วิธีการออกแบบอัตราส่วนความจุของสถานีไฟฟ้าโซลาร์เซลล์อย่างสมเหตุสมผล ประเทศไทย

ด้วยความต้องการพลังงานทดแทนทั่วโลกที่เพิ่มขึ้น เทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จึงได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ในฐานะผู้ให้บริการหลักของเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ความสมเหตุสมผลในการออกแบบของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า เสถียรภาพในการทำงาน และผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจของโรงไฟฟ้า อัตราส่วนกำลังการผลิตซึ่งเป็นพารามิเตอร์หลักในการออกแบบโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ มีผลกระทบสำคัญต่อประสิทธิภาพโดยรวมของโรงไฟฟ้า วัตถุประสงค์ของบทความนี้คือเพื่อหารือถึงวิธีการออกแบบอัตราส่วนกำลังการผลิตของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์อย่างมีเหตุผล เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าและความประหยัด

01 ภาพรวมอัตราส่วนความจุของสถานีไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
อัตราส่วนความจุของสถานีไฟฟ้าโซลาร์เซลล์หมายถึงอัตราส่วนของกำลังการผลิตติดตั้งของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ต่อความจุของอุปกรณ์อินเวอร์เตอร์
เนื่องจากความไม่แน่นอนของการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และเหตุผลที่ได้รับผลกระทบอย่างมากจากสิ่งแวดล้อม อัตราส่วนความจุของสถานีไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ตามกำลังการผลิตติดตั้งของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ การกำหนดค่า 1:1 จะทำให้ความจุของอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์สิ้นเปลือง ดังนั้นระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าได้รับการปรับปรุงภายใต้สถานที่ตั้งของการทำงานที่มั่นคงของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ การออกแบบอัตราส่วนกำลังการผลิตที่เหมาะสมควรมากกว่า 1:1 การออกแบบอัตราส่วนความจุที่สมเหตุสมผลไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มกำลังขับสูงสุดเท่านั้น แต่ยังปรับให้เข้ากับสภาพแสงที่แตกต่างกัน และรับมือกับการสูญเสียของระบบบางอย่างอีกด้วย

02 ปัจจัยที่มีอิทธิพลหลักของอัตราส่วนปริมาตร
การออกแบบอัตราส่วนกำลังการผลิตที่เหมาะสมต้องได้รับการพิจารณาอย่างครอบคลุมตามสถานการณ์ของโครงการเฉพาะ ปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราส่วนความจุ ได้แก่ การลดทอนของส่วนประกอบ การสูญเสียของระบบ การฉายรังสี มุมในการติดตั้งส่วนประกอบ ฯลฯ การวิเคราะห์เฉพาะมีดังนี้

1. การลดทอนส่วนประกอบ
ในกรณีของการสลายตัวตามอายุตามปกติ การลดทอนในปีแรกของส่วนประกอบปัจจุบันจะอยู่ที่ประมาณ 1% การลดทอนของส่วนประกอบหลังจากปีที่สองจะแสดงการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้น และอัตราการลดทอนของ 30 ปีคือประมาณ 13% กล่าวคือ กำลังการผลิตต่อปีของส่วนประกอบกำลังลดลง และกำลังไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับไม่สามารถรักษาได้อย่างต่อเนื่อง ดังนั้น การออกแบบอัตราส่วนกำลังการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จึงต้องคำนึงถึงการลดทอนของส่วนประกอบตลอดวงจรชีวิตของโรงไฟฟ้า . เพื่อเพิ่มการผลิตพลังงานของส่วนประกอบที่ตรงกันและปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ

กราฟการลดทอนกำลังไฟฟ้าเชิงเส้น 30 ปีของโมดูลไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

2. การสูญเสียระบบ
ในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ มีการสูญเสียต่างๆ ระหว่างโมดูลไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และเอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์ รวมถึงอนุกรมของโมดูลและการสูญเสียฝุ่นแบบขนานและบล็อก การสูญเสียสายเคเบิล DC การสูญเสียอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ฯลฯ การสูญเสียของแต่ละจุดเชื่อมต่อจะส่งผลต่อเอาต์พุตจริง กำลังไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

รายงานการจำลองโรงไฟฟ้า PVsyst

ดังที่แสดงในภาพ PVsyst สามารถจำลองการกำหนดค่าจริงและการสูญเสียการบดเคี้ยวของโครงการได้ในแอปพลิเคชันโครงการ ภายใต้สถานการณ์ปกติ การสูญเสีย DC ของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จะอยู่ที่ประมาณ 7-12% การสูญเสียของอินเวอร์เตอร์จะอยู่ที่ประมาณ 1-2% และการสูญเสียทั้งหมดจะอยู่ที่ประมาณ 8-13% ดังนั้นจึงมีความเบี่ยงเบนในการสูญเสียระหว่างกำลังการผลิตติดตั้งของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์และข้อมูลการผลิตไฟฟ้าจริง หากเลือกความสามารถในการติดตั้งของส่วนประกอบตามอัตราส่วนความจุ 1:1 ของอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ความจุเอาต์พุตสูงสุดจริงของอินเวอร์เตอร์จะอยู่ที่ประมาณ 90% ของความจุพิกัดของอินเวอร์เตอร์เท่านั้น แม้ว่าแสงจะดีที่สุดก็ตาม โหลดอินเวอร์เตอร์ไม่เต็ม ทำให้ลดการใช้ประโยชน์ของอินเวอร์เตอร์และระบบลง

