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、適度提高光伏 -逆變器容配比 ( 國際上稱之為光伏 -逆變器功率比，PVIR)，是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)重要的技術(shù)創(chuàng)新。光伏 -逆變器容配比普遍被光伏行業(yè)接受是在 2012 年之后，以美國 First Solar 為代表，該公司電站的容配比一般都選在 1.4:1.0 或更高。提高光伏 -逆變器的容配比后，如何定義并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量顯得十分重要。本文將給出國內(nèi)外對(duì)于光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量的定義，并對(duì)放開光伏 -逆變器容配比的理由和必要性進(jìn)行論述。
1提高光伏 -逆變器容配比的必要性
由于我國大部分地區(qū)、全年大部分時(shí)間的太陽輻照度都很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)條件，即 1 kW/m2，再加上從光伏組件到逆變器的效率損失通常約為85%，如果按照過去的慣例，光伏 -逆變器容配比按 1:1 進(jìn)行配置，那么交流設(shè)備 ( 包括逆變器 ) 就會(huì)有很大比例的功率閑置。筆者在格爾木 ( 屬于強(qiáng)Ⅰ類資源區(qū)，有時(shí)輻照度甚至超過 1 kW/ m2) 曾調(diào)出一個(gè)光伏電站逆變器全年的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn) 500 kW 的逆變器最大輸出功率僅有 470 kW，而且當(dāng)時(shí)的輻照度已經(jīng)超過 1 kW/m2。那么在Ⅱ類、Ⅲ類資源區(qū)，交流設(shè)備功率閑置問題將更為嚴(yán)重。
為了提高逆變器及后段交流設(shè)備的利用率，使系統(tǒng)具有更為優(yōu)化的配置，2012 年之后，國際上普遍采用提高光伏 -逆變器容配比來實(shí)現(xiàn)。
2 以交流額定功率來定義光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量更為科學(xué)合理
所有其他發(fā)電方式，如火電、水電、核電、風(fēng)力發(fā)電，甚至包括熱發(fā)電，都是按照交流發(fā)電單元的額定功率定義其裝機(jī)容量;所以，若將光伏系統(tǒng)的交流額定功率定義為裝機(jī)容量，可使并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量定義和管理方式與其他發(fā)電方式相一致。而且，目前電網(wǎng)公司對(duì)于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)特性的要求和控制也僅限于交流并網(wǎng)點(diǎn)，并沒有管理到直流側(cè)，將并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量定義在交流側(cè)，既使電網(wǎng)公司在管理方式上保持了一致性，在技術(shù)上也是合理的。
3提高光伏 -逆變器容配比的安全性
適度提高光伏 -逆變器容配比并不影響電網(wǎng)和設(shè)備的安全性，系統(tǒng)也不會(huì)因超功率運(yùn)行而受到損害。IEC 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)規(guī)定，在高功率比情況下，當(dāng)輻照度較強(qiáng)、逆變器達(dá)到額定功率后，即達(dá)到飽和狀態(tài) (inverter being saturated)，必須轉(zhuǎn)入限功率運(yùn)行 (constrained operation)，這在 IEC 61724-2、IEC 61724-3 和 IEC 62738 中有詳細(xì)描述。因此，提高光伏 -逆變器容配比不會(huì)影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行，也不會(huì)對(duì)電網(wǎng)和逆變器造成損害。
4提高光伏—逆變器容配比的優(yōu)勢
在我國大部分地區(qū)，光伏 -逆變器容配比可以按照 1.2：1.0 配置，這樣超裝的光伏功率幾乎不會(huì)出現(xiàn)“限光損失”(Clipping Losses)，可以全部利用，發(fā)電量可直接提升 20%，年等效利用小時(shí)數(shù)可由 1500 h 提高到 1800 h;而擴(kuò)裝僅限于直流部分，增加的投入只有全額投入的約 50%，大幅提高了項(xiàng)目收益。因此，提高容配比是提高光伏系統(tǒng)收益率、降低度電成本和早日實(shí)現(xiàn)“平價(jià)上網(wǎng)”的有效手段，是應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)和提倡的光伏系統(tǒng)創(chuàng)新技術(shù)。
