Wie man das Kapazitätsverhältnis von Photovoltaikstationen vernünftig gestaltet

Mit dem wachsenden globalen Bedarf an erneuerbarer Energie wurde die Photovoltaik-Technologie zur Stromerzeugung rasch weiterentwickelt. Als der Kernträger der Photovoltaik-Technologie zur Stromerzeugung hat die Rationalität des Designs eines Photovoltaik-Kraftwerks einen direkten Einfluss auf die Effizienz der Stromerzeugung, die Betriebssicherheit und die Wirtschaftlichkeit des Kraftwerks. Dabei hat das Kapazitätsverhältnis als ein Schlüsselparameter im Design eines Photovoltaik-Kraftwerks einen wesentlichen Einfluss auf die Gesamtleistung des Kraftwerks. Das Ziel dieses Artikels ist es zu diskutieren, wie das Kapazitätsverhältnis eines Photovoltaik-Kraftwerks rational gestaltet werden kann, um die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung zu verbessern.

01 Übersicht über das Kapazitätsverhältnis von Photovoltaikanlagen
Das Kapazitätsverhältnis von Photovoltaikanlagen bezieht sich auf das Verhältnis der installierten Kapazität der Photovoltaikmodule zur Kapazität des Wechselrichtergeräts.
Aufgrund der Instabilität der Photovoltaik-Erzeugung und der Tatsache, dass sie stark vom Umfeld beeinflusst wird, würde ein einfaches Kapazitätsverhältnis von Photovoltaikanlagen nach dem Verhältnis 1:1 zwischen installierten Modulen und Wechselrichterkapazität zu einer Verschwendung der Kapazität des Photovoltaik-Wechselrichters führen. Daher sollte, um die Erzeugungseffizienz des Systems unter der Voraussetzung eines stabilen Betriebs zu erhöhen, das optimale Kapazitätsverhältnis größer als 1:1 sein. Eine sinnvolle Kapazitätsplanung kann nicht nur die maximale Leistungsabgabe sicherstellen, sondern auch unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen gerecht werden und einige Systemverluste ausgleichen.

02 Hauptbeeinflussungsfaktoren des Volumenverhältnisses
Eine vernünftige Kapazitätsgrenz-Design muss je nach spezifischen Projektsituation umfassend berücksichtigt werden. Faktoren, die die Kapazitätsgrenze beeinflussen, umfassen Komponentenabschwächung, Systemverluste, Strahlung, Montage-Winkel der Komponenten usw. Die detaillierte Analyse ist wie folgt.

1. Komponentenabschwächung
Im Falle einer normalen Alterungsabschwächung beträgt die Abschwächung des ersten Jahres bei der aktuellen Komponente etwa 1 %. Ab dem zweiten Jahr wird die Abschwächung der Komponente linear verändern und die Abschwächungsrate nach 30 Jahren beträgt etwa 13 %, das heißt, die jährliche Erzeugungskapazität der Komponente nimmt ab und die nominelle Leistungsausgabe kann nicht kontinuierlich aufrechterhalten werden. Daher muss das Design des Photovoltaik-Kapazitätsgrenzwertes die Abschwächung der Komponente während der gesamten Lebensdauer des Kraftwerks berücksichtigen, um die Stromerzeugung der passenden Komponenten zu maximieren und die Systemeffizienz zu verbessern.

30-jährige lineare Leistungsabschwächungskurve von Photovoltaikmodulen

2. Systemverluste
In dem Photovoltaik-System gibt es verschiedene Verluste zwischen dem Photovoltaik-Modul und der Wechselrichter-Ausgabe, einschließlich der Modul-Serie- und Parallelschaltung sowie Blockstaubverlusten, Gleichstromkabelverlusten, Photovoltaik-Wechselrichterverlusten usw. Der Verlust jedes einzelnen Schritts beeinflusst die tatsächliche Ausgabeleistung des Wechselrichters der Photovoltaik-Kraftwerksanlage.

