Hvordan designe kapasitetsforholdet for fotovoltaiske stasjoner på en rimelig måte

Med den voksende globale etterspørselen etter fornybar energi har teknologien for fotovoltaisk strømproduksjon blitt raskt utviklet. Som kjernen i fotovoltaisk strømproduksjonsteknologi påvirker designet av solkraftverket direkte strømproduksjons-effektiviteten, driftsstabiliteten og økonomiske fordelene ved kraftverket. Blant disse faktorene er kapasitetsforholdet, som en nøkkelparameter i designet av solkraftverk, avgjørende for det overordnede ytelsesnivået til kraftverket. Formålet med denne artikkelen er å drøfte hvordan man på en rasjonell måte kan designe kapasitetsforholdet til solkraftverket for å forbedre strømproduksjons-effektiviteten og økonomien.

01 Oversikt over kapasitetsforholdet for fotovoltaisk stasjon
Kapasitetsforholdet for fotovoltaisk stasjon henviser til forholdet mellom installert kapasitet av fotovoltaiske moduler og kapasiteten til inverteringsutstyr.
På grunn av ustabiliteten i fotovoltaisk strømproduksjon og at den påvirkes sterkt av miljøet, vil et kapasitetsforhold for fotovoltaiske stasjoner basert enkelt på 1:1-konfigurasjon av installerte fotovoltaiske moduler føre til spilling av fotovoltaisk inverterkapasitet. Derfor bør det optimale kapasitetsforholdet være større enn 1:1 for å forbedre effektiviteten i strømproduksjonen fra fotovoltaisk system under forutsetning av stabil drift av systemet. Et rasjonelt kapasitetsforhold kan ikke bare maksimere strømoutputtet, men også tilpasse seg ulike lysforhold og håndtere noen systemtap.

02 Hovedinnvirkningsfaktorer på volumforhold
Designen av et rimelig kapasitetsforhold må tas i betraktning på en omfattende måte etter hensyn til den spesifikke prosjekttilstanden. Faktorer som påvirker kapasitetsforholdet inkluderer komponentforringelse, systemtap, stråling, installasjonsvinkel av komponentene osv. En mer detaljert analyse følger nedenfor.

1. Komponentforringelse
I tilfelle av normal aldering og forringelse, er forringelsen i det første året for den nåværende komponenten omtrent 1%, mens forringelsen fra og med andre år vil vise en lineær endring, og forringelsesraten etter 30 år er omtrent 13%, det vil si at den årlige produksjonen av komponenten synker, og den nominelle effekten kan ikke vedvare kontinuerlig. Derfor bør designet av fotovoltaisk kapasitetsforhold ta hensyn til komponentforringelsen under hele livssyklusen til kraftverket for å maksimere produksjonen av de matchede komponentene og forbedre systemeffektiviteten.

30-års lineær effektföringskurve for fotovoltaiske moduler

2. Systemtap
I fotovoltaisk system er det ulike tap mellom fotovoltaisk modul og inverterutgang, inkludert modulens serie- og parallelle forbinder og blokkstøvstap, DC-kabeltap, fotovoltaisk invertertilastning osv., tapet i hver lenke vil påvirke den faktiske utgangs effekten fra fotovoltaisk kraftverksinverter.

PVsyst PV-kraftverk simulering rapport

Som vist i figuren kan den faktiske konfigurasjonen og skygge tapet for prosjektet simuleres av PVsyst i prosjektanvendelsen; Under vanlige omstendigheter er DC-tapet i fotovoltaisk system omtrent 7-12%, invertertapet er omtrent 1-2%, og det totale tapet er omtrent 8-13%. Derfor finnes det et tap av avvik mellom installert kapasitet av fotovoltaiske moduler og de faktiske genereringsdataene. Hvis komponentenes installerte kapasitet velges etter en 1:1-kapasitetsforhold til fotovoltaisk inverter, vil den faktiske maksimalkapasiteten for inverteren bare være omtrent 90% av inverterens nominelle kapasitet, selv når lysforholdene er beste, vil ikke inverteren være fullt lastet, noe som reduserer utnyttelsen av inverteren og systemet.

3. Solstråling varierer i ulike regioner
Komponenten kan kun oppnå den angitte effektutgangen under STC-driftsforhold (STC-driftsforhold: Lysintensiteten er 1000W/m², batteritemperaturen er 25°C, og atmosfærenes kvalitet er 1.5). Hvis driftsforholdene ikke oppfyller STC-forholdene, vil effektutgangen fra fotovoltaisk modul uunngåelig være mindre enn den angitte effekten. Tidsfordelingen av lysressursene på en dag kan ikke alltid oppfylle STC-forholdene, hovedsakelig grunnet store forskjeller i stråling og temperatur tidlig, midt på dagen og senere. Samtidig har strålinga og miljøet i ulike regioner ulike effekter på strømproduksjonen fra fotovoltaiske moduler, så ved prosjektets innledning trenger man å forstå lokal data om lysressurser basert på spesifikke regioner og utføre datautregninger.

