太陽光発電所の容量比率を合理的に設計する方法
再生可能エネルギーに対する世界的な需要の高まりに伴い、太陽光発電技術は急速に発展してきました。太陽光発電技術の中核を担う太陽光発電所の設計合理性は、発電所の発電効率、運転安定性、経済的利益に直接影響します。その中でも、容量比は太陽光発電所の設計における重要なパラメータとして、発電所の全体的な性能に重要な影響を及ぼします。本稿の目的は、太陽光発電所の容量比を合理的に設計して、発電効率と経済性を向上させる方法について議論することです。
01 太陽光発電所容量比率の概要
太陽光発電所の容量比とは、太陽光発電モジュールの設置容量とインバータ機器の容量の比率を指します。
太陽光発電は不安定で、環境の影響を大きく受けるため、太陽光発電所の容量比を単純に太陽光発電モジュールの設置容量に応じて1:1構成にすると、太陽光発電インバータの容量が無駄になります。そのため、太陽光発電システムの安定した運用を前提として、太陽光発電システムの発電効率を向上させるには、最適な容量比設計を1:1より大きくする必要があります。合理的な容量比設計は、発電出力を最大化するだけでなく、さまざまな照明条件に適応し、一部のシステム損失に対処することもできます。
02 容積比の主な影響要因
合理的な容量比設計は、具体的なプロジェクトの状況に応じて総合的に考慮する必要があります。容量比に影響を与える要因には、コンポーネントの減衰、システム損失、放射照度、コンポーネントの設置角度などがあります。具体的な分析は次のとおりです。
1. コンポーネントの減衰
通常の経年劣化の場合、現在のコンポーネントの1年目の減衰は約30%で、13年目以降のコンポーネントの減衰は線形変化を示し、XNUMX年間の減衰率は約XNUMX%です。つまり、コンポーネントの年間発電能力は低下しており、定格出力を継続的に維持できないため、太陽光発電容量比の設計では、発電所の全ライフサイクル中のコンポーネントの減衰を考慮する必要があります。マッチングされたコンポーネントの発電を最大化し、システム効率を向上させます。
太陽光発電モジュールの30年間の線形電力減衰曲線
2. システム損失
太陽光発電システムでは、太陽光発電モジュールとインバータ出力の間に、モジュールの直列と並列、ブロックダスト損失、DCケーブル損失、太陽光発電インバータ損失など、さまざまな損失があり、各リンクの損失が太陽光発電所インバータの実際の出力電力に影響を与えます。
PVsyst 太陽光発電所シミュレーションレポート
図に示すように、プロジェクトの実際の構成と閉塞損失は、プロジェクトアプリケーションでPVsystによってシミュレートできます。通常の状況では、太陽光発電システムのDC損失は約7〜12%、インバータ損失は約1〜2%、合計損失は約8〜13%です。そのため、太陽光発電モジュールの設置容量と実際の発電データの間には損失偏差があります。コンポーネントの設置容量を太陽光発電インバータの1:1容量比に従って選択すると、インバータの実際の出力最大容量はインバータの定格容量の約90%に過ぎず、光が最も良好な場合でもインバータは完全に負荷がかからず、インバータとシステムの利用率が低下します。
3. 地域によって日照量は異なる
コンポーネントは、STC 動作条件 (STC 動作条件: 光強度 1000W/m²、バッテリー温度 25°C、大気品質 1.5) でのみ定格出力に達することができ、動作条件が STC 条件に達しない場合、太陽光発電モジュールの出力は必然的に定格出力を下回り、XNUMX 日内の光リソースの時間分布は、主に初期、中期、後期の放射照度と温度の差が大きいため、すべての STC 条件を満たすことができません。同時に、異なる地域の放射照度と環境は太陽光発電モジュールの発電に異なる影響を与えるため、初期プロジェクトでは、特定の地域に応じてローカルの光リソースデータを理解し、データ計算を実行する必要があります。
国立気象局風力太陽エネルギー評価センターの分類基準によれば、異なる地域の放射照度の具体的なデータを知ることができ、年間総太陽放射照度は4つの等級に分けられます。
