在光伏系統建設中，設計工程師將光伏組件的總容量配得比逆變器容量大一些，這種情況被稱為超配。影響超配的因素有哪些？超配對光伏電站設備安全是否有影響，該如何設計超配比？
在北極星太陽能光伏網主辦的“第三屆光伏電站質量高峰論壇”上，海潤光伏目開發總監于霄童以甘肅白銀某項目為例對此作了詳細分析。
討論為什么研究超配比之前，先看一下國內光伏電站的標稱方式。我們一般用光伏組件的最大功率來標稱電站，即多少兆瓦，這是指峰值功率。光伏組件峰值功率的測定是有前提條件的，就是在標準的測試條件下，AM1.5，1000瓦每平方米的太陽輻照率，這時光伏的輸出功率才是標定光伏電站的功率。
影響標稱功率有三個因素：大氣質量、電池溫度、太陽輻照強度。
大氣質量和電池溫度影響因素比較多，很難做定量的標定。
從光伏組件標稱功率的標準來看，太陽的輻照強度基本要滿足1000瓦每平方米，出現功率最大輸出的可能性是比較大的。
為什么要研究光伏和逆變器的配比？原因是，通過光配比可以提高項目的投資收益，有利于電網的調度。包括政府機關、政府部門對國內光伏電站建設的總體數據統計目前都是采用直流標稱功率，在交流側這個信息是缺失的。因此在電網調度時，對光伏電站實際的出力數據落差范圍比較大。而在項目建設和交易過程中，各相關方在光伏和逆變器配比方面是有很多異議的，這也會影響到整個項目推進的效率。
我們以甘肅省白銀市的某個項目作為案例來研究太陽輻照度。甘肅白銀是屬于二類資源地區，但是實際太陽輻照度比較好，能接近一類地區的太陽輻照，光照傾角是30度。
從PVSYST模擬計算出來的輻照度可以看出在太陽輻照度上達到1000瓦每平方米以上，1月和12月沒有，2月份到11月份是有機會達到1000瓦每平方米以上。
這就會帶來一些問題：
首先，我們在標稱光伏電站功率的時候用的是理想狀態下的標稱數據，實際狀態和它偏差是很大的。
其次，太陽輻照度是隨時間波動，而光伏組件在高功率的下工作的時間段也是隨時間波動的，而且時間段是非常少的。
再次，直流側損耗。假設太陽輻照度非常強，即使超過1000瓦每平方米，但是在直流側有損耗，實際能達到逆變器這一端的直流功率也是達不到標稱功率的。
此外，溫度影響。溫度影響對于整個光伏實際的影響是非常大的，我們現在研究的是在高功率情況下的光伏組件的輸出。在這種情況下，一般溫度都會比較高，由于溫度比較高可能對于整個光伏組件前端直流系統效率的影響能達到10%以上。
重要的是，太陽能電池的轉化效率實際上是逐年衰減的，這樣的話所謂的超配比也是每年逐漸下降。
以上原因會導致電站實際輸出與標稱存在差異，且輸出功率逐年降低。
這個圖就是實際輸出的情況，在630千瓦的逆變器上面接入690千瓦的光伏直流組件，也就是說超配比接近10%。可以看到，即使在超配了10%的情況下實測數據也沒有達到逆變器最大直流輸出功率690千瓦，也就是說研究優化配比是可行的。
超配對設備壽命是不是有影響？這也是我們非常關心的問題。
目前市場的主流逆變器產品，都是可以滿足超額運行的，但是這個前提是在一定的溫度條件下。
第二個就是根據光伏的輸出特性，光伏的IV曲線是連續可調的，通過逆變器的MPPT功能，對逆變器來說不存在過流的安全隱患。
在高配比的情況下，即便超過了逆變器可以輸入的最大功率，但因為它的時間非常短，對逆變器的影響幾乎是不存在的。所以我們認為超配對于整個電站的設備的安全來說沒有什么問題。
如何設計超配比？
有三個方面是最主要的，光照資源，直流側的系統效率還有逆變器選型。
