都在說的元件超配，看這一篇文章就夠了

隨著光伏行業的迅速發展，在光伏電站系統設計（尤其在大型工商業光伏電站和地面電站）中，如何降低系統投資成本，提升投資收益，成為光伏電站系統設計和最佳化的主要目標之一。其中關於元件容量和逆變器容量的配比（容配比）和應用也越來越受到“光伏人”的關注。小固將從系統設計和投資收益的角度對元件超配進行詳細的介紹。

一、什麼是超配？

首先，光伏系統的容量是按照交流測併網功率來定義的。在光伏應用早期，系統一般按照1：1容配比設計。然而，按照系統平均度電成本（LCOE）最低來衡量，最優的容配比應大於1：1。也就是元件的容量超過了光伏逆變器容量，也就是我們所說的元件超配。

在進行超配設計時，站在系統的角度和站在逆變器本身的角度理解會有所不同：

基於系統：在專案設計時，在考慮到系統損失（例如：光照不足，線損，逆變器效率等）的情況下，透過元件的超配來擬補系統損失；

基於逆變器：考慮機器本身的硬體，機器逆變效率，逆變器本身效能等情況，基於逆變器本身的輸出能力，設定的一定比例的直流端超配。

擴充套件：目前，國內外逆變器生產商往往會宣稱逆變器超配能力，例如130%，或者更高。在海外某些地區，例如澳大利亞，也有相關法規對系統最高容配比有所限制。

二、系統超配出發點和實現方法

1、系統超配與系統效益

超配的原因：

在光伏系統中應用中會存線上路損耗等問題，不可避免的會影響光伏系統總體輸出能力，進而降低了系統收益。適當的超配能夠有效提高電站系統整體收益，並已為電站業主所接受並廣泛應用。影響系統整體效率的因素有以下方面：

元件衰減

元件的衰減是不可避免的，即使在包裝內未見光時，同樣會有衰減，只是在未見光時衰減非常慢，一旦投入使用接受陽光照射，元件的衰減速度會急劇加快，在衰減到一定程度時趨於穩定。見下圖，元件衰減模擬曲線。

系統損耗

此處所說的系統損耗不包括逆變器後AC側變壓器及線路損耗部分

在光伏系統實際應用中，存在一系列影響整個系統發電效率的因素，如光照不足，元件失配，線路損耗等。具體如下：

由上表可以看出，在僅考慮系統損耗的情況下，合理的容配比應該在1。1：1左右。

光照不足等

光照是光伏發電的基礎。不同地區，不同緯度，不同地形，不同的氣候環境下，光照條件差異很大。以下成都和西寧地區常年光照條件的對比可見，兩個地區由於地形條件，氣候條件的差異，月/年光照情況差異非常之大。

成都年太陽輻射分佈

西寧年太陽輻射分佈

其他因素

影響光伏系統效率的因素很多，例如環境溫溼度，系統故障以及其他包括人為因素等。

2、實現系統超配的主要方式

從以上影響光伏系統發電效率的因素可以很明顯看出，傳統1：1容配比設計情況下，光伏系統最高發電功率是低於其裝機容量的，而透過一定比例元件超配可以擬補這部分的容量損失。元件超配一般分為補償超配和主動超配：

補償超配：

由於在系統應用中存在一些不可避免的損耗，透過增加元件的容量，提升容配比來擬補這部分系統損耗，從而使逆變器在實際使用過程中可以達到滿載輸出的效果。這種超配方案設計就是補償超配的設計思路。

Pn = 逆變器額定輸出功率

主動超配：

在綜合考慮系統損耗和投資成本各項因素（包括元件價格，併網電價補償，安裝成本，公共電網電價等）之後，在特定年限內，透過主動延長逆變器滿載工作時間，在增加的元件投入成本和系統發電收益之間尋找平衡點，實現LCOE最小，這就是光伏系統主動超配方案設計思路。

通常，容配比和LCOE的關如下圖所示：

三、系統超配比例的選擇

在電站設計時如何讓選擇最優的元件超配比例，即最優容配比主要是由電站所處位置的光照條件決定的，並非越大越好。同時還要考慮投資成本運維成本等綜合條件，以達到LCOE最低的效果。

