淺談“非主流”光伏技術(shù)（九）：組件和逆變器的搭配

前言：

在與很多設(shè)計院進行技術(shù)交流時發(fā)現(xiàn)，設(shè)計人員在逆變器和組件的匹配上還是略顯保守;有的直接按照廠家所謂的“超配”系數(shù)來設(shè)計組件串并聯(lián)。在筆者看來這樣的設(shè)計并不科學(xué)。本文就如何配置組件和逆變器展開討論。

1.組件的測試條件

我們在組件廠家提供的參數(shù)表中看到的260W/305W/310W/315W等都是STC下測得的數(shù)據(jù)。STC：是世界公認的地面光伏組件標準測試條件：

AM=1.5;1000W/㎡;25oC。

其中：

AM：指air-mass(大氣品質(zhì))，定義是：Path-length through the atmosphere relative to vertical thickness of the atmosphere，有一種解釋是：光線通過大氣的實際距離比上大氣的垂直厚度。AM1.5，即指光線通過大氣的實際距離為大氣垂直厚度的1.5倍。

這里需要著重闡述一下：

大氣質(zhì)量為零的狀態(tài)(AM=0)，指得是在地球外空間接收太陽光的情況，適用于人造衛(wèi)星和宇宙飛船等應(yīng)用場合。太陽光在其到達地球的平均距離處的自由空間中的輻射強度被定義為太陽能常數(shù)，取值為1367W/m2

大氣質(zhì)量為1的狀態(tài)(AM=1)，是指太陽光直接垂直照射到地球表面的情況，其入射光功率為925W/m2。相當于晴朗夏日在海平面上所承受的太陽光。這兩者的區(qū)別在于大氣對太陽光的衰減，主要包括臭氧層對紫外線的吸收、水蒸氣對紅外線的吸收以及大氣中塵埃和懸浮物的散射等。

AM和太陽能功率是反比關(guān)系，AM越大說明大氣中的塵埃、懸浮物、水汽越多，對太陽能量的吸收、散射、折射越多。霧霾天里AM的數(shù)值可能到4-5.

以上兩張圖不作贅述，不同天氣不同溫度，同樣一塊組件的實際輸出功率也是不一樣的。所以廠家的參數(shù)表里面同時也提供了NOCT這個數(shù)據(jù)。

(Nominal Operating Cell Temperature)太陽電池標稱工作溫度。NOCT同樣也給了設(shè)計人員一定的參考。

2.逆變器認識的一些誤區(qū)

一臺40kW的逆變器的參數(shù)手冊上說：最大直流輸入功率44kW，這是什么意思?是直流側(cè)的輸入不能超過44KW么?如果超過了會怎么樣?

對于第一個問題，這個最大的直流輸入功率為44KW，是指，逆變器的最大承受的直流功率為44KW，不能再超過這個值。在配置電池板的時候，可能考慮到電壓或者實際問題，在合理配置電池板。還有44KW是一般是指逆變器的輸出功率，因為逆變器有損耗，所以直流輸入功率會高點。當超過這個限值時，其實也沒什么關(guān)系，逆變器會降功率限值在44KW這個功率的，會對電池板有點浪費。再者就是逆變器會有直流電流過流保護。

上表是古瑞瓦特40KW組串式逆變器的參數(shù)表，40KVA指的是逆變器的視在功率或者也叫容量，因為并網(wǎng)逆變器的功率因數(shù)可以認為是1。所以是40KVA，如果假設(shè)功率因數(shù)是0.9。那么要這么表述：40KVA/36KW.

古瑞瓦特40KW組串式逆變器的輸出電壓是480V，這個電壓是美標電壓，一般寫成227/480V;跟我們國家230/400V是有一點區(qū)別的。為什么使用美標電壓，主要是為了減小電流，減少損耗，提升逆變器效率。這類逆變器只能用在帶升壓的光伏系統(tǒng)中，比如10/35KV并網(wǎng)。如果打算380V并網(wǎng)，那么就不能使用這款逆變器了。

要使用下圖中30KW、33KW這兩款機器，輸出電壓為230/400V。

其實這3款機器沒有結(jié)構(gòu)差異，可以說95%的元器件是一樣的，區(qū)別在于輸出電壓。大家可以發(fā)現(xiàn)，33KW和40KW逆變器輸出電流是一樣的50A

對于三相電氣設(shè)備，視在功率=

輸出電流*輸出電壓。

40KW逆變器：50*1.732*480=41.5KW

33KW逆變器：50*1.732*380=32.9KW

30KW逆變器：45.5*1.732*400=29.94KW

目前基本上所有的逆變器廠家都用“視在功率=

輸出電流*輸出電壓”這個公式定義逆變器的功率。但是也有一些廠家用逆變器能接入最大組件功率(STC環(huán)境)來定義逆變器容量，這樣有些不科學(xué)，會讓設(shè)計人員設(shè)計失誤。