PVsyst PV-Kraftwerks-Simulationsbericht

Wie in der Abbildung gezeigt, kann die tatsächliche Konfiguration und Schattenverlust des Projekts im Rahmen der Projektanwendung durch PVsyst simuliert werden; Unter normalen Umständen beträgt der DC-Verlust des Photovoltaiksystems etwa 7-12 %, der Wechselrichterverlust etwa 1-2 % und der Gesamtverlust etwa 8-13 %. Daher gibt es einen Verlustunterschied zwischen der installierten Kapazität der Photovoltaikmodule und den tatsächlichen Stromerzeugungsdaten. Wenn die installierte Kapazität des Moduls gemäß dem 1:1-Kapazitätsverhältnis des Photovoltaikwechselrichters ausgewählt wird, beträgt die tatsächliche maximale Ausgabekapazität des Wechselrichters nur etwa 90 % der Nennkapazität des Wechselrichters, selbst bei bestmöglicher Beleuchtung ist der Wechselrichter nicht vollständig belastet, was die Nutzung des Wechselrichters und des Systems reduziert.

3. Die Strahlungsintensität variiert in verschiedenen Regionen
Das Bauteil kann nur unter STC-Betriebsbedingungen (STC-Betriebsbedingungen: Die Lichtintensität beträgt 1000W/m², die Batterietemperatur ist 25°C und die atmosphärische Qualität beträgt 1,5) die Nennleistung erreichen. Wenn die Betriebsbedingungen die STC-Bedingungen nicht erfüllen, ist die Ausgangsleistung des Photovoltaik-Moduls unvermeidlich geringer als seine Nennleistung, und die zeitliche Verteilung der Lichtressourcen innerhalb eines Tages kann nicht alle STC-Bedingungen erfüllen, hauptsächlich aufgrund der großen Unterschiede in der Strahlungsstärke und Temperatur zu Beginn, in der Mitte und am Ende des Tages. Gleichzeitig haben die unterschiedlichen Strahlungsstärken und Umgebungsbedingungen in verschiedenen Regionen unterschiedliche Auswirkungen auf die Stromerzeugung der Photovoltaikmodule, daher muss das Anfangsprojekt die lokalen Lichtressourcendaten je nach spezifischem Gebiet kennen und Berechnungen durchführen.

Gemäß den Klassifizierungsnormen des Wind- und Solarenergiebewertungszentrums des Nationalen Wetterdienstes kann die spezifische Daten der Strahlungsintensität in verschiedenen Regionen ermittelt werden, und die gesamte jährliche Sonnenstrahlungsbestrahlung wird in vier Stufen unterteilt:

Einteilung der gesamten jährlichen Sonnenstrahlungsbestrahlung

Daher gibt es auch innerhalb derselben Ressourcenregion große Unterschiede in der Strahlungsmenge im Laufe des Jahres. Dies bedeutet, dass das gleiche Systemdesign, also das gleiche Kapazitätsverhältnis, bei der Stromerzeugung nicht identisch ist. Um die gleiche Stromerzeugung zu erreichen, kann dies durch Änderung des Volumenverhältnisses realisiert werden.

4. Komponenten-Montagewinkel
Es werden verschiedene Dachtypen im gleichen Projekt für das auf der Nutzerseite befindliche Photovoltaik-Kraftwerk geben, und je nach Dachtyp werden unterschiedliche Winkel für die Modulgestaltung berücksichtigt. Auch wird die von den entsprechenden Modulen empfangene Strahlung variieren. Zum Beispiel gibt es in einem Industrie- und Handelsprojekt in der Provinz Zhejiang farbige Metallplatten- und Betondächer, mit Designneigungen von 3° und 18°. Die Neigungsebenen-Simulation der Strahlungsdaten durch PV für verschiedene Neigungswinkel sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die von den Modulen bei unterschiedlichen Neigungen empfangene Strahlung variiert. Falls das verteilte Dach hauptsächlich mit Schindeln gedeckt ist, ist die erzeugte Energie der Module mit gleicher Kapazität niedriger als die von Modulen mit einem bestimmten Neigungswinkel.

Gesamtstrahlung bei 3° Neigung

Gesamtstrahlung bei 18° Neigung

03 Kapazitätsverhältnis-Designideen
Gemäß der obigen Analyse besteht das Design des Kapazitätsverhältnisses hauptsächlich darin, den Gesamtnutzen des Kraftwerks durch Anpassung der Gleichstromzugangskapazität des Wechselrichters zu verbessern. Derzeit werden die Konfigurationsmethoden des Kapazitätsverhältnisses hauptsächlich in kompensatorisches Übersizing und aktives Übersizing unterteilt.