提高光伏 -逆變器容配比還有一個(gè)好處，就是可以降低系統(tǒng)對(duì)光伏組件的故障和衰降率的敏感度。如果容配比按照 1:1 進(jìn)行配置，一旦光伏組件發(fā)生故障或異常衰降，發(fā)電量會(huì)立即減少;而在高容配比配置的情況下，少部分組件出現(xiàn)問題，對(duì)于發(fā)電量的影響不大，只是“限光損失”會(huì)少一些;并且，隨著運(yùn)行時(shí)間拉長(5 年、10 年、 20 年 )，高容配比更能適度抵消光伏組件衰降帶來的負(fù)面影響，從而保證系統(tǒng)持續(xù)滿功率發(fā)電。因此，適度提高光伏 -逆變器容配比是有百利而無一害的光伏系統(tǒng)創(chuàng)新手段，應(yīng)當(dāng)大力提倡，而不是壓制打擊。
5國內(nèi)限制光伏—逆變器容配比的原因
國內(nèi)目前部分省區(qū)出現(xiàn)“嚴(yán)查光伏—逆變器容配比”、不允許光伏擴(kuò)裝的情況，這將沉重打擊光伏系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新，阻礙光伏“平價(jià)上網(wǎng)”的步伐，是不可取的。之所以出現(xiàn)這種情況，原因在于 2012 年 GB 50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中 2.1.23 部分對(duì)安裝容量 (capacity of installation) 的定義：安裝容量為光伏發(fā)電站中安裝的光伏組件的標(biāo)稱功率之和，單位是峰瓦 (Wp)。因此，要想放開光伏 -逆變器容配比，首先必須修訂 GB 50797。
國際 IEC 的幾個(gè)光伏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中都提到PVIR。
1)IEC 62738《地面安裝的光伏電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中提出“PV power plants are often designed with high PVIR ratios to achieve lower installed cost of energy”，即，光伏電站通常設(shè)計(jì)成高PVIR，以獲得低的度電成本。
2)IEC TS 63019《光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行率的信息模型》中 3.13 提出“PVPS AC capacity：rated output of a PVPS, or alternatively,its contractually obligated ma designated conditions, commonly expressed inmegawatts (MW). PVPS ratings by aggregated module nameplate are also common”，即光伏發(fā)電系統(tǒng)(PVPS) 的交流容量定義：PVPS 的交流容量為光伏系統(tǒng)的額定輸出，或者說該容量為合同約定的最大功率，常用單位為 MW。將光伏組件功率之和作為光伏系統(tǒng)的額定功率也很常見。
由此可見，光伏—逆變器容配比已經(jīng)在國際上得到認(rèn)可，并且已經(jīng)定義在 IEC 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，我們應(yīng)當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)和定義與國際接軌，沒有理由限制光伏—逆變器的容配比。
6光伏 -逆變器容配比的設(shè)定
光伏 -逆變器容配比并非越高越好，開發(fā)商也不會(huì)隨意增加容配比，需要依據(jù)最低度電成本進(jìn)行優(yōu)化，涉及到當(dāng)?shù)靥柲苜Y源、環(huán)境溫度、土地成本、組件和其他直流設(shè)備的價(jià)格、限光損失 ( 注意是“限光損失”Clipping Losses or Constrained Operation，不是“棄光”Curtailment)與收益平衡等，不同太陽能資源條件、不同設(shè)備成本、不同土地成本的最優(yōu)容配比都是不同的。而且，通過實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)證明，并不是完全沒有限光損失的項(xiàng)目度電成本最低，而是具有一定限光損失的項(xiàng)目度電成本最低、項(xiàng)目收益最好 ( 見下文案例 2)。 最優(yōu)光伏 -逆變器容配比并不是一個(gè)確定的數(shù)值，而是必須根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化。所以，也不應(yīng)該規(guī)定容配比的比例，而應(yīng)放開容配比，給開發(fā)商和設(shè)計(jì)單位提供充分的創(chuàng)新和優(yōu)化空間。