首先看光照資源，光照資源太陽強度會直接影響到直流的輸出功率，也就會直接影響到配比的選擇。
直流側的系統效率有很多影響因素，包括灰塵遮擋、適配、線損、溫度，還有衰減，所以直流系統效率在超配的比例設計中起到非常重要的作用。
逆變器的選型。傳統的概念上，我們認為集中式的逆變器的冗余度比組式的更好一點，市場上很多組串式逆變器超配比也能達到10%、20%。
我們研究這些的最終目的是要把度電成本降到最小化。
首先看一下光照資源對光伏系統的影響，我選了四個地區，一類地區哈密，二類地區是甘肅白銀、云南建水，三類地區是上海。
實際上三類地區在低功率輻照度的情況下差別是不大的，唯一的區別是在600瓦到1100瓦每平方米的太陽輻照度下，幾類地區的光照時數的差異就很明顯了。哈密是非常高的，其次是甘肅白銀和云南建水，到上海高功率區間太陽輻照時非常短。不同頻率能接收到太陽的總輻射量在600瓦到1100瓦范圍內是一個非常主要的差異點。
云南屬于二類地區，但它能接收到的太陽輻射強度在1050以上的范圍里，甚至高于一類地區的太陽輻照強度。也就是說不能單純地僅憑一類和二類資源區分類來確定它的配比，還是需要具體項目具體分析。
這是直流系統效率各個環節的概算，這里考慮的是光照大于1000瓦每平方米的情況下，溫度對于系統效率的影響。甘肅整個地區環境溫度不是特別高，所以在1000瓦每平方米的影響下，系統效率損失是6.8%。如果溫度很高的地區，光照資源又比較強，電池工作的溫度會非常高，可能達到六七十度，在這種情況下，溫度的系統效率的損失可以達到10%以上。
根據系統效率和可以收集到的太陽輻射的數據，我們理論計算出來對于甘肅白銀這個項目，它的最大功率的輸出是在645.1千瓦，這個是直流端的輸出，跟實測的657.17千瓦基本一致。
小結：光伏逆變器配置比例與光照資源有關，但并非絕對相關。主要影響因素有很多，包括海拔、緯度、晴空指數、傾角等等。具體項目需要具體分析，但是至少10%的超配是可行的，而且這個10%針對所有的項目基本上都是可行的。重要的是光伏逆變器的配比，隨著電站的運行年限會逐年降低。
超配對于項目投資收益的影響有哪些？
有兩大影響，一個是項目的投資成本，另一個就是對發電量的影響。對投資成本來說超配比重提高，成本會降低，呈正相關；對于發電量來說，超配的比重提高，發電量會降低，是負相關。
對于投資成本來說，影響到的環節主要是逆變器、箱變、電纜和施工安裝。
根據這兩個基本的數據，我們做了一個項目的整體測算。
度電成本的測算說明，首先測算周期是25年，我把項目運行期的成本都考慮在里面了，初始投資6.306，這個是按1：1的配比下，運維費用是0.1元/Wp/年，因為會涉及到成本的問題，所得稅減半，增值稅50%的即征即退。
直流系統效率數字比較高的92%，配比達到1.15的情況下，基本上可以達到度電成本最低。如果系統效率比較低為84%，這時需要達到1.3倍的配比，才可以達到系統度電成本最低的一個數值。
總結：綜合對比不同太陽資源地區對于光伏逆變器配比的影響，光照資源豐富程度并非是一個最主要的決定因素，資源較差的地區，瞬時輸出功率也有高于好可能性，要具體項目具體分析。
光伏逆變器可接受配比遠高于預期，根據理論數據，部分項目光伏/逆變配比可達1.3甚至更高，但實際影響仍需進一步論證。
最后我們期待政府相關部門、電網調度機構等行業相關方對光伏電站的實際輸出有一個更加明確的數據的統計和管理。
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