浅谈“非主流”光伏技术(九):组件和逆变器的搭配

索比光伏网 中字

前言:

在与很多设计院进行技术交流时发现,设计人员在逆变器和组件的匹配上还是略显保守;有的直接按照厂家所谓的“超配”系数来设计组件串并联。在笔者看来这样的设计并不科学。本文就如何配置组件和逆变器展开讨论。

1.组件的测试条件

我们在组件厂家提供的参数表中看到的260W/305W/310W/315W等都是STC下测得的数据。STC:是世界公认的地面光伏组件标准测试条件:

AM=1.5;1000W/㎡;25oC。

其中:

AM:指air-mass(大气品质),定义是:Path-length through the atmosphere relative to vertical thickness of the atmosphere,有一种解释是:光线通过大气的实际距离比上大气的垂直厚度。AM1.5,即指光线通过大气的实际距离为大气垂直厚度的1.5倍。

这里需要着重阐述一下:

大气质量为零的状态(AM=0),指得是在地球外空间接收太阳光的情况,适用于人造卫星和宇宙飞船等应用场合。太阳光在其到达地球的平均距离处的自由空间中的辐射强度被定义为太阳能常数,取值为1367W/m2。

大气质量为1的状态(AM=1),是指太阳光直接垂直照射到地球表面的情况,其入射光功率为925W/m2。相当于晴朗夏日在海平面上所承受的太阳光。这两者的区别在于大气对太阳光的衰减,主要包括臭氧层对紫外线的吸收、水蒸气对红外线的吸收以及大气中尘埃和悬浮物的散射等。

AM和太阳能功率是反比关系,AM越大说明大气中的尘埃、悬浮物、水汽越多,对太阳能量的吸收、散射、折射越多。雾霾天里AM的数值可能到4-5。

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以上两张图不作赘述,不同天气不同温度,同样一块组件的实际输出功率也是不一样的。所以厂家的参数表里面同时也提供了NOCT这个数据。

(Nominal Operating Cell Temperature)太阳电池标称工作温度。NOCT同样也给了设计人员一定的参考。

2.逆变器认识的一些误区

一台40kW的逆变器的参数手册上说:最大直流输入功率44kW,这是什么意思?是直流侧的输入不能超过44KW么?如果超过了会怎么样?

对于第一个问题,这个最大的直流输入功率为44KW,是指,逆变器的最大承受的直流功率为44KW,不能再超过这个值。在配置电池板的时候,可能考虑到电压或者实际问题,在合理配置电池板。还有44KW是一般是指逆变器的输出功率,因为逆变器有损耗,所以直流输入功率会高点。当超过这个限值时,其实也没什么关系,逆变器会降功率限值在44KW这个功率的,会对电池板有点浪费。再者就是逆变器会有直流电流过流保护。

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上表是古瑞瓦特40KW组串式逆变器的参数表,40KVA指的是逆变器的视在功率或者也叫容量,因为并网逆变器的功率因数可以认为是1。所以是40KVA,如果假设功率因数是0.9。那么要这么表述:40KVA/36KW.

古瑞瓦特40KW组串式逆变器的输出电压是480V,这个电压是美标电压,一般写成227/480V;跟我们国家230/400V是有一点区别的。为什么使用美标电压,主要是为了减小电流,减少损耗,提升逆变器效率。这类逆变器只能用在带升压的光伏系统中,比如10/35KV并网。如果打算380V并网,那么就不能使用这款逆变器了。

要使用下图中30KW、33KW这两款机器,输出电压为230/400V。

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其实这3款机器没有结构差异,可以说95%的元器件是一样的,区别在于输出电压。大家可以发现,33KW和40KW逆变器输出电流是一样的50A

对于三相电气设备,视在功率=blob.png输出电流*输出电压。

40KW逆变器:50*1.732*480=41.5KW

33KW逆变器:50*1.732*380=32.9KW

30KW逆变器:45.5*1.732*400=29.94KW

目前基本上所有的逆变器厂家都用“视在功率=blob.png输出电流*输出电压”这个公式定义逆变器的功率。但是也有一些厂家用逆变器能接入最大组件功率(STC环境)来定义逆变器容量,这样有些不科学,会让设计人员设计失误。