7國際上的實(shí)際案例
1) 案例 1：美國的某并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，光伏—逆變器容配比設(shè)置為 1.4:1.0。如圖 1 所示，當(dāng)光強(qiáng)很強(qiáng)，逆變器達(dá)到額定功率時(shí)，即轉(zhuǎn)入“限功率運(yùn)行”狀態(tài)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)和逆變器造成損害;而且光伏發(fā)電曲線不再是波動(dòng)形狀，而是恒功率運(yùn)行，對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度更有好處。
2) 案例 2：光伏 -逆變器容配比需要針對(duì)不同地點(diǎn)、不同電價(jià)水平、不同土地成本等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并非是固定比例，因此需要“松綁”，而非限定一個(gè)固定比例，如圖 2 所示。
2 中，容配比設(shè)置為 1.2:1.0 時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的收益明顯得到提升，但并未達(dá)到最佳;容配比設(shè)置為 1.6:1.0 時(shí)，雖然出現(xiàn)了一段時(shí)間的限功率運(yùn)行，但收益卻是最高的。
8具體建議意見
陽光電源進(jìn)入國際市場比較早，是最先了解到國際上普遍采用適度提高光伏 -逆變器容配比的方法來提高系統(tǒng)收益的國內(nèi)公司，曹仁賢董事長早在幾年前就大聲呼吁應(yīng)將光伏電站的裝機(jī)容量定義在交流側(cè)，并不應(yīng)限制光伏組件擴(kuò)裝，但一直未能如愿。我在此再次響應(yīng)曹總的呼吁，強(qiáng)烈建議盡快修訂相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)烈呼吁各級(jí)政府部門和電網(wǎng)公司為光伏 -逆變器容配比松綁。
具體建議意見如下：
1) 并網(wǎng)光伏電站和系統(tǒng)的裝機(jī)容量按照交流發(fā)電單元的額定功率 ( 即逆變器額定功率之和 )備案，同時(shí)登記直流側(cè)額定功率 ( 即光伏組件額定功率之和 )。國際上目前也是對(duì)光伏電站的交流功率和直流功率分別進(jìn)行標(biāo)注。
2) 電網(wǎng)公司按照交流額定功率對(duì)并網(wǎng)光伏電站和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)進(jìn)行管理 ( 同其他發(fā)電方式的管理模式保持一致 )。
3) 要求并網(wǎng)逆變器具備達(dá)到額定功率后自動(dòng)轉(zhuǎn)入限功率運(yùn)行的功能，所有并網(wǎng)逆變器需要通過此項(xiàng)功能的測試。
4) 對(duì)于光伏—逆變器容配比不作限制，也不作規(guī)定，留給開發(fā)商自行進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
5) 既然對(duì)于直流側(cè)功率不作限制，直流功率不作為項(xiàng)目的備案容量，僅作為登記容量，那么對(duì)于雙面電池功率的界定就可以靈活很多，因?yàn)殡p面光伏組件可以看作是自然擴(kuò)裝。
適度提高光伏 -逆變器容配比 ( 國際上稱之為光伏 -逆變器功率比，PVIR)，是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)重要的技術(shù)創(chuàng)新。光伏 -逆變器容配比普遍被光伏行業(yè)接受是在 2012 年之后，以美國 First Solar 為代表，該公司電站的容配比一般都選在 1.4:1.0 或更高。提高光伏 -逆變器的容配比后，如何定義并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量顯得十分重要。本文將給出國內(nèi)外對(duì)于光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量的定義，并對(duì)放開光伏 -逆變器容配比的理由和必要性進(jìn)行論述。
1提高光伏 -逆變器容配比的必要性
由于我國大部分地區(qū)、全年大部分時(shí)間的太陽輻照度都很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)條件，即 1 kW/m2，再加上從光伏組件到逆變器的效率損失通常約為85%，如果按照過去的慣例，光伏 -逆變器容配比按 1:1 進(jìn)行配置，那么交流設(shè)備 ( 包括逆變器 ) 就會(huì)有很大比例的功率閑置。筆者在格爾木 ( 屬于強(qiáng)Ⅰ類資源區(qū)，有時(shí)輻照度甚至超過 1 kW/ m2) 曾調(diào)出一個(gè)光伏電站逆變器全年的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn) 500 kW 的逆變器最大輸出功率僅有 470 kW，而且當(dāng)時(shí)的輻照度已經(jīng)超過 1 kW/m2。那么在Ⅱ類、Ⅲ類資源區(qū)，交流設(shè)備功率閑置問題將更為嚴(yán)重。
