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光伏电站选型设计两个经济平衡点
2019-11-07

  光伏前期项目开发完成后,开始进入设计和实施阶段。随着国家政策的变化,中大型地面电站补贴逐渐减少,将进入平价上网或者低价上网阶段,光伏系统的设计,对成本的控制要求更高。目前光伏系统对成本和效率的控制有两种路线,一是高效组件路线,采用大功率组件,减少支架和人工的费用;二是组件超配路线,提高组件和逆变器的比例,让逆变器尽量满功率输出,减少逆变器及交流电缆、配电柜、升压变的费用。两种方案各有优势,但都不是绝对的,需要综合考虑,精心计算,找到一个经济平衡点。



  1、高效组件路线

  相同功率的组件,如果其它条件一样,发电量也差不多。但如果同样的面积安装相同数量的组件,使用低效的250W还是高效的320W,系统中的支架、基础、电缆、人工等初始成本都是相同的,所以高效组件均摊的单瓦投资会低于低效组件。除了初始成本以外,高效组件还可以降低土地成本。

  而随着电池效率提升,对于材料品质、性能,设备精度和工艺的要求都大幅提升,这必然会增加制造的成本。所以高效组件的价格要比常规组件的高。为明确高效组件技术对度电成本的影响,我们对功率增益与组件成本变动对度电成本的影响做敏感性测算。测算中假设基础初始投资(常规技术)5元/W,利用小时数 1200h。测算显示,组件功率每增加5W,组件成本容忍度提升 0.03 元/W。

  高效组件技术的降本逻辑:测算显示,60 片组件的功率每提高 15W,彩钢瓦屋面、普通地面和水泥屋顶电站、山地电站、水面电站,跟踪支架电站等 BOS 成本分别可节省 0.05元/W、0.09 元/W、0.12元/W、0.135 元/W、0.15元/W。据此假设普通电站所用组件功率每增加5W,系统投资下降 0.03 元/W,以此叠加,则半片、MBB 等高效组件技术 5~20W 的 功率提升可使系统投资 下降 0.03~0.12 元/W。

  综上所述,彩钢瓦屋面、普通地面和水泥屋顶电站,如果常规格组件的价格比高效组件低0.1元左右,那么使用常规的组件初始成本要低一点,而在山地电站、水面电站,跟踪支架电站,支架占比较高,使用高效组件的优势就比较明显。所以并不是在所有情况下,使用高效组件都比使用常规组件投资收益高,追求高效并不是实现平价的唯一选择,要考虑支架成本和土地成本在系统中的比例,如何提高电站的单瓦发电能力、和组件寿命对降低成本也同样重要。



  2、组件超配路线

  光伏组件容量和逆变器容量比,习惯称为容配比。光伏应用早期,系统一般按照1:1的容配比设计。实践证明,以系统平均化度电成本(Levelized Cost Of Electricity, LCOE)最低为标准衡量系统最优,在各种光照条件、组件铺设倾斜角度等情况下,达到系统最优的容配比都大于1:1。也就是说,一定程度的提升光伏组件容量,有利于提升系统的整体经济效益,这就是组件超配。

  目前在分布式光伏和地面电站,很少有按1:1去容配比去设计了,绝大部分都实行了超配,但合理的容配比设计,需要结合具体项目的情况,综合考虑,主要影响因素包括辐照度、系统损耗、组件安装角度等方面。

  在超配的情况下,由于受到逆变器额定功率的影响,在组件实际功率高于逆变器额定功率的时段内,系统将以逆变器额定功率工作;在组件实际功率小于逆变器额定功率的时段内,系统将以组件实际功率工作。主动超配方案设计,系统会存在部分时间段内处于限发状态,这时候就会有电量损失。

  这个平衡点怎么去找,我们先以一个在二类光照地区10MW的电站为例,如果按1.4:1的比例去超配,要估算限发时间段的功率损失有多大,在二类地区,天气晴好的时候,光伏输出功率最高可达组件功率的80~90%,为了估算方便方便,取均值电站最高功率为11.9MW,由于逆变器的最大功率只有10MW,这时候就会有1.9MW的电量损失。



  如上图所示,在中午9:00到下午16:00,有7个小时的限发,经估算每天电量损失约5000度电,假如每年有100天这样的天气,这时每年损失的电量约有50万度电,如果每度电价是0.5元,一年的电费损失是25万元。逆变器按正常有超配应该配12MW,1.4超配可以节省2MW的逆变器和升压站等,按照目前的价格,2MW逆变器和汇流箱价格约为50万元,2MW升压站及其电缆配套设备约为100万元,超配节省的钱相当于6年的限额电费损失。

  因此,如果不综合考虑,超配太多,实际上也达不到降低系统平均化度电成本的初衷。逆变器的功能,早已超出最初的电流逆变功能,国内领先的逆变器企业,增设了电站技术研发部门,主要研究方向就是逆变器如何与其它零部件、电站、电网更好地融合,支撑电网。逆变器将从适应电网转到支撑电网,通过信息化、互联网+大数据的应用,优化系统运维方式,全方位、多渠道支撑电站精细化运维管理,最大限度提升电站发电量,降低运维成本。通过过量的超配降低逆变器的费用,是很不经济的行为。



  仅从逆变器的特性和减少超配损失出发,建议组件和逆变器配比如下:在一类光照地区,按1:1配置,在二类光照地区,按1.1:1配置,在三类平均日照时间3.5小时的光照地区,按1.2:1配置,在三类平均日照时间低于3小时的光照地区,按1.3:1配置。

  总结

  光伏度电成本下降包括两部分:降低BOS成本和提升25年总发电量,片面强调某一方面,必将损失另一方面,往往是得不偿失。在使用高效组件时,要考虑组件价差和支架之间的平衡;如果是组串超配,要计算电费损失和节省设备之间的平衡。



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