1. Kompensatorisches Übersizing
Kompensatorisches Übersizing bedeutet, dass durch Anpassung des Volumenverhältnisses der Wechselrichter bei bestem Licht auf Volllastausgang geschaltet werden kann. Diese Methode berücksichtigt nur teilweise Verluste im Photovoltaiksystem, indem die Kapazität der Module erhöht wird (wie in der folgenden Abbildung dargestellt), um den Energieverlust während des Übertragungsprozesses auszugleichen, sodass der Wechselrichter in der tatsächlichen Nutzung einen Volllastausgang erreicht und keine Abschneideverluste entstehen.

Diagramm zur kompensatorischen Übersizing

2. Aktives Übersizing
Aktives Übersizing bedeutet, die Kapazität der Photovoltaik-Module auf Basis des Kompensations-Übersizings weiter zu erhöhen (wie in der folgenden Abbildung dargestellt). Diese Methode berücksichtigt nicht nur den Systemverlust, sondern analysiert auch comprehensiv die Investitionskosten und Einnahmen sowie andere Faktoren. Das Ziel ist es, die durchschnittlichen Stromkosten (LCOE) des Systems zu minimieren, indem aktiv die volle Arbeitszeit des Wechselrichters verlängert wird, um einen Kompromiss zwischen den gestiegenen Komponentenkosten und dem Ertragszuwachs der Stromerzeugung zu finden. Selbst bei schlechtem Licht arbeitet der Wechselrichter vollständig unter Last, was die volle Arbeitszeit verlängert; Allerdings zeigt die tatsächliche Erzeugungscurve des Systems das Phänomen der "Spitzenabschneidung", wie in der Abbildung gezeigt, und befindet sich in einigen Zeitperioden im Zustand begrenzter Erzeugung. Unter einem angemessenen Kapazitätsverhältnis ist jedoch die LCOE des Gesamtsystems am niedrigsten, das heißt, der Nutzen nimmt zu.

Diagramm aktiven Übersizings

Wie in der Abbildung unten gezeigt, nimmt die LCOE weiter ab mit dem Anstieg des Kapazitätsverhältnisses. Am punkt des kompensatorischen Überschusses erreicht die LCOE des Systems nicht den tiefsten Wert. Wenn das Kapazitätsverhältnis weiter erhöht wird bis zum aktiven Überschusspunkt, erreicht die LCOE des Systems ihren niedrigsten Wert, und die LCOE wird nach einer weiteren Erhöhung des Kapazitätsverhältnisses wieder zunehmen. Daher ist der aktive Überschusspunkt das optimale Kapazitätsverhältnis des Systems.

LOCE/Kapazitätsverhältnis-Diagramm

Für Wechselrichter ist es notwendig, eine ausreichende Überdimensionierung auf der Gleichstromseite durchzuführen, um den minimalen LCOE des Systems zu erreichen. Für verschiedene Regionen, insbesondere für Gebiete mit schlechten Bestrahlungsbedingungen, ist ein höheres aktives Überdimensionierungsmodell erforderlich, um die Zeit des vollen Ausgangsleistungsmodus des Wechselrichters zu verlängern und die Reduktion der LCOE des Systems maximal zu gestalten.

04 Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Zusammengefasst sind kompensatorische Überdimensionierung und aktive Überdimensionierung wirksame Mittel, um die Effizienz von Photovoltaik-Systemen zu verbessern, aber jede hat ihren eigenen Fokus. Die Kompensationsüberanpassung konzentriert sich hauptsächlich auf die Kompensation von Systemverlusten, während die aktive Überanpassung mehr Aufmerksamkeit auf die Suche nach einem Gleichgewicht zwischen steigenden Eingaben und der Verbesserung des Einkommens richtet. Daher wird in einem realen Projekt empfohlen, ein geeignetes Kapazitätsverhältnis-Konfigurationsschema je nach Projektanforderungen umfassend auszuwählen.