為了提高逆變器及后段交流設(shè)備的利用率，使系統(tǒng)具有更為優(yōu)化的配置，2012 年之后，國際上普遍采用提高光伏 -逆變器容配比來實(shí)現(xiàn)。
2 以交流額定功率來定義光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量更為科學(xué)合理
所有其他發(fā)電方式，如火電、水電、核電、風(fēng)力發(fā)電，甚至包括熱發(fā)電，都是按照交流發(fā)電單元的額定功率定義其裝機(jī)容量;所以，若將光伏系統(tǒng)的交流額定功率定義為裝機(jī)容量，可使并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量定義和管理方式與其他發(fā)電方式相一致。而且，目前電網(wǎng)公司對(duì)于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)特性的要求和控制也僅限于交流并網(wǎng)點(diǎn)，并沒有管理到直流側(cè)，將并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量定義在交流側(cè)，既使電網(wǎng)公司在管理方式上保持了一致性，在技術(shù)上也是合理的。
3提高光伏 -逆變器容配比的安全性
適度提高光伏 -逆變器容配比并不影響電網(wǎng)和設(shè)備的安全性，系統(tǒng)也不會(huì)因超功率運(yùn)行而受到損害。IEC 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)規(guī)定，在高功率比情況下，當(dāng)輻照度較強(qiáng)、逆變器達(dá)到額定功率后，即達(dá)到飽和狀態(tài) (inverter being saturated)，必須轉(zhuǎn)入限功率運(yùn)行 (constrained operation)，這在 IEC 61724-2、IEC 61724-3 和 IEC 62738 中有詳細(xì)描述。因此，提高光伏 -逆變器容配比不會(huì)影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行，也不會(huì)對(duì)電網(wǎng)和逆變器造成損害。
4提高光伏—逆變器容配比的優(yōu)勢
在我國大部分地區(qū)，光伏 -逆變器容配比可以按照 1.2：1.0 配置，這樣超裝的光伏功率幾乎不會(huì)出現(xiàn)“限光損失”(Clipping Losses)，可以全部利用，發(fā)電量可直接提升 20%，年等效利用小時(shí)數(shù)可由 1500 h 提高到 1800 h;而擴(kuò)裝僅限于直流部分，增加的投入只有全額投入的約 50%，大幅提高了項(xiàng)目收益。因此，提高容配比是提高光伏系統(tǒng)收益率、降低度電成本和早日實(shí)現(xiàn)“平價(jià)上網(wǎng)”的有效手段，是應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)和提倡的光伏系統(tǒng)創(chuàng)新技術(shù)。
提高光伏 -逆變器容配比還有一個(gè)好處，就是可以降低系統(tǒng)對(duì)光伏組件的故障和衰降率的敏感度。如果容配比按照 1:1 進(jìn)行配置，一旦光伏組件發(fā)生故障或異常衰降，發(fā)電量會(huì)立即減少;而在高容配比配置的情況下，少部分組件出現(xiàn)問題，對(duì)于發(fā)電量的影響不大，只是“限光損失”會(huì)少一些;并且，隨著運(yùn)行時(shí)間拉長(5 年、10 年、 20 年 )，高容配比更能適度抵消光伏組件衰降帶來的負(fù)面影響，從而保證系統(tǒng)持續(xù)滿功率發(fā)電。因此，適度提高光伏 -逆變器容配比是有百利而無一害的光伏系統(tǒng)創(chuàng)新手段，應(yīng)當(dāng)大力提倡，而不是壓制打擊。
5國內(nèi)限制光伏—逆變器容配比的原因
國內(nèi)目前部分省區(qū)出現(xiàn)“嚴(yán)查光伏—逆變器容配比”、不允許光伏擴(kuò)裝的情況，這將沉重打擊光伏系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新，阻礙光伏“平價(jià)上網(wǎng)”的步伐，是不可取的。之所以出現(xiàn)這種情況，原因在于 2012 年 GB 50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中 2.1.23 部分對(duì)安裝容量 (capacity of installation) 的定義：安裝容量為光伏發(fā)電站中安裝的光伏組件的標(biāo)稱功率之和，單位是峰瓦 (Wp)。因此，要想放開光伏 -逆變器容配比，首先必須修訂 GB 50797。