総太陽放射量(年間放射照度)の分類
そのため、同じ資源エリアであっても、年間を通じて日射量に大きな差があります。これは、同じシステム構成、つまり同じ発電量の下での容量比が同じではないことを意味します。同じ発電量を達成するためには、容量比を変更することで達成できます。
4. 部品の取り付け角度
ユーザー側太陽光発電所の同じプロジェクトでも、屋根の種類が異なり、屋根の種類によって部品の設計角度が異なり、対応する部品が受ける日射量も異なります。例えば、浙江省の工業商業プロジェクトには有色鋼瓦屋根とコンクリート屋根があり、設計傾斜角はそれぞれ3°と18°です。下図は、異なる傾斜角に対してPVでシミュレートした傾斜面の日射量データです。異なる角度に設置された部品が受ける日射量が異なることがわかります。分散型屋根の大部分が瓦屋根の場合、同じ容量の部品の出力エネルギーは、特定の傾斜角の部品の出力エネルギーよりも低くなります。
3°傾斜角全放射
18°傾斜角全放射
03 容量比設計のアイデア
以上の分析によると、容量比の設計は主にインバータの直流アクセス容量を調整することで発電所の全体的な利益を向上させることを目的としており、現在、容量比の構成方法は主に補償オーバーマッチングとアクティブオーバーマッチングに分かれています。
1. 過剰マッチングを補う
補償オーバーマッチングとは、容積比を調整することで、光が最も良好なときにインバータが全負荷出力に到達できるようにすることです。この方法は、太陽光発電システムの部分的な損失のみを考慮し、コンポーネントの容量を増やすことで(下の図に示すように)、伝送プロセスにおけるシステムのエネルギー損失を補償できるため、インバータは実際に使用して全負荷出力効果が得られ、クリッピング損失はありません。
報酬オーバーマッチ図
2. アクティブオーバーマッチング
アクティブオーバーマッチングとは、補償オーバーマッチングに基づいて、太陽光発電モジュールの容量を継続的に増加させることです(下図を参照)。この方法は、システム損失を考慮するだけでなく、投資コストと収益などの要素を総合的に考慮します。目標は、インバータの全稼働時間を積極的に延長し、増加したコンポーネント入力コストとシステムの発電収益のバランスをとることで、システムの平均電力コスト(LCOE)を最小限に抑えることです。照明が不十分な場合でも、インバータは全負荷で動作するため、全負荷で動作時間が延長されます。ただし、システムの実際の発電曲線には、図に示すように「ピーククリッピング」現象が発生し、一部の期間は発電が制限された動作状態になります。ただし、適切な容量比では、システム全体のLCOEは最低になり、つまりメリットが増加します。
アクティブオーバーマッチング図
下の図に示すように、容量比率の増加に伴い、LCOE は低下し続けます。補償過剰比率ポイントでは、システムの LCOE は最低値に達しません。容量比率をさらに増加してアクティブ過剰比率ポイントに達すると、システムの LCOE は最低値に達し、容量比率をさらに増加した後、LCOE が増加します。したがって、アクティブ過剰マッチングポイントは、システムの最適な容量比率です。
LOCE/容量比図
インバータの場合、システムの最小 LCOE を満たすには、十分な DC 側の過剰割り当て能力が必要です。さまざまな地域、特に日照条件が悪い地域では、インバータの定格出力時間を延長し、システムの LCOE の削減を最大化するために、よりアクティブな過剰割り当てスキームが必要です。
04 結論と提案
まとめると、補償的過剰割り当てと能動的過剰割り当て方式は、太陽光発電システムの効率を向上させる効果的な手段ですが、それぞれに重点が置かれています。補償的過剰割り当ては主にシステム損失の補償に焦点を当てていますが、能動的過剰割り当ては、入力の増加と収益の向上のバランスをとることに重点が置かれています。したがって、実際のプロジェクトでは、プロジェクトの要件に応じて適切な容量比構成方式を総合的に選択することをお勧めします。
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