1、選擇系統超配比例是需考慮的點

首先，需要了解系統平均化度電成本（Levelized Cost Of Electricity， LCOE）的計算模型，如下：

提高元件超配比例，在系統發電收益增加他的同時，系統建設成本，運維成本，資產折舊（包括元件衰減等）等成本都在隨之增加。最優的容配比是能夠在增加的投入成本和系統發電收益之間尋找平衡點。

其中建設成本包含：

元件投入成本，安裝成本，元件支架，基建成本等。

各地區需根據各自情況具體核算。

系統發電量：由於影響發電量的因素比較複雜，建議可以透過PVSyst、PVSol等系統設計軟體進行發電量模擬。

除此之外，還需要綜合考慮以下方面的條件。

2、逆變器超配能力和過載能力

在討論逆變器的超配能力和過載能力之前，這裡先說一下市場上元件超配的設計中在選擇逆變器是可能存在的一個誤區：

有些專案設計人員在選擇逆變器時，往往只關注逆變器宣稱的直流端的超配能力（超配比例）而忽略了逆變器交流段的過載能力（交流端輸出能力）。然而這種忽略機器輸出能力的超配，對於整個光伏系統來說，很難達到最優容配比，造成元件容量不足或者浪費。

逆變器超配能力：

目前市場上對系統超配的應用越來越普遍，很多逆變器廠家會宣稱的逆變器超配能力可以達到130% 甚至更高，有些廠家甚至宣稱150%-170%。

這裡簡單說一下元件超配比例相關問題。

首先：理論上來說，逆變器的超配能力應該根據逆變器端子個數、MPPT路數、以及最大直流電壓來確定的，而不是簡單的功率比例。只需組串的最大開路電壓，同一MPPT中所有組串的最大直流電流保證在機器承受範圍之內，機器都是可以併網工作的。

以固德威GW15KN-DT機器(超配能力130%)和隆基LR6-72 335W元件為例：

按照最大輸入電壓計算

逆變器每串輸入可接入最多1000V/46。3V=21pcs

逆變器可接入元件數量總數為：21*3=63 pcs， 元件總功率為：63*335W=21105W

容配比為：21105W/15000W=1。4：1， 比機器宣稱的超配能力要高。

那為什麼機器本身宣稱的超配能力只有30%？ 這裡涉及到另外一個問題：機器效能和壽命。

按照固定最大電壓計算得出的結果只是機器本身硬體支援的最大接入功率，然而超配比例越高，機器滿載工作的時間越長。在長時間滿載執行環境下，機器內部的溫度提升會超出預計，尤其在高溫天氣會散熱不良的環境下，由此可能導致一下問題：

A。 機器過溫降載

B。 機器內部元器件老化加速（下圖）

因此，從較長時間考慮的話，元件超配比例過高會整個系統的發電效益。

由此可以看出，逆變器直流端的超配能力應該是在溫升測試，老化測試以及壽命測試的基礎上給出的一個不影響機器正常使用壽命的比例值。

注：有些地區，對逆變器的超配比例有所要求。例如澳洲CEC要求系統超配不得超過33%。

逆變器過載能力：

逆變器的過載能力指的是逆變器最大輸出功率持續大於其額定輸出功率的能力。例如固德威GW50K-MT機型，其額定功率50KW，最大輸出功率（持續輸出）是55KW，過載能力110%。

在設計元件超配比例的時候，在考慮光照條件，系統損耗以及逆變器超配能力之後，實際應考慮將機器的過載能力，以機器持續最大輸出能力為基礎進行設計。

另外，逆變器的過載能力可以有效降低棄光率和機器超負荷工作時間，擴充套件元件超配比例（下圖）

從圖上可見，逆變器的過載能力越強，陽光充足時，系統捨棄的功率越低，系統發電量越高。同時機器超負荷執行的時間越短。

總結

在光伏系統設計和應用中，尤其工商業專案和地面電站專案，元件超配已經得到越來越廣泛的應用。合理的元件超配設計可以增加系統收益，降低系統平均度電成本，實現整體效益的最大化。如何設計光伏系統的容配比，需要綜合考慮各種因素，更需要對元件，逆變器等關鍵組成的效能和引數有更加深入清晰的認識。小固在此，願和所有“光伏人”一起探討，不斷提升光伏系統的使用效率。

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