3.组件匹配模型

逆变器如何搭配组件,笔者收集苏州一个500KW的分布式电站的2015全年气象站数据,收集要素为:时间(每分钟扫描一次)风速、风向、环境温度、组件温度(背板温度)、日照强度。如下表:

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1月22日

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根据截取的数据,1月22日最大的日照强度出现在12:30左右,背板温度20度左右。这时260W组件的实时功率为170W左右。如果把40KW逆变器接满组件,24块组件一串×8路=192块;此时逆变器最大的直流输入功率为33KW。

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2月22日

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根据截取的数据,2月22日最大的日照强度出现在12:30左右,背板温度10度左右。这时260W组件的实时功率为70W左右。如果把40KW逆变器接满组件,24块组件一串×8路=192块;此时逆变器最大的直流输入功率为13.44KW。

3月22日

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根据截取的数据,3月22日最大的日照强度出现在12:30左右,背板温度45-50度。这时260W组件的实时功率为182W左右。如果把40KW逆变器接满组件,24块组件一串×8路=192块;此时逆变器最大的直流输入功率为34.9KW。

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4月22日

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根据截取的数据,4月22日最大的日照强度出现在12:10左右,背板温度50度。这时260W组件的实时功率为186W左右。如果把40KW逆变器接满组件,24块组件一串×8路=192块;此时逆变器最大的直流输入功率为35.7KW。

5月22日

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根据截取的数据,5月22日最大的日照强度出现在12:25左右,背板温度50度。这时260W组件的实时功率为186W左右。如果把40KW逆变器接满组件,24块组件一串×8路=192块;此时逆变器最大的直流输入功率为35.7KW。

6月22

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根据截取的数据,6月22日阴雨天,功率和2月22日类似。

7月19日

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根据截取的数据,7月19日最大的日照强度出现在12:00左右,背板温度60度。这时260W组件的实时功率为188W左右。如果把40KW逆变器接满组件,24块组件一串×8路=192块;此时逆变器最大的直流输入功率为36.1KW。

8月22日:阴雨天,数据不具有参考性

9月22日

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根据截取的数据,9月22日最大的日照强度出现在13:10左右,背板温度25度。这时260W组件的实时功率为221W左右。如果把40KW逆变器接满组件,24块组件一串×8路=192块;此时逆变器最大的直流输入功率为42KW。

10月22日

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根据截取的数据,10月22日最大的日照强度出现在12:00左右,背板温度45-50度。这时260W组件的实时功率为161W左右。如果把40KW逆变器接满组件,24块组件一串×8路=192块;此时逆变器最大的直流输入功率为31KW。

11月22日

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根据截取的数据,11月22日最大的日照强度出现在11:25左右,背板温度15-20度。这时260W组件的实时功率为198W左右。如果把40KW逆变器接满组件,24块组件一串×8路=192块;此时逆变器最大的直流输入功率为38.4KW。

12月22日

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根据截取的数据,12月22日最大的日照强度出现在13:15左右,背板温度30-35度。这时260W组件的实时功率为135W左右。如果把40KW逆变器接满组件,24块组件一串×8路=192块;此时逆变器最大的直流输入功率为25.92KW。

在数据分析的过程中,笔者使用了Pvsyst软件中的Tools工具。该工具收录了全球市场上一线厂家所有功率段的组件和逆变器。是目前设计光伏电站最好的辅助软件。

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综上所述,逆变器接入192块260W组件,最大功率出现在9月份功率为42KW;极小值为13.44KW(不具有参考性);其他月份随着辐照变化和温度变化,最大功率出现基本上稳定在35KW左右。

笔者接触了很多设计院,设计师在匹配组件和40KW逆变器时往往只使用8路中的7路,即一台40KW的逆变器只接入7路组串,空一路。笔者认为这样的设计有些保守。所以本文内容提供了一种匹配逆变器的设计方法,这种方法可以精确匹配逆变器,同时也需要设计单位收集近几年的项目地点的太阳能辐照度数据。

作者:张喆

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