Ifølge klassifiseringsstandardene fra Vind- og Solenergi-vurderingsenteret ved Nasjonalt meteorologisk kontor, kan de spesifikke dataene for stråling i ulike regioner læres, og den totale årlige solstrålingsbestralingen er delt inn i fire grader:

Klassifisering av total årlig solstrålingsbestraling

Derfor finnes det store forskjeller i strålingsmengden gjennom året selv i samme ressursområde. Det betyr at samme systemkonfigurasjon, det vil si samme kapasitetsforhold under kraftproduksjonen, ikke er like. For å oppnå samme kraftproduksjon, kan dette oppnås ved å endre volumforholdet.

4. Komponentinstallasjonsvinkel
Det vil være ulike taktyper i samme prosjekt for solkraftstasjonen på brukersiden, og ulike komponentdesignvinkler vil være involvert etter hvilken taktype det er, og den strålingen som mottas av de tilsvarende komponentene vil også være forskjellig. For eksempel finnes det fargede ståltilerove og betongrover i et industri- og handelsprosjekt i Zhejiang-provinsen, og designinnsynsvinklene er henholdsvis 3° og 18°. Den simulerte strålingsdata for skråplanet gjennomført av PV for ulike innsynsvinkler vises i figuren nedenfor. Det kan ses at strålingen mottatt av komponentene installert på ulike vinkler er forskjellig. Hvis det distribuerte taket mesteparten består av tiler, er utgangsenergien fra komponentene med samme kapasitet lavere enn de med en bestemt innsynsvinkel.

total stråling ved 3° innsynsvinkel

total stråling ved 18° innsynsvinkel

03 Kapasitetsforhold designideer
Ifølge ovennevnte analyse er designet av kapasitetsforholdet hovedsakelig for å forbedre den generelle nytten av kraftstasjonen ved å justere DC-tilgangskapasiteten til inverteren. I dag er konfigurasjonsmetodene for kapasitetsforhold hovedsakelig delt inn i kompensatorisk overmatch og aktiv overmatch.

1. Kompensere for overmatch
Kompensatorisk overmatch betyr at ved å justere volumforholdet kan inverteren oppnå full lastutgang når lysforholdene er beste. Denne metoden tar bare hensyn til delvis tap i fotovoltaisk system, ved å øke kapasiteten på komponenten (som vist i figuren under), kan systemets energitap under overføring kompenseres, slik at inverteren oppnår full lastutgang i praktisk bruk uten noen klippningstap.

Diagram over kompensatorisk overmatch

2. Aktiv overmatch
Aktiv overmatchning er å fortsette å øke kapasiteten til fotovoltaiske moduler på grunnlaget av kompensasjons-overmatchning (som vist i figuren nedenfor). Denne metoden tar ikke bare hensyn til systemtap, men vurderer også investeringskostnadene og inntekt og andre faktorer. Målet er å minimere systemets gjennomsnittlige strømkostnad (LCOE) ved aktivt å forlenge omvenderens fullt fungerende tid, å finne en balance mellom økte komponentinnsatskostnader og systemets strømproduksjonsinntekt. Selv ved dårlig lysforhold har omvenderen fortsatt full lastarbeid, dermed forlenges den fulle lastarbeidstiden; Imidlertid vil den faktiske produksjonskurven for systemet vise fenomenet "toppskåringer" som vist i figuren, og noen tidsperioder er i et tilstand med begrenset produksjon. Men ved en passende kapasitetsforhold blir LCOE-en for hele systemet lavest, det vil si at fordelen øker.

Diagram over aktiv overmatchning

Som vist i figuren nedenfor, fortsetter LCOE å synke med økningen i kapasitetsforholdet. Ved kompensatorisk overskuddspunkt nårr LCOE for systemet ikke den laveste verdien. Når kapasitetsforholdet økes ytterligere til aktivt overskuddspunkt, når LCOE for systemet den laveste verdien, og LCOE vil øke etter at kapasitetsforholdet økes ytterligere. Derfor er det aktive overmatchingspunktet det optimale kapasitetsforholdet for systemet.

LOCE/kapasitetsforhold diagram

For invertere, hvordan man oppnår den minste LCOE for systemet krever tilstrekkelig DC-side overallokeringsevne for å oppnå dette. For ulike regioner, spesielt for områder med dårlige strålingforhold, kreves et høyere aktivt overallokeringsskjema for å forlengre inverterens rated output-tid og maksimere reduksjonen av LCOE for systemet.

04 Konklusjoner og anbefalinger
I oppsummering er kompensatorisk overallokering og aktiv overallokering effektive midler for å forbedre effektiviteten til fotovoltaiske systemer, men hver har sin egen fokus. Kompensatorisk overmatching fokuserer hovedsakelig på å kompensere systemtap, mens aktiv overmatching legger mer vekt på å finne en balance mellom økt innsats og forbedret inntekt. Derfor anbefales det i faktiske prosjekter å velge den passende kapasitetsforholdskonfigurasjonen etter prosjektets krav.