國際 IEC 的幾個(gè)光伏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中都提到PVIR。
1)IEC 62738《地面安裝的光伏電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中提出“PV power plants are often designed with high PVIR ratios to achieve lower installed cost of energy”，即，光伏電站通常設(shè)計(jì)成高PVIR，以獲得低的度電成本。
2)IEC TS 63019《光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行率的信息模型》中 3.13 提出“PVPS AC capacity：rated output of a PVPS, or alternatively,its contractually obligated ma designated conditions, commonly expressed inmegawatts (MW). PVPS ratings by aggregated module nameplate are also common”，即光伏發(fā)電系統(tǒng)(PVPS) 的交流容量定義：PVPS 的交流容量為光伏系統(tǒng)的額定輸出，或者說該容量為合同約定的最大功率，常用單位為 MW。將光伏組件功率之和作為光伏系統(tǒng)的額定功率也很常見。
由此可見，光伏—逆變器容配比已經(jīng)在國際上得到認(rèn)可，并且已經(jīng)定義在 IEC 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，我們應(yīng)當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)和定義與國際接軌，沒有理由限制光伏—逆變器的容配比。
6光伏 -逆變器容配比的設(shè)定
光伏 -逆變器容配比并非越高越好，開發(fā)商也不會(huì)隨意增加容配比，需要依據(jù)最低度電成本進(jìn)行優(yōu)化，涉及到當(dāng)?shù)靥柲苜Y源、環(huán)境溫度、土地成本、組件和其他直流設(shè)備的價(jià)格、限光損失 ( 注意是“限光損失”Clipping Losses or Constrained Operation，不是“棄光”Curtailment)與收益平衡等，不同太陽能資源條件、不同設(shè)備成本、不同土地成本的最優(yōu)容配比都是不同的。而且，通過實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)證明，并不是完全沒有限光損失的項(xiàng)目度電成本最低，而是具有一定限光損失的項(xiàng)目度電成本最低、項(xiàng)目收益最好 ( 見下文案例 2)。 最優(yōu)光伏 -逆變器容配比并不是一個(gè)確定的數(shù)值，而是必須根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化。所以，也不應(yīng)該規(guī)定容配比的比例，而應(yīng)放開容配比，給開發(fā)商和設(shè)計(jì)單位提供充分的創(chuàng)新和優(yōu)化空間。
7國際上的實(shí)際案例
1) 案例 1：美國的某并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，光伏—逆變器容配比設(shè)置為 1.4:1.0。如圖 1 所示，當(dāng)光強(qiáng)很強(qiáng)，逆變器達(dá)到額定功率時(shí)，即轉(zhuǎn)入“限功率運(yùn)行”狀態(tài)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)和逆變器造成損害;而且光伏發(fā)電曲線不再是波動(dòng)形狀，而是恒功率運(yùn)行，對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度更有好處。
2) 案例 2：光伏 -逆變器容配比需要針對(duì)不同地點(diǎn)、不同電價(jià)水平、不同土地成本等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并非是固定比例，因此需要“松綁”，而非限定一個(gè)固定比例，如圖 2 所示。
2 中，容配比設(shè)置為 1.2:1.0 時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的收益明顯得到提升，但并未達(dá)到最佳;容配比設(shè)置為 1.6:1.0 時(shí)，雖然出現(xiàn)了一段時(shí)間的限功率運(yùn)行，但收益卻是最高的。
8具體建議意見
