestralingstransmissie

Daarom zijn er zelfs grote verschillen in de hoeveelheid straling gedurende het hele jaar, zelfs binnen dezelfde bronnenzone. Dit betekent dat bij dezelfde systeemconfiguratie, dat wil zeggen hetzelfde capaciteitsverhouding onder de elektriciteitsopwekking niet hetzelfde is. Om dezelfde hoeveelheid elektriciteit op te wekken, kan dit worden bereikt door het volumeverhouding aan te passen.

4. Component installatiehoek
Er zullen verschillende daktypen zijn in hetzelfde project voor het fotovoltaïsche elektriciteitsstation aan de kant van de gebruiker, en verschillende componentontwerphoeken komen bij betrokken op basis van verschillende daktypen, en ook de straling die wordt ontvangen door de overeenkomstige componenten zal verschillen. Bijvoorbeeld, er zijn gekleurde staaltegeldaken en betondaken in een industrieel en commercieel project in de provincie Zhejiang, en de ontwerpneigingshoeken zijn respectievelijk 3° en 18°. De neergestraalde gegevens van de schuine vlakken gesimuleerd door PV voor verschillende neigingshoeken zijn te zien in de onderstaande figuur. Het blijkt dat de straling die wordt ontvangen door de componenten die op verschillende hoeken zijn geïnstalleerd, verschilt. Als het verdeelde dak voornamelijk uit tegels bestaat, is de uitkomstenenergie van de componenten met dezelfde capaciteit lager dan die van componenten met een bepaalde neigingshoek.

Totaalstraling bij een neigingshoek van 3°

Totaalstraling bij een neigingshoek van 18°

03 Ontwerpcapaciteitsverhoudingsideeën
Volgens de bovenstaande analyse komt het ontwerp van het capaciteitsverhoudings voornamelijk neer op het verbeteren van de totale baten van het elektriciteitsstation door de DC-toegangscapaciteit van de inverter aan te passen. Momenteel worden de configuratiemethoden van het capaciteitsverhouding hoofdzakelijk verdeeld in compenserend overdimensioneren en actief overdimensioneren.

1. Compensatie voor overdimensionering
Compenserend overdimensioneren betekent dat door de volumeverhouding aan te passen, de inverter volledige belastingsuitkomst kan bereiken wanneer het licht optimaal is. Deze methode neemt alleen rekening met gedeeltelijke verliezen in het fotovoltaïsysteem, door de capaciteit van het module te vergroten (zoals in de onderstaande figuur wordt weergegeven), kan de energieverlies tijdens het transmissieproces worden gecompenseerd, zodat de inverter in werkelijk gebruik een volledige belasting uitkomsteffect heeft, zonder afknipt verlies.

Schema van compensatie-overdimensionering

2. Actief overdimensioneren
Actief overmatigen houdt in om de capaciteit van fotovoltaïsche modulen voortdurend te vergroten op basis van compensatie-overmatigen (zoals weergegeven in de onderstaande figuur). Deze methode neemt niet alleen systeemverlies in aanmerking, maar overweegt ook comprehensief investeringskosten en inkomsten en andere factoren. Het doel is om de gemiddelde elektriciteitskost (LCOE) van het systeem te minimaliseren door actief de volledige werkperiode van de inverter uit te breiden, een evenwicht te vinden tussen de verhoogde kosten van componenten en de inkomsten van stroomopwekking van het systeem. Zelfs bij slechte verlichting heeft de inverter nog steeds volle belasting, waardoor de volledige belastingsperiode wordt uitgebreid; echter zal de werkelijke opwekkingcurve van het systeem het verschijnsel van "piekknipping" vertonen zoals weergegeven in de figuur, en zijn sommige tijdsperioden in een staat van beperkte opwekking. Onder een passend capaciteitsverhouding is echter de LCOE van het systeem als geheel het laagst, dat wil zeggen dat de winst toeneemt.

Diagram van actief overmatigen

Zoals weergegeven in de figuur hieronder, neemt de LCOE voortdurend af met de toename van het capaciteitsverhoudings. Bij het compenserende overschotspunt bereikt de LCOE van het systeem niet de laagste waarde. Wanneer het capaciteitsverhouding verder wordt verhoogd tot het actieve overschotspunt, bereikt de LCOE van het systeem de laagste waarde en zal de LCOE toenemen na verder verhogen van het capaciteitsverhouding. Daarom is het actieve overmatchpunt de optimale capaciteitsverhouding van het systeem.

LOCE/capaciteitsverhoudingsdiagram

Voor omvormers is het vereist om voldoende DC-zijde overtoewijzingcapaciteit te hebben om de minimale LCOE van het systeem te behalen. Voor verschillende regio's, vooral voor gebieden met slechte stralingscondities, is een hoger actief overtoewijzingsplan vereist om de rated outputtijd van de omvormer te verlengen en de LCOE van het systeem maximaal te verminderen.

04 Conclusies en Aanbevelingen
Samenvattend zijn compenserende overtoewijzing en actieve overtoewijzingschema's effectieve middelen om de efficiëntie van fotovoltaïsche systemen te verbeteren, maar elk heeft zijn eigen focus. Compensatie-overtowijzing richt zich voornamelijk op de compensatie van systeemverlies, terwijl actieve overtowijzing meer aandacht besteedt aan het vinden van een evenwicht tussen toename van investering en verbetering van inkomsten. Daarom wordt in werkelijke projecten aanbevolen om op basis van de projecteisen een passend capaciteitsverhoudingsconfiguratie te kiezen.