3.組件匹配模型

逆變器如何搭配組件，筆者收集蘇州一個500KW的分布式電站的2015全年氣象站數(shù)據(jù)，收集要素為：時間(每分鐘掃描一次)風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度、組件溫度(背板溫度)、日照強度。如下表：

1月22日

根據(jù)截取的數(shù)據(jù)，1月22日最大的日照強度出現(xiàn)在12：30左右，背板溫度20度左右。這時260W組件的實時功率為170W左右。如果把40KW逆變器接滿組件，24塊組件一串×8路=192塊;此時逆變器最大的直流輸入功率為33KW。

2月22日

根據(jù)截取的數(shù)據(jù)，2月22日最大的日照強度出現(xiàn)在12：30左右，背板溫度10度左右。這時260W組件的實時功率為70W左右。如果把40KW逆變器接滿組件，24塊組件一串×8路=192塊;此時逆變器最大的直流輸入功率為13.44KW。

3月22日

根據(jù)截取的數(shù)據(jù)，3月22日最大的日照強度出現(xiàn)在12：30左右，背板溫度45-50度。這時260W組件的實時功率為182W左右。如果把40KW逆變器接滿組件，24塊組件一串×8路=192塊;此時逆變器最大的直流輸入功率為34.9KW。

4月22日

根據(jù)截取的數(shù)據(jù)，4月22日最大的日照強度出現(xiàn)在12：10左右，背板溫度50度。這時260W組件的實時功率為186W左右。如果把40KW逆變器接滿組件，24塊組件一串×8路=192塊;此時逆變器最大的直流輸入功率為35.7KW。

5月22日

根據(jù)截取的數(shù)據(jù)，5月22日最大的日照強度出現(xiàn)在12：25左右，背板溫度50度。這時260W組件的實時功率為186W左右。如果把40KW逆變器接滿組件，24塊組件一串×8路=192塊;此時逆變器最大的直流輸入功率為35.7KW。

6月22

根據(jù)截取的數(shù)據(jù)，6月22日陰雨天，功率和2月22日類似。

7月19日

根據(jù)截取的數(shù)據(jù)，7月19日最大的日照強度出現(xiàn)在12：00左右，背板溫度60度。這時260W組件的實時功率為188W左右。如果把40KW逆變器接滿組件，24塊組件一串×8路=192塊;此時逆變器最大的直流輸入功率為36.1KW。

8月22日：陰雨天，數(shù)據(jù)不具有參考性

9月22日

根據(jù)截取的數(shù)據(jù)，9月22日最大的日照強度出現(xiàn)在13：10左右，背板溫度25度。這時260W組件的實時功率為221W左右。如果把40KW逆變器接滿組件，24塊組件一串×8路=192塊;此時逆變器最大的直流輸入功率為42KW。

10月22日

根據(jù)截取的數(shù)據(jù)，10月22日最大的日照強度出現(xiàn)在12：00左右，背板溫度45-50度。這時260W組件的實時功率為161W左右。如果把40KW逆變器接滿組件，24塊組件一串×8路=192塊;此時逆變器最大的直流輸入功率為31KW。

11月22日

根據(jù)截取的數(shù)據(jù)，11月22日最大的日照強度出現(xiàn)在11：25左右，背板溫度15-20度。這時260W組件的實時功率為198W左右。如果把40KW逆變器接滿組件，24塊組件一串×8路=192塊;此時逆變器最大的直流輸入功率為38.4KW。

12月22日

根據(jù)截取的數(shù)據(jù)，12月22日最大的日照強度出現(xiàn)在13：15左右，背板溫度30-35度。這時260W組件的實時功率為135W左右。如果把40KW逆變器接滿組件，24塊組件一串×8路=192塊;此時逆變器最大的直流輸入功率為25.92KW。

在數(shù)據(jù)分析的過程中，筆者使用了Pvsyst軟件中的Tools工具。該工具收錄了全球市場上一線廠家所有功率段的組件和逆變器。是目前設(shè)計光伏電站最好的輔助軟件。

綜上所述，逆變器接入192塊260W組件，最大功率出現(xiàn)在9月份功率為42KW;極小值為13.44KW(不具有參考性);其他月份隨著輻照變化和溫度變化，最大功率出現(xiàn)基本上穩(wěn)定在35KW左右。

筆者接觸了很多設(shè)計院，設(shè)計師在匹配組件和40KW逆變器時往往只使用8路中的7路，即一臺40KW的逆變器只接入7路組串，空一路。筆者認為這樣的設(shè)計有些保守。所以本文內(nèi)容提供了一種匹配逆變器的設(shè)計方法，這種方法可以精確匹配逆變器，同時也需要設(shè)計單位收集近幾年的項目地點的太陽能輻照度數(shù)據(jù)。