陽光電源進(jìn)入國際市場比較早，是最先了解到國際上普遍采用適度提高光伏 -逆變器容配比的方法來提高系統(tǒng)收益的國內(nèi)公司，曹仁賢董事長早在幾年前就大聲呼吁應(yīng)將光伏電站的裝機(jī)容量定義在交流側(cè)，并不應(yīng)限制光伏組件擴(kuò)裝，但一直未能如愿。我在此再次響應(yīng)曹總的呼吁，強(qiáng)烈建議盡快修訂相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)烈呼吁各級(jí)政府部門和電網(wǎng)公司為光伏 -逆變器容配比松綁。
具體建議意見如下：
1) 并網(wǎng)光伏電站和系統(tǒng)的裝機(jī)容量按照交流發(fā)電單元的額定功率 ( 即逆變器額定功率之和 )備案，同時(shí)登記直流側(cè)額定功率 ( 即光伏組件額定功率之和 )。國際上目前也是對(duì)光伏電站的交流功率和直流功率分別進(jìn)行標(biāo)注。
2) 電網(wǎng)公司按照交流額定功率對(duì)并網(wǎng)光伏電站和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)進(jìn)行管理 ( 同其他發(fā)電方式的管理模式保持一致 )。
3) 要求并網(wǎng)逆變器具備達(dá)到額定功率后自動(dòng)轉(zhuǎn)入限功率運(yùn)行的功能，所有并網(wǎng)逆變器需要通過此項(xiàng)功能的測試。
4) 對(duì)于光伏—逆變器容配比不作限制，也不作規(guī)定，留給開發(fā)商自行進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
5) 既然對(duì)于直流側(cè)功率不作限制，直流功率不作為項(xiàng)目的備案容量，僅作為登記容量，那么對(duì)于雙面電池功率的界定就可以靈活很多，因?yàn)殡p面光伏組件可以看作是自然擴(kuò)裝。
適度提高光伏 -逆變器容配比 ( 國際上稱之為光伏 -逆變器功率比，PVIR)，是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)重要的技術(shù)創(chuàng)新。光伏 -逆變器容配比普遍被光伏行業(yè)接受是在 2012 年之后，以美國 First Solar 為代表，該公司電站的容配比一般都選在 1.4:1.0 或更高。提高光伏 -逆變器的容配比后，如何定義并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量顯得十分重要。本文將給出國內(nèi)外對(duì)于光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量的定義，并對(duì)放開光伏 -逆變器容配比的理由和必要性進(jìn)行論述。
1提高光伏 -逆變器容配比的必要性
由于我國大部分地區(qū)、全年大部分時(shí)間的太陽輻照度都很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)條件，即 1 kW/m2，再加上從光伏組件到逆變器的效率損失通常約為85%，如果按照過去的慣例，光伏 -逆變器容配比按 1:1 進(jìn)行配置，那么交流設(shè)備 ( 包括逆變器 ) 就會(huì)有很大比例的功率閑置。筆者在格爾木 ( 屬于強(qiáng)Ⅰ類資源區(qū)，有時(shí)輻照度甚至超過 1 kW/ m2) 曾調(diào)出一個(gè)光伏電站逆變器全年的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn) 500 kW 的逆變器最大輸出功率僅有 470 kW，而且當(dāng)時(shí)的輻照度已經(jīng)超過 1 kW/m2。那么在Ⅱ類、Ⅲ類資源區(qū)，交流設(shè)備功率閑置問題將更為嚴(yán)重。
為了提高逆變器及后段交流設(shè)備的利用率，使系統(tǒng)具有更為優(yōu)化的配置，2012 年之后，國際上普遍采用提高光伏 -逆變器容配比來實(shí)現(xiàn)。
2 以交流額定功率來定義光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量更為科學(xué)合理
所有其他發(fā)電方式，如火電、水電、核電、風(fēng)力發(fā)電，甚至包括熱發(fā)電，都是按照交流發(fā)電單元的額定功率定義其裝機(jī)容量;所以，若將光伏系統(tǒng)的交流額定功率定義為裝機(jī)容量，可使并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量定義和管理方式與其他發(fā)電方式相一致。而且，目前電網(wǎng)公司對(duì)于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)特性的要求和控制也僅限于交流并網(wǎng)點(diǎn)，并沒有管理到直流側(cè)，將并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量定義在交流側(cè)，既使電網(wǎng)公司在管理方式上保持了一致性，在技術(shù)上也是合理的。
3提高光伏 -逆變器容配比的安全性
