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【修正后】光伏电站设计中,对传统组串设计的修正探讨

之前推送时,已经有热心的网友帮我指正:STC条件中的25℃电池片温度,而NOCT条件中的20℃是环境温度,此时电池片的温度大约为45~60℃。因此,之前的算法有错误。

非常感谢“周芥锋”的指正。


一、传统的计算方法


在《光伏发电站设计规范(GB 50797-2012)》中,对于光伏组串的设计,提出如下公式


N—光伏组件串联个数(N取整数)
Kv
光伏组件的开路电压温度系数
K’v
光伏组件的工作电压温度系数
t—
光伏组件工作条件下的极限低温
t’—
光伏组件工作条件下的极限高温
Voc
光伏组件的开路电压
Vmppt
光伏组件的工作电压
Vdcmax
逆变器允许的最大支流输入电压
Vmpptmax
逆变器MPPT电压最大值
Vmpptmin
逆变器MPPT电压最小值


光伏发电站设计规范(GB 50797-2012)》属于强制性国标,该方法应该是非常权威的。但仔细思考,不难发现:

上述公式存在一个较大问题!

暂不说问题,先以天合260W多晶硅组件为例,假设当地极端低温为-30℃;逆变器最大开路电压为1000VMPPT电压在420~850V,利用上述公式进行计算。                                    

1:光伏组件的技术参数

根据上表,Voc=38.2VVmppt=30.6VKv= K’v=-0.32%/

在极端低温-30℃时,V’oc=44.92V,则N22

因此,每个组串最多串联22个组件


二、传统计算方法的矛盾


然而,我们在进行上述计算时,采用了两个矛盾的假设

假设1:环境温度为-30℃;

假设2Voc=38.2V

注意:Voc=38.2V是在STC条件下(温度:25、辐照度:1000W/m2、大气质量:1.5AM),当保证其他两项不变,温度由25降低到-30时,电压升高到44.92V但辐照度为1000W/m2时,温度是不可能降到-30的!

即:温度:-30、辐照度:1000W/m2、大气质量:1.5AM,这种自然环境是根本不存在的!

当出现工作状态极端低温的时候,一定是在凌晨太阳初升的时候。因此,自然界存在的条件应该是:

极端低温:-30℃、辐照度: 200W/m2、大气质量:1.5AM

温度:-30、辐照度:1000W/m2、大气质量:1.5AM和上面的条件相比,对电压计算有影响吗?

1:光伏组件的IV曲线


从图1中我们可以清楚的看出:随着辐照度的降低,光伏组件的Voc是逐渐下降的。因此,用辐照度为1000W/m2时的参数进行计算,结果会有很大的偏差!


三、对传统计算方法的修正


根据图1,电池片温度:25℃、辐照度:200W/m2时,Voc=36V,则当温度:-20℃、辐照度:200W/m2时,Voc=41.2V,则N24

因此,每个光伏组串最多可以串联24个光伏组件。

然而,当最低温度为-30℃时,则N23.


四、串联数量由22变24的好处


好处1:减少项目投资

同样采用265W组件,

当每个阵列采用22*2块组件的方案,86阵列172个支路可以组成一个容量为1.00276MWp发电单元;

当每个阵列采用24*2块组件的方案,79阵列158支路可以组成一个容量为1.00488MWp发电单元。

每个单元节省了7阵列,支架钢材用量变化不大,但基础投资会减少约 8%;每个单元节省了14支路,可节约1汇流箱。

好处2:减少线损

一方面,由于支路数量减少8%,组件到汇流箱的线缆量减少、线损降低

另一方面,每个串联支路的组件数量增加9.1%,每个支路电压升高约9.1%。由于线损与电压的平方成正比,因此组件到汇流箱的线损大约可减少17.4%

如果组件到汇流箱的直流线损占总发电量的1%,则方案调整带来的整体系统效率提升大约为0.14%


五、需要强调的问题


光伏组串两端的开路电压收到温度、温度系数、组件的标称功率的影响,能串联几个组件,还是需要详细计算。如:

1)项目场址的极端低温

若采用260W的组件,

当极端低温=-20℃时,可采用24串设计方案,

当极端低温为-30℃时,则应采用23串设计方案。

因此,在温度较高的东南部地区,24串的方案是可行的;但在西北(内蒙、新疆、甘肃、青海等地)地区的很多地方,极端低温可能会达到-30℃以下,24串的方案是不可行的。

2)组件的标称功率

组件的标称功率越大,对应的开路电压越大。同为天合的60片组件,当极端低温=-20℃时,

当采用260W的组件,可采用24串设计方案,

当采用290W的单晶组件(Voc=39.5V,即使在NOCT条件下,Voc=36.6V),则应采用23串设计方案。

3)组件温度系数

不同厂家的组件温度系数不同,温度系数绝对值越大,串联的数量越少。若采用260W的组件、极端低温=-35℃时,

温度系数=-0.32%/℃时,可采用24串方案;

温度系数=-0.33%/℃时,理论上应采用23串方案。

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