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干貨 光伏電站選型設計兩個經濟平衡點

光伏前期項目開發完成后,開始進入設計和實施階段。隨著國家政策的變化,中大型地面電站補貼逐漸減少,將進入平價上網或者低價上網階段,光伏系統的設計,對成本的控制要求更高。目前光伏系統對成本和效率的控制有兩種路線,一是高效組件路線,采用大功率組件,減少支架和人工的費用;二是組件超配路線,提高組件和逆變器的比例,讓逆變器盡量滿功率輸出,減少逆變器及交流電纜、配電柜、升壓變的費用。兩種方案各有優勢,但都不是絕對的,需要綜合考慮,精心計算,找到一個經濟平衡點。

1、高效組件路線

相同功率的組件,如果其它條件一樣,發電量也差不多。但如果同樣的面積安裝相同數量的組件,使用低效的250W還是高效的320W,系統中的支架、基礎、電纜、人工等初始成本都是相同的,所以高效組件均攤的單瓦投資會低于低效組件。除了初始成本以外,高效組件還可以降低土地成本。

而隨著電池效率提升,對于材料品質、性能,設備精度和工藝的要求都大幅提升,這必然會增加制造的成本。所以高效組件的價格要比常規組件的高。為明確高效組件技術對度電成本的影響,我們對功率增益與組件成本變動對度電成本的影響做敏感性測算。測算中假設基礎初始投資(常規技術)5元/W,利用小時數 1200h。測算顯示,組件功率每增加5W,組件成本容忍度提升 0.03 元/W。

高效組件技術的降本邏輯:測算顯示,60 片組件的功率每提高 15W,彩鋼瓦屋面、普通地面和水泥屋頂電站、山地電站、水面電站,跟蹤支架電站等 BOS 成本分別可節省 0.05元/W、0.09 元/W、0.12元/W、0.135 元/W、0.15元/W。據此假設普通電站所用組件功率每增加5W,系統投資下降 0.03 元/W,以此疊加,則半片、MBB 等高效組件技術 5~20W 的 功率提升可使系統投資 下降 0.03~0.12 元/W。

綜上所述,彩鋼瓦屋面、普通地面和水泥屋頂電站,如果常規格組件的價格比高效組件低0.1元左右,那么使用常規的組件初始成本要低一點,而在山地電站、水面電站,跟蹤支架電站,支架占比較高,使用高效組件的優勢就比較明顯。所以并不是在所有情況下,使用高效組件都比使用常規組件投資收益高,追求高效并不是實現平價的唯一選擇,要考慮支架成本和土地成本在系統中的比例,如何提高電站的單瓦發電能力、和組件壽命對降低成本也同樣重要。

2、組件超配路線

光伏組件容量和逆變器容量比,習慣稱為容配比。光伏應用早期,系統一般按照1:1的容配比設計。實踐證明,以系統平均化度電成本(Levelized Cost Of Electricity, LCOE)最低為標準衡量系統最優,在各種光照條件、組件鋪設傾斜角度等情況下,達到系統最優的容配比都大于1:1。也就是說,一定程度的提升光伏組件容量,有利于提升系統的整體經濟效益,這就是組件超配。

目前在分布式光伏和地面電站,很少有按1:1去容配比去設計了,絕大部分都實行了超配,但合理的容配比設計,需要結合具體項目的情況,綜合考慮,主要影響因素包括輻照度、系統損耗、組件安裝角度等方面。

在超配的情況下,由于受到逆變器額定功率的影響,在組件實際功率高于逆變器額定功率的時段內,系統將以逆變器額定功率工作;在組件實際功率小于逆變器額定功率的時段內,系統將以組件實際功率工作。主動超配方案設計,系統會存在部分時間段內處于限發狀態,這時候就會有電量損失。

這個平衡點怎么去找,我們先以一個在二類光照地區10MW的電站為例,如果按1.4:1的比例去超配,要估算限發時間段的功率損失有多大,在二類地區,天氣晴好的時候,光伏輸出功率最高可達組件功率的80~90%,為了估算方便方便,取均值電站最高功率為11.9MW,由于逆變器的最大功率只有10MW,這時候就會有1.9MW的電量損失。

 

干貨 光伏電站選型設計兩個經濟平衡點
 

如上圖所示,在中午9:00到下午16:00,有7個小時的限發,經估算每天電量損失約5000度電,假如每年有100天這樣的天氣,這時每年損失的電量約有50萬度電,如果每度電價是0.5元,一年的電費損失是25萬元。逆變器按正常有超配應該配12MW,1.4超配可以節省2MW的逆變器和升壓站等,按照目前的價格,2MW逆變器和匯流箱價格約為50萬元,2MW升壓站及其電纜配套設備約為100萬元,超配節省的錢相當于6年的限額電費損失。

因此,如果不綜合考慮,超配太多,實際上也達不到降低系統平均化度電成本的初衷。逆變器的功能,早已超出最初的電流逆變功能,國內領先的逆變器企業,增設了電站技術研發部門,主要研究方向就是逆變器如何與其它零部件、電站、電網更好地融合,支撐電網。逆變器將從適應電網轉到支撐電網,通過信息化、互聯網+大數據的應用,優化系統運維方式,全方位、多渠道支撐電站精細化運維管理,最大限度提升電站發電量,降低運維成本。通過過量的超配降低逆變器的費用,是很不經濟的行為。

僅從逆變器的特性和減少超配損失出發,建議組件和逆變器配比如下:在一類光照地區,按1:1配置,在二類光照地區,按1.1:1配置,在三類平均日照時間3.5小時的光照地區,按1.2:1配置,在三類平均日照時間低于3小時的光照地區,按1.3:1配置。

總結

光伏度電成本下降包括兩部分:降低BOS成本和提升25年總發電量,片面強調某一方面,必將損失另一方面,往往是得不償失。在使用高效組件時,要考慮組件價差和支架之間的平衡;如果是組串超配,要計算電費損失和節省設備之間的平衡。

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