3. การฉายรังสีจะแตกต่างกันไปในแต่ละภูมิภาค
ส่วนประกอบสามารถเข้าถึงกำลังไฟฟ้าที่กำหนดภายใต้สภาวะการทำงานของ STC เท่านั้น (สภาวะการทำงานของ STC: ความเข้มของแสงคือ 1000 วัตต์/ตร.ม. อุณหภูมิของแบตเตอรี่คือ 25°C และคุณภาพบรรยากาศคือ 1.5) หากสภาพการทำงานไม่ถึง เงื่อนไข STC กำลังไฟฟ้าขาออกของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์จะน้อยกว่ากำลังไฟพิกัดอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และการกระจายเวลาของทรัพยากรแสงภายในหนึ่งวันไม่สามารถตอบสนองเงื่อนไข STC ได้ทั้งหมด เนื่องจากความแตกต่างระหว่างการฉายรังสีและอุณหภูมิช่วงต้น กลาง และปลาย มีขนาดใหญ่ ในเวลาเดียวกัน การแผ่รังสีและสภาพแวดล้อมของภูมิภาคต่างๆ มีผลกระทบต่อการผลิตไฟฟ้าของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ที่แตกต่างกัน ดังนั้น โครงการเริ่มแรกจำเป็นต้องเข้าใจข้อมูลทรัพยากรแสงในท้องถิ่นตามภูมิภาคเฉพาะ และดำเนินการคำนวณข้อมูล

ตามมาตรฐานการจำแนกประเภทของศูนย์ประเมินพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ของกรมอุตุนิยมวิทยาแห่งชาติ ข้อมูลเฉพาะของการฉายรังสีในภูมิภาคต่างๆ สามารถเรียนรู้ได้ และการฉายรังสีแสงอาทิตย์ประจำปีทั้งหมดแบ่งออกเป็นสี่ระดับ:

การจำแนกประเภทของรังสีแสงอาทิตย์ทั้งหมดประจำปี

ดังนั้นแม้จะอยู่ในพื้นที่ทรัพยากรเดียวกัน ปริมาณรังสีตลอดทั้งปีก็มีความแตกต่างกันมาก หมายความว่าการกำหนดค่าระบบเดียวกันคืออัตราส่วนกำลังการผลิตเดียวกันภายใต้การผลิตไฟฟ้าไม่เหมือนกัน เพื่อให้บรรลุการผลิตไฟฟ้าเท่าเดิม สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนอัตราส่วนปริมาตร

4. มุมการติดตั้งส่วนประกอบ
ในโครงการเดียวกันจะมีประเภทหลังคาที่แตกต่างกันสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ฝั่งผู้ใช้ และมุมการออกแบบส่วนประกอบที่แตกต่างกันจะเกี่ยวข้องตามประเภทหลังคาที่แตกต่างกัน และการฉายรังสีที่ได้รับจากส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องก็จะแตกต่างกันเช่นกัน ตัวอย่างเช่น มีหลังคากระเบื้องเหล็กสีและหลังคาคอนกรีตในโครงการอุตสาหกรรมและพาณิชยกรรมในจังหวัดเจ้อเจียง และมุมเอียงของการออกแบบคือ 3° และ 18° ตามลำดับ ข้อมูลการฉายรังสีของระนาบเอียงที่จำลองโดย PV สำหรับมุมเอียงที่แตกต่างกันแสดงไว้ในภาพด้านล่าง จะเห็นได้ว่าการฉายรังสีที่ได้รับจากส่วนประกอบที่ติดตั้งในมุมที่ต่างกันจะแตกต่างกัน หากหลังคาแบบกระจายส่วนใหญ่เป็นกระเบื้อง พลังงานเอาต์พุตของส่วนประกอบที่มีความจุเท่ากันจะต่ำกว่าพลังงานเอาต์พุตของส่วนประกอบที่มีมุมเอียงที่แน่นอน

มุมเอียง 3° การแผ่รังสีทั้งหมด

มุมเอียง 18° การแผ่รังสีทั้งหมด

03 แนวคิดการออกแบบอัตราส่วนความจุ
จากการวิเคราะห์ข้างต้น การออกแบบอัตราส่วนกำลังการผลิตส่วนใหญ่เพื่อปรับปรุงประโยชน์โดยรวมของโรงไฟฟ้าโดยการปรับความสามารถในการเข้าถึง DC ของอินเวอร์เตอร์ ปัจจุบันวิธีการกำหนดค่าอัตราส่วนความจุส่วนใหญ่จะแบ่งออกเป็นการจับคู่แบบชดเชยและการจับคู่แบบแอคทีฟ