適度提高光伏 -逆變器容配比并不影響電網(wǎng)和設(shè)備的安全性，系統(tǒng)也不會(huì)因超功率運(yùn)行而受到損害。IEC 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)規(guī)定，在高功率比情況下，當(dāng)輻照度較強(qiáng)、逆變器達(dá)到額定功率后，即達(dá)到飽和狀態(tài) (inverter being saturated)，必須轉(zhuǎn)入限功率運(yùn)行 (constrained operation)，這在 IEC 61724-2、IEC 61724-3 和 IEC 62738 中有詳細(xì)描述。因此，提高光伏 -逆變器容配比不會(huì)影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行，也不會(huì)對(duì)電網(wǎng)和逆變器造成損害。
4提高光伏—逆變器容配比的優(yōu)勢
在我國大部分地區(qū)，光伏 -逆變器容配比可以按照 1.2：1.0 配置，這樣超裝的光伏功率幾乎不會(huì)出現(xiàn)“限光損失”(Clipping Losses)，可以全部利用，發(fā)電量可直接提升 20%，年等效利用小時(shí)數(shù)可由 1500 h 提高到 1800 h;而擴(kuò)裝僅限于直流部分，增加的投入只有全額投入的約 50%，大幅提高了項(xiàng)目收益。因此，提高容配比是提高光伏系統(tǒng)收益率、降低度電成本和早日實(shí)現(xiàn)“平價(jià)上網(wǎng)”的有效手段，是應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)和提倡的光伏系統(tǒng)創(chuàng)新技術(shù)。
提高光伏 -逆變器容配比還有一個(gè)好處，就是可以降低系統(tǒng)對(duì)光伏組件的故障和衰降率的敏感度。如果容配比按照 1:1 進(jìn)行配置，一旦光伏組件發(fā)生故障或異常衰降，發(fā)電量會(huì)立即減少;而在高容配比配置的情況下，少部分組件出現(xiàn)問題，對(duì)于發(fā)電量的影響不大，只是“限光損失”會(huì)少一些;并且，隨著運(yùn)行時(shí)間拉長(5 年、10 年、 20 年 )，高容配比更能適度抵消光伏組件衰降帶來的負(fù)面影響，從而保證系統(tǒng)持續(xù)滿功率發(fā)電。因此，適度提高光伏 -逆變器容配比是有百利而無一害的光伏系統(tǒng)創(chuàng)新手段，應(yīng)當(dāng)大力提倡，而不是壓制打擊。
5國內(nèi)限制光伏—逆變器容配比的原因
國內(nèi)目前部分省區(qū)出現(xiàn)“嚴(yán)查光伏—逆變器容配比”、不允許光伏擴(kuò)裝的情況，這將沉重打擊光伏系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新，阻礙光伏“平價(jià)上網(wǎng)”的步伐，是不可取的。之所以出現(xiàn)這種情況，原因在于 2012 年 GB 50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中 2.1.23 部分對(duì)安裝容量 (capacity of installation) 的定義：安裝容量為光伏發(fā)電站中安裝的光伏組件的標(biāo)稱功率之和，單位是峰瓦 (Wp)。因此，要想放開光伏 -逆變器容配比，首先必須修訂 GB 50797。
國際 IEC 的幾個(gè)光伏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中都提到PVIR。
1)IEC 62738《地面安裝的光伏電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中提出“PV power plants are often designed with high PVIR ratios to achieve lower installed cost of energy”，即，光伏電站通常設(shè)計(jì)成高PVIR，以獲得低的度電成本。
2)IEC TS 63019《光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行率的信息模型》中 3.13 提出“PVPS AC capacity：rated output of a PVPS, or alternatively,its contractually obligated ma designated conditions, commonly expressed inmegawatts (MW). PVPS ratings by aggregated module nameplate are also common”，即光伏發(fā)電系統(tǒng)(PVPS) 的交流容量定義：PVPS 的交流容量為光伏系統(tǒng)的額定輸出，或者說該容量為合同約定的最大功率，常用單位為 MW。將光伏組件功率之和作為光伏系統(tǒng)的額定功率也很常見。
