過去幾年，光伏技術(shù)加速迭代，1500V、跟蹤支架、高效雙面組件以及鋁合金電纜等新技術(shù)層出不窮，一定程度上促進(jìn)了系統(tǒng)成本和度電成本(LCOE)的降低，但由于各種原因，這些新技術(shù)在國內(nèi)市場尚未大規(guī)模應(yīng)用，各種技術(shù)之間以及與應(yīng)用場景之間如何更好地匹配融合，仍然存在較大挑戰(zhàn)。在平價(jià)上網(wǎng)加速的大環(huán)境下，用設(shè)計(jì)降成本，向應(yīng)用技術(shù)要“效益”，是更加有效的降本方式。而逆變器作為光伏系統(tǒng)的橋梁，對系統(tǒng)深度優(yōu)化設(shè)計(jì)有著責(zé)無旁貸的責(zé)任。
放開容配比，降低LCOE、平滑發(fā)電曲線
根據(jù)理論測算與實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，在合理范圍內(nèi)提高容配比，光伏電站的LCOE將會(huì)大幅降低。光伏發(fā)達(dá)國家如歐洲、美國、日本等都以交流側(cè)容量來標(biāo)定電站容量，通過提高光伏容配比來優(yōu)化系統(tǒng)配置、降低光伏系統(tǒng)LCOE已是普遍做法，如歐洲光伏電站普遍按照1.2~1.4倍容配比進(jìn)行設(shè)計(jì)，美國、印度電站容配比為1.4倍以上，日本部分光伏電站容配比甚至達(dá)到2倍以上。
近年，國內(nèi)光伏相關(guān)企業(yè)、設(shè)計(jì)院等對容配比設(shè)計(jì)問題也進(jìn)行了深入的研究和交流，早在2015年，國內(nèi)某知名央企就曾組織國內(nèi)相關(guān)單位的專家進(jìn)行多次交流，結(jié)合理論計(jì)算與實(shí)際電站運(yùn)行數(shù)據(jù)，為國內(nèi)不同資源區(qū)的電站設(shè)計(jì)明確了最優(yōu)容配比，并在實(shí)際電站中進(jìn)行了應(yīng)用。以系統(tǒng)LCOE最優(yōu)為原則，根據(jù)不同資源區(qū)輻照條件等因素進(jìn)行合理容配比設(shè)計(jì)已在行業(yè)內(nèi)達(dá)成共識。根據(jù)相關(guān)消息，最新修訂的《光伏電站設(shè)計(jì)規(guī)范》已初步確定將容配比放開，并將按照電站交流側(cè)額定容量定義電站容量。新國標(biāo)的頒布實(shí)施，將為國內(nèi)高容配比設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。根據(jù)中國光照資源條件，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類資源區(qū)光伏電站最優(yōu)容配比分別在1.3、1.4、1.5倍左右。
此外，提高容配比設(shè)計(jì)除了可以降低LCOE外，還可以使發(fā)電曲線更為平滑，降低電網(wǎng)的調(diào)峰壓力，提高光伏發(fā)電滲透率。
子陣容量精細(xì)對比，降低電站投資成本
在中國光伏行業(yè)發(fā)展的過程中，子陣容量歷經(jīng)了1MW、1.25MW、1.6MW、2.5MW、3.125MW由小到大的演變，經(jīng)過精細(xì)化的方陣容量設(shè)計(jì)對比發(fā)現(xiàn)，光伏子陣容量增大后，電站逆變器、變壓器等設(shè)備數(shù)量減少，安裝維護(hù)成本降低，站內(nèi)高壓線路減少，線纜和施工成本降低。經(jīng)測算，對于1000V系統(tǒng)，子陣容量按照3MW設(shè)計(jì)，系統(tǒng)成本最優(yōu);對于1500V系統(tǒng)，子陣容量按照6~7MW設(shè)計(jì)，系統(tǒng)成本最優(yōu)。目前海外歐洲、東南亞等實(shí)際電站中基本按照該原則設(shè)計(jì)，值得一提的是，印度光伏電站雖然起步較晚，但在系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)上已經(jīng)十分超前，不僅全部切換到1500V，單個(gè)子陣容量最大已經(jīng)達(dá)到12.5MW。
不同方陣系統(tǒng)成本對比圖
1500V雙面組件+平單軸跟蹤+逆變器融合
跟蹤系統(tǒng)通過追蹤光照，以達(dá)到提高光照資源利用率的效果。而這兩年興起的雙面組件則是改變“內(nèi)部功力”，依靠背面的發(fā)電能力，可將電站發(fā)電量提升5~30%，相當(dāng)于將組件的綜合轉(zhuǎn)換效率提高了5~30%。