1. ชดเชยการจับคู่ที่มากเกินไป
การจับคู่ที่มากเกินไปแบบชดเชยหมายความว่าโดยการปรับอัตราส่วนปริมาตร อินเวอร์เตอร์สามารถเข้าถึงเอาท์พุตโหลดเต็มได้เมื่อแสงดีที่สุด วิธีนี้จะคำนึงถึงการสูญเสียในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์เพียงบางส่วนเท่านั้น โดยการเพิ่มความจุของส่วนประกอบ (ดังแสดงในรูปด้านล่าง) สามารถชดเชยการสูญเสียพลังงานของระบบในกระบวนการส่งไฟฟ้าได้ เพื่อให้อินเวอร์เตอร์ในการใช้งานจริง ของเอฟเฟกต์เอาต์พุตโหลดเต็ม และไม่มีการสูญเสียการคลิป

แผนภาพการชดเชยค่าชดเชยที่มากเกินไป

2. โอเวอร์แมตช์ที่ใช้งานอยู่
การจับคู่โอเวอร์แมตช์ที่ใช้งานอยู่คือการเพิ่มความจุของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ต่อไปโดยพิจารณาจากการจับคู่การชดเชยที่มากเกินไป (ดังแสดงในรูปด้านล่าง) วิธีการนี้ไม่เพียงแต่พิจารณาถึงการสูญเสียของระบบเท่านั้น แต่ยังพิจารณาต้นทุนการลงทุนและรายได้ รวมถึงปัจจัยอื่นๆ อย่างครอบคลุมอีกด้วย เป้าหมายคือการลดต้นทุนพลังงานเฉลี่ย (LCOE) ของระบบให้เหลือน้อยที่สุดโดยการขยายเวลาทำงานเต็มพิกัดของอินเวอร์เตอร์ ค้นหาความสมดุลระหว่างต้นทุนอินพุตส่วนประกอบที่เพิ่มขึ้นและรายได้จากการผลิตไฟฟ้าของระบบ แม้ในกรณีที่แสงไม่ดี อินเวอร์เตอร์ยังทำงานเต็มกำลัง จึงขยายเวลาทำงานเต็มพิกัด อย่างไรก็ตามกราฟการผลิตไฟฟ้าที่แท้จริงของระบบจะปรากฏเป็นปรากฏการณ์ "พีคคลิปปิ้ง" ดังรูป และบางช่วงระยะเวลาอยู่ในสถานะการทำงานของการผลิตไฟฟ้าที่จำกัด อย่างไรก็ตาม ภายใต้อัตราส่วนกำลังการผลิตที่เหมาะสม LCOE ของระบบโดยรวมจะต่ำที่สุด กล่าวคือ ผลประโยชน์จะเพิ่มขึ้น

แผนภาพ overmatching ที่ใช้งานอยู่

ดังแสดงในรูปด้านล่าง LCOE ยังคงลดลงตามอัตราส่วนกำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้น ที่จุดอัตราส่วนส่วนเกินชดเชย LCOE ของระบบไม่ถึงค่าต่ำสุด เมื่ออัตราส่วนกำลังการผลิตเพิ่มขึ้นจนถึงจุดอัตราส่วนส่วนเกินที่ใช้งานอยู่ LCOE ของระบบจะถึงค่าต่ำสุด และ LCOE จะเพิ่มขึ้นหลังจากที่อัตราส่วนกำลังการผลิตเพิ่มขึ้นอีก ดังนั้นจุดโอเวอร์แมตช์ที่ใช้งานอยู่คืออัตราส่วนความจุที่เหมาะสมที่สุดของระบบ

แผนภาพอัตราส่วน LOCE/ ความจุ

สำหรับอินเวอร์เตอร์ วิธีที่จะบรรลุ LCOE ขั้นต่ำของระบบจำเป็นต้องมีความสามารถในการจัดสรรเกินด้าน DC ที่เพียงพอเพื่อให้บรรลุผล สำหรับภูมิภาคต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับพื้นที่ที่มีสภาวะการฉายรังสีต่ำ จำเป็นต้องมีรูปแบบการจัดสรรเกินที่ใช้งานสูงกว่าเพื่อขยายเวลาเอาท์พุตที่กำหนดของอินเวอร์เตอร์และ ลด LCOE ของระบบให้สูงสุด

04 ข้อสรุปและข้อเสนอแนะ
โดยสรุป การจัดสรรเกินแบบชดเชยและแผนการจัดสรรเกินแบบแอคทีฟเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ แต่แต่ละแบบก็มีจุดเน้นของตัวเอง การจับคู่การชดเชยที่มากเกินไปจะมุ่งเน้นไปที่การชดเชยการสูญเสียระบบเป็นหลัก ในขณะที่การจับคู่ที่มากเกินไปแบบแอ็คทีฟให้ความสำคัญกับการค้นหาสมดุลระหว่างการเพิ่มอินพุตและการปรับปรุงรายได้ ดังนั้นในโครงการจริง ขอแนะนำให้เลือกโครงร่างการกำหนดค่าอัตราส่วนกำลังการผลิตที่เหมาะสมอย่างครอบคลุมตามความต้องการของโครงการ