由此可見，光伏—逆變器容配比已經(jīng)在國際上得到認(rèn)可，并且已經(jīng)定義在 IEC 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，我們應(yīng)當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)和定義與國際接軌，沒有理由限制光伏—逆變器的容配比。
6光伏 -逆變器容配比的設(shè)定
光伏 -逆變器容配比并非越高越好，開發(fā)商也不會(huì)隨意增加容配比，需要依據(jù)最低度電成本進(jìn)行優(yōu)化，涉及到當(dāng)?shù)靥柲苜Y源、環(huán)境溫度、土地成本、組件和其他直流設(shè)備的價(jià)格、限光損失 ( 注意是“限光損失”Clipping Losses or Constrained Operation，不是“棄光”Curtailment)與收益平衡等，不同太陽能資源條件、不同設(shè)備成本、不同土地成本的最優(yōu)容配比都是不同的。而且，通過實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)證明，并不是完全沒有限光損失的項(xiàng)目度電成本最低，而是具有一定限光損失的項(xiàng)目度電成本最低、項(xiàng)目收益最好 ( 見下文案例 2)。 最優(yōu)光伏 -逆變器容配比并不是一個(gè)確定的數(shù)值，而是必須根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化。所以，也不應(yīng)該規(guī)定容配比的比例，而應(yīng)放開容配比，給開發(fā)商和設(shè)計(jì)單位提供充分的創(chuàng)新和優(yōu)化空間。
7國際上的實(shí)際案例
1) 案例 1：美國的某并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，光伏—逆變器容配比設(shè)置為 1.4:1.0。如圖 1 所示，當(dāng)光強(qiáng)很強(qiáng)，逆變器達(dá)到額定功率時(shí)，即轉(zhuǎn)入“限功率運(yùn)行”狀態(tài)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)和逆變器造成損害;而且光伏發(fā)電曲線不再是波動(dòng)形狀，而是恒功率運(yùn)行，對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度更有好處。
2) 案例 2：光伏 -逆變器容配比需要針對(duì)不同地點(diǎn)、不同電價(jià)水平、不同土地成本等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并非是固定比例，因此需要“松綁”，而非限定一個(gè)固定比例，如圖 2 所示。
2 中，容配比設(shè)置為 1.2:1.0 時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的收益明顯得到提升，但并未達(dá)到最佳;容配比設(shè)置為 1.6:1.0 時(shí)，雖然出現(xiàn)了一段時(shí)間的限功率運(yùn)行，但收益卻是最高的。
8具體建議意見
陽光電源進(jìn)入國際市場比較早，是最先了解到國際上普遍采用適度提高光伏 -逆變器容配比的方法來提高系統(tǒng)收益的國內(nèi)公司，曹仁賢董事長早在幾年前就大聲呼吁應(yīng)將光伏電站的裝機(jī)容量定義在交流側(cè)，并不應(yīng)限制光伏組件擴(kuò)裝，但一直未能如愿。我在此再次響應(yīng)曹總的呼吁，強(qiáng)烈建議盡快修訂相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)烈呼吁各級(jí)政府部門和電網(wǎng)公司為光伏 -逆變器容配比松綁。
具體建議意見如下：
1) 并網(wǎng)光伏電站和系統(tǒng)的裝機(jī)容量按照交流發(fā)電單元的額定功率 ( 即逆變器額定功率之和 )備案，同時(shí)登記直流側(cè)額定功率 ( 即光伏組件額定功率之和 )。國際上目前也是對(duì)光伏電站的交流功率和直流功率分別進(jìn)行標(biāo)注。
2) 電網(wǎng)公司按照交流額定功率對(duì)并網(wǎng)光伏電站和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)進(jìn)行管理 ( 同其他發(fā)電方式的管理模式保持一致 )。
3) 要求并網(wǎng)逆變器具備達(dá)到額定功率后自動(dòng)轉(zhuǎn)入限功率運(yùn)行的功能，所有并網(wǎng)逆變器需要通過此項(xiàng)功能的測試。
4) 對(duì)于光伏—逆變器容配比不作限制，也不作規(guī)定，留給開發(fā)商自行進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
5) 既然對(duì)于直流側(cè)功率不作限制，直流功率不作為項(xiàng)目的備案容量，僅作為登記容量，那么對(duì)于雙面電池功率的界定就可以靈活很多，因?yàn)殡p面光伏組件可以看作是自然擴(kuò)裝。