跟蹤系統(tǒng)+雙面組件的應(yīng)用，一方面提高了單個(gè)組串的直流電流，另一方面直流將長期保持在高功率，這就給電站的核心“指揮者”——逆變器提出了更高的挑戰(zhàn)，逆變器不僅需要增強(qiáng)直流電流接入能力，而且還需要長期保持高功率運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)還要為跟蹤系統(tǒng)預(yù)留出更多的供電和通信接口，從而減少電站現(xiàn)場的施工量和成本，提升電站的經(jīng)濟(jì)效益。
系統(tǒng)布局優(yōu)化及線纜合理選型，提升經(jīng)濟(jì)效益
光伏電站發(fā)展初期，組件傾角一般按照最佳發(fā)電量進(jìn)行設(shè)計(jì)，支架間距設(shè)計(jì)遵從9:00~15:00確保前后排組件不遮擋。隨著平價(jià)上網(wǎng)的大趨勢來臨，需要對電站系統(tǒng)布局進(jìn)行更加精細(xì)化設(shè)計(jì)。在不同容配比下，對固定支架調(diào)節(jié)傾角及南北間距，平單軸調(diào)節(jié)東西間距等進(jìn)行調(diào)節(jié)，以最低LCOE、最高IRR為衡量依據(jù)，選擇最佳的方案。根據(jù)內(nèi)蒙古某項(xiàng)目，通過優(yōu)化計(jì)算，當(dāng)容配比為1.2左右，固定支架傾角31°，間距9m時(shí)，LCOE最低。
此外，銅線纜價(jià)格一般較鋁合金線纜高3~4倍，因此為降低線纜成本，根據(jù)GB/T 30552-2014，當(dāng)合金導(dǎo)體的截面積是銅的1.5倍時(shí)，其電氣性能與銅基本相同，在電站設(shè)計(jì)可利用鋁合金線纜替代銅線纜，100MW電站可節(jié)約線纜成本180~200萬元，IRR提升0.05%。同時(shí)隨著PLC載波通信技術(shù)在光伏交直流側(cè)的逐步應(yīng)用，將進(jìn)一步節(jié)省電站通信線纜成本和施工成本。
新型逆變器“集成化”“智能化”
憑借系統(tǒng)功能、可靠性、系統(tǒng)成本和施工效率等方面的顯著優(yōu)勢，逆變、中壓、配電、通訊等設(shè)備融為一體的高度集成化設(shè)備越來越得到客戶青睞。同時(shí)逆變器內(nèi)部配置智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)逆變器部件健康度診斷、故障錄波、跟蹤系統(tǒng)監(jiān)控等，快速精準(zhǔn)定位故障，使得逆變系統(tǒng)更加智能化，將進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本及后期運(yùn)維成本。打造高集成度、更智能化的逆變產(chǎn)品，推進(jìn)逆變技術(shù)快速迭代升級，將是助力平價(jià)上網(wǎng)的有力“武器”。
結(jié)語
通過更優(yōu)的設(shè)計(jì)和更低的零部件價(jià)格，各國上網(wǎng)電價(jià)持續(xù)降低，如印度3.57美分/kWh、埃及2.791美分/kWh、沙特1.79美分/kWh，“平價(jià)上網(wǎng)”浪潮席卷全球。在中國，2018年12月29日，由陽光電源聯(lián)合開發(fā)建設(shè)的青海格爾木500MW項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)僅為0.31元/kWh，低于當(dāng)?shù)孛摿蛎簶?biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)(0.3247元/kWh)，開創(chuàng)了國內(nèi)光伏平價(jià)上網(wǎng)的先例，為平價(jià)上網(wǎng)提供了典型示范。
無論政策倒逼還是行業(yè)發(fā)展趨勢，平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代都已被“激活”。在國內(nèi)平價(jià)上網(wǎng)的最后一公里，我們呼吁降低非技術(shù)成本的同時(shí)，可以借鑒國際光伏市場成功經(jīng)驗(yàn)，通過逆變技術(shù)迭代升級以及系統(tǒng)方案整合優(yōu)化設(shè)計(jì)，促使平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代的全面到來。
