大型光伏電站中光伏組件容量與變壓器最佳配比之淺談

姜亮亮

摘要：由于光伏出力有限，勢必會造成變壓器的浪費，給接入送出產生壓力，本文將通過對新疆哈密輻射量的研究，推算出光伏電場的出力曲線，通過分析得出光伏電站變壓器的合理配置比。

關鍵詞：大型光伏電站光伏組件 分析

Abstract:due to the limited output of photovoltaic, will inevitably lead to wastage of transformers, to access out of the stress, this article through a study of Hami, Xinjiang, radiation, extrapolating photovoltaic electric power curve, rational distribution than through analysis of PV power station transformers.

Keywords: analysis of large photovoltaic power plant photovoltaic modules

[中圖分類號] TM 74 [文獻標識碼]A[文章編號]

伴隨國家能源結構的調整，光伏發電等新能源成為燃料能源的替代品?，F在哈密所建電站中光伏容量與變壓器容量用1:1配置。

1、哈密輻射量分析

根據四季更次規律，夏至日附近幾天日照時間最長，輻射量最大，冬至日附近幾天日照時間最短，輻射量最小，通過哈密氣象局提供的2009年數據比較，得出2009年7月22日輻射量最大，12月22最小。下面首先分析輻射量的日變化曲線：

輻照強度指在單位時間內 , 垂直投射在地球某一單位面積上的太陽輻射能量。 從物理意義上來說 , 太陽的輻照是導致光伏電池產生伏特效應的直接影響影響因素 ,

輻照強度的大小直接影響光伏電池出力的大小。圖1為哈密某光伏電站實測輻照強度與光伏電站實際有功功率的散點圖 , 可見輻照強度與光伏電站的出力成正比關系 。圖2為某知名廠家提供的電池組件的V/A特性圖，根據圖上數據。光伏組件的輸出功率除了與輻射強度有關外，還與組件溫度有關。

圖1 哈密某光伏電站實測輻照強度與光伏電站實際輸出功率的散點圖

圖2某知名廠電池組件的V/A特性圖

伴隨著光伏組件價格的下降，一大批大型光伏電站開工建設，新疆哈密成為光伏電場的熱土。充分考慮電網的接納能力及國家對光伏的一些鼓勵政策。就目前而言，哈密接入資源有限。合理的配置主變對于光伏電站的接入和送出尤為重要。本文主要從哈密石城子實測輻射量來預測光伏電站的出力曲線，最終確定光伏電站與主變容量的最佳比。進一步推出石城子光伏匯集站最大接入光伏電站的總容量。

表1 固定式光伏電池陣列在各不同角度所接受到的太陽輻射量。單位：MJ/㎡.d

年均輻射量 2138.5 2140.3 2141.7 2143 2144 2143.63 2142.99 2142.01 2139.2

圖37月22日哈密某30MWp光伏電場出力曲線圖

圖412月22日哈密某30MWp光伏電場出力曲線圖

圖5各典型日哈密某30MWp光伏電場出力曲線圖

2、光伏組件實際功率分析

由上圖可研看出30MWp的光伏電場最大實際功率接近28000kW。在一天里曲線呈拋物線形狀。功率最高點出現在中午1點鐘左右。出力曲線與橫軸構成的面積為這一天的發電量。

7月22日是發電量最高的一天，所以以7月22日的出力曲線作為本文理論發電量的基準。

光伏組件的出力與光照強度有關外，還與電池的溫度有關。溫度降低則光伏電池兩端的電壓升高，電流減小，功率相應增加。溫度升高高則光伏電池兩端的電壓將低，電流增大，功率相應減小。最大功率點出現在中午13點左右，相應這個時間段是一天中溫度最高的時間段。所以最大出力還會下降一點。由于下降量很小，可不計。

逆變器是光伏電場中將光伏電池產生的直流電轉換為交流的裝置。逆變器作為光伏發電系統中將直流電轉換為交流電的關鍵設備之一，其選型對于發電系統的轉換效率和可靠性具有重要作用。轉換效率及最大功率點跟蹤對光伏電場的效益有著至關重要的作用。下圖是某知名廠家提供的的效率曲線。

圖5逆變器的效率曲線圖

根據上述曲線當輸出功率達到額定功率50%時，轉換效率最高，高達98.7%。電池板的實際容量為逆變器容量的40%以上時，逆變器效率最高。按照光伏電池92%的容量。逆變器與光伏電池容量比配比為1：1.08。

最高處理點在13時左右，最大功率為18442.8kW。與1000kw/㎡的光照下額定容量為30456MWp相比。達到峰值30456kwp的92%。從午前9時至午后4時。有圖可知從10點到午后3電功率達到額定功率的80%。

光伏電場占地面積大，直流側電壓低，電流大，導線有一定的損耗，此處損耗值取

2%；大量的太陽能電池板之間存在一定的特性差異，不一致性損失系數取3%；考慮太陽能電池板表面即使清理仍存在一定的積灰，遮擋損失系數取3%；光伏并網逆變器的效率（無隔離變壓器，歐洲效率）約為98.7%，考慮到夜間損耗按98%考慮；干式變壓器的效率達到98%；早晚不可利用太陽能輻射損失系數3%；光伏電池的溫度影響系數按1%考慮。系統效率為：98%×97%×97%×96%×98%×98%×97%×99%=81.64%綜上所述達到額定功率的0.92×0.8164=0.76所以30456kW的光伏電站，最大出力只有23146KW。對應所占主變壓器容量23146KVA。所以30456MWp對應的變壓器容量選擇24000KVA可滿足變電要求。光伏電池容量與變壓器的比值為23146/30456=1/1.32。同理對應哈密石城子220KV光伏匯集站裝機3*150MVA的變電站可裝機光伏電站592MWP。哈密石城子光伏已建及規劃的共有500MW，所以石城子220kv變電站還可接入92MW的光伏電站。

3、溫度對光伏電場輸出功率的影響

上文已經提到光伏電池的輸出功率除了光照強度有關外，還與溫度有關。根據哈密氣象站提供的數據，哈密石城子的為-33°C到45°C。只有溫度降低才會引起功率的升高，所以只需校驗-33°C時增加的功率。根據上述廠家提供的資料可知溫度系數為-0.43%/°C。所以按裝機592MWp計算增加的Pmax=P+△P?！鱌 =-33°C×592MWp×-0.43%/°C=84.0048MWp。

Pmax=P+△P=592+84.0048=676 MWp。雖然額定功率高達676 MWp，但最冷的時間出現在冬季，冬季光照強度低，實際出力達不到額定功率的60%，按60%計算：Ps=676 MWp ×60%=405.6 MWp。因此592 MWp的最大出力仍為500 MWp。

4、結論

宗上所述，變壓器與光伏電池容量比為1/1.32時為最佳配比。確定了最佳配比可以緩解一部分接入和送出問題，也為業主減少了投資。為光伏電場的統籌規劃提供參考。

參考文獻：

[1] 楊金煥，于化從，葛亮.太陽能光伏發電應用技術[D].北京：電子工業出版社，2009.

[2] 蔣立.基于Z源的單相光伏并網系統的研究[D].南京：東南大學，2009.

[3] 趙爭鳴，劉建政，孫曉瑛，袁立強.太陽能光伏發電及其應用[M].北京：科學出版社，2006.

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。