杨和光伏发电：如何为分布式光伏发电项目选择模块和逆变器?

    人类社会到目前的发展和进步都是以能量消费的增长作为“燃料”的。纵观人类社会的进化历史, 从人类开始保存和利用火开始, 到今天的核聚变和水电风能等清洁能源的运用, 两者都反映了人类发展过程中能源的不可或缺, 太阳能分布式光伏发电也是当下潮流之一。
    分布式光伏发电项目光伏组件和逆变器的配选是项目可行性研究和初步设计成功的关键。
    现在利用太阳能发电, 给各个工厂、企业、写字楼、住宅进行分布式供电, 已经非常成熟和普及, 举例为园区内工厂提供电能, 由于厂区耗电量较大, 几乎可全部自用, 故可采用自发自用余电上网的分布式发电模式, 分布式光伏发电项目建成后, 可有效缓解园区内工厂的部分的供电压力, 有效缓解地方电网的供需矛盾, 优化系统电源结构, 减轻环保压力, 促进地区经济可持续发展, 为该地区的节能减排作出贡献, 符合国家对分布式光伏发电的工作思路。
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    光伏发电近况
    分布式光伏发电项目由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成。太阳能能量通过光伏组件转换为直流电力, 在通过并网逆变器将直流电转换为电网同频率、同相位的正弦波电流, 一部分给当地负载供电, 剩余电力馈入电网。在分布式光伏发电项目可行性研究和初步设计时, 光伏组件选型和逆变器配选是重要环节。
    光伏组件由若干单体太阳电池串、并联连接和严密封装组成, 现在已由传统多晶硅、单晶硅组件发电逐步发展衍生出薄膜发电、彩钢瓦发电等方式, 硅材料光电转换效率也不断提高, 转换效率在近五年内已由14%提升至20%以上, 预计未来硅材料电转换效率还会进一步提升。另外, 光伏组件价格在大幅下降, 近五年内已由4元/Wp降至2元/Wp, 目前来看还有下降空间和趋势。可以预见光伏发电即将步入平价上网时代, 分布式光伏舞台会越来越大, 这对人类未来发展是十分有利的。
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    光伏组件选型
    光伏组件目前比较常见的是单晶硅光伏组件和多晶硅光伏组件, 多晶硅光伏组件的制作工艺与单晶硅光伏组件差不多, 多晶硅光伏组件片的效率可达16.5%～18%, 单晶硅太阳组件的转换效率一般在17%～19%, 稍低于单晶硅光伏组件, 但单晶硅造价略高于多晶硅组件。目前国内主流厂商生产的晶体硅太阳能组件应用于大型并网光伏发电系统的, 其规格大多数均在270Wp到360Wp之间。国内生产的60片多晶硅电池组件以270Wp和275Wp为主流产品, 单晶硅电池组件以285Wp、290Wp、295Wp为主流产品;72片多晶硅电池组件以300Wp—310Wp为主流产品, 72片单晶硅电池组件以350Wp、360Wp为主流产品。根据实际项目经验, 单晶硅组件单片发电效率较高, 效率衰减较小, 一般选用单晶硅组件。
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    逆变器选型
    逆变器而目前通用的太阳能逆变方式为:集中逆变器、组串逆变器, 多组串逆变器和组件逆变 (微型逆变器) 。在接近的初始投资成本下, 对于分布式光伏发电项目, 组串式逆变器解决方案较集中式逆变器及微型逆变器拥有着较为得天独厚的优势, 很好的解决了集中式解决方案遇到的问题, 对于屋顶分布式光伏发电项目, 均应选用组串式逆变器, 以避免直流汇流箱带来的安全隐患, 同时缩短直流电路长度, 降低直流电路带来的风险。目前我国主流逆变器功率有60kW和50kW两种, 60kW逆变器较50kW逆变器成本略高, 但相对逆变效率略好。

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    光伏组件和逆变器配选
    下面以实际应用案例进行说明如何进行光伏组件和逆变器配选分析和设计。
    利用广东省惠州市某公司的厂房A、厂房B、厂房C和厂房C共4个建筑物的屋顶建设分布式光伏发电项目, 屋顶总面积约为16000m2, 经现场勘查, 项目可有两个并网点, 经过负荷分析光伏组件初步排列布阵设计, 初步判断满足各接入光伏容量600kWp, 共1200kWp, 光伏发电项目采用自发自用, 剩余部分上网模式运行。按照初步判断以上最大容量, 分析列举同一品牌多晶硅和单晶硅组件选型。
    如表1所示, 以上对比得出单晶硅290Wp较多晶硅290Wp组件效率高, 真实价差不大, 因此选择单晶硅290Wp组件。作为光伏发电系统中将直流电转换为交流电的关键设备之一, 组件选型对于发电系统的转换效率和可靠性具有重要作用。结合南方电网《光伏发电并网技术标准》的及其它相关规范的要求, 并根据光伏组件容量配选逆变器容量, 可以按照以下思路进行考虑:
    (1) 配上逆变器后, 并网点的三相电压不平衡度不超过《电能质量三相电压允许不平衡度》规定的数值, 通常是1.3%。
    (2) 工程选配的逆变器装置输出功率因数尽量接近1, 使配置的无功补偿装置能满足电网对无功的要求, 提高电压质量, 降低线损。
    (3) 配上逆变器后, 并网时需在电压偏差、频率、谐波和功率因数方面满足实用要求并符合标准。
    (4) 逆变器产生的谐波电流的总谐波畸变率需控制在3%以内, 符合《电能质量公用电网谐波》的规定。
    (5) 逆变器要求质保10年, 必须满足系统抗PID性能, 同时应具备反向充电修复功能。
    (6) 逆变器转换效率越高, 则光伏发电系统的系统效率越高, 故在单台额定容量相同时, 应选择转换效率高的逆变器或直接选择额定容量高的逆变器, 这样效率较高。
    (7) 逆变器转换效率包括最大效率和中国效率。中国效率是对不同功率点效率的加权, 这一效率更能反映逆变器的综合效率特性。光伏发电系统的输出功率是随太阳辐射强度不断变化的, 因此中国效率相较最大效率更有实用意义。
    (8) 选择直流输入电压范围较宽的逆变器, 以吸收最大阳光。
    (9) 太阳电池组件的输出功率随时变化, 且具有非线性的特点, 因此选用的逆变器应具备最大功率点跟踪功能。
    (10) 配上逆变器后, 项目整体经济性较佳。
    在外界条件一定情况下, 分别选配单晶硅290Wp组件、单晶硅295Wp组件、60kW逆变器、50kW逆变器, 进行项目全生命周期经济测算对比, 以综合考虑光伏组件和逆变器配选。本次经济测算主要节省了支撑结构, 直流线缆与汇流箱, 光伏场区内的施工与安装等, 进行逆变器选配。如表2所示。
    因此, 综合来看在本项目中, 使用单晶硅295Wp组件和60kW逆变器选配时, 项目效益最好。