山东东营地区光伏电站最优容配比研究
作者：鞠靖、赵东阁、关仿
作者单位：东营财金清洁能源有限公司
摘 要：在近期国家对光伏电站容配比放开的背景下，为探求东营地区最优容配比，文章运用PVSYST软件及财务模型，在直流侧容量固定和超装两种情况下，测算不同容配比下的平准化度电成本和财务内部投资收益率变化。通过测算分析得出东营地区最佳容配比为1.452，且直流侧超装情况下财务内部投资收益率更高，平准化度电成本更低。
一、定义
容配比：光伏电站的组件容量与逆变器额定容量之比。
平准化度电成本（LCOE）：是对项目生命周期内的成本和发电量先进行平准化，再计算得到的发电成本，即生命周期内的成本现值/生命周期内发电量现值。计算方法为：(初期投资-生命周期内因折旧导致的税费减免的现值+生命周期内因项目运营导致的成本的现值-固定资产残值的现值)/(生命周期内发电量的现值)。
财务内部投资收益率(IRR)：指项目在整个计算期内各年财务净现金流量的现值之和等于零时的折现率，也就是使项目的财务净现值等于零时的折现率。
二、容配比的作用
限制容配比阻碍了系统实现最优设计，不利于度电成本降低，若一定程度上提高容配比，则有以下意义：
（一）可以补偿光照的不足、温度、灰尘、线损、串并联失配、组件衰减带来的功率损失，可以使光伏电站能够达到额定输出功率，为电网提供稳定的电能。
（二）配以一定比例的储能系统后，光伏电也可以“压得下、拉得起”，可以成为电力系统中的“骨干电源”。
（三）逆变器的在早晚时段的工作时间更长，因为逆变器需要在直流输入功率达到其启动阈值后才能够启动，在同样的日照强度下，提高容配比光伏组件输出更高的功率，逆变器越早启动，晚停机，发电时间更长，能够更好的利用当地的光资源。
（四）提高逆变器、升压变、配电、变电设备的利用率，摊薄公用设施的投资成本，大幅降低工程造价、降低发电成本。
（五）容配比作用案例
案例1：国内西部某100MW光伏电站，该电站采用1倍容配比设计。从图1可以看出，电站只在中午的时候接近满功率输出，其余大部分时间设备功率都处于闲置状态，且发电曲线受天气影响，波动幅度较大。从投资收益来看，由于逆变器、变压器等交流设备满载时间较短，设备利用率低，造成了容量浪费，间接提高了电站的度电成本，降低了投资收益率。从电站运行和电网调度来看，发电曲线波动越大，说明电站功率输出波动幅度也越大，增加了电站输出功率预测准确度和电网运行调度的难度。据了解，国内电站因为功率预测不准确导致的罚款，每年都会给业主带来一定的损失。
图1 西部某100MW电站三天的实际发电曲线
案例2：海外某200MW光伏电站，采用1.42倍容配比＋跟踪系统设计。从图2可以看出，电站逆变器从早上8点到下午5点一直处于满功率运行状态，相较于图1,该电站发电曲线几乎呈平直状态。即使光照出现一定程度的波动，逆变器输出功率也只是出现微小变化，整个电站的输出更加稳定。从投资收益来看，虽然电站存在一定程度的弃光，但系统度电成本达到最优，投资收益率更高。从电站运行和电网调度角度看，发电曲线不再是支动形状。电站发电更稳定，可调度性更高，大大提升了电网友好性。
图2 海外某200MW电站三天的实际发电曲线
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三、容配比的优化计算流程
四、东营地区不同容配比模拟测算
（一）基础方案
根据光伏电站设备选型发展趋势，本文选用535Wp双面双玻组件，固定支架，196kw组串式逆变器。通过PVSYST软件测算，东营地区最佳倾角为31°。具体基础方案见表1。
（二）基础方案投资
模拟东营地区光伏电站基础初始投资成本，初始投资合计3.74元/W，直流侧（DC）成本2.45元/W，交流侧（AC）成本1.29元/W，投资明细见表2。
（三）不同容配比方案下IRR与LCOE测算
1、直流侧容量固定的IRR与LCOE分析
直流侧容量固定100MW，容配比提高后，交流侧逆变器、箱变、线缆等材料或设备使用量减少，交流侧单瓦造价降低，而直流侧单瓦成本不变，从而降低了初始总投资（见表3）。在容配比提高到一定程度后，逆变器会产生弃光，损失发电量，降低发电收入。根据东营地区历年辐照及考虑背面增益，选取1424小时作为首年等效利用小时数,通过PVSYST软件模拟出不同容配比下的发电量，再结合财务模型，从而测算出不同容配比下的IRR和LCOE（见表4）。将不同容配比下的IRR与LCOE绘制成折线图（见图3），当容配比在1.452时，IRR达到最高10.02%，同时LCOE最佳0.336元/度电。
图3 不同容配比IRR与LCOE变化趋势
2、直流侧超装的IRR与LCOE分析
采取直流侧超装方式，不断提高容配比，初始总投资逐步升高（见表5）。在容配比提高到一定程度后，逆变器会产生弃光，损失发电量，降低发电收入。通过PVSYST软件模拟出不同容配比下的发电量，再结合财务模型，计算出不同容配比下的IRR和度电成本（见表6）。将不同容配比下的IRR与LCOE绘制成趋势图（见图4），当容配比仍为1.452时，IRR为10.44%，LCOE降低至0.329元/度电，均获得最佳值。
图4 不同容配比IRR和LCOE变化趋势
提高容配比并在直流侧超装，从发电机理与发电成本的角度来讲：一是能够使光伏电站达到备案装机容量（逆变器有功功率之和）的额定出力；二是受温度、天气、组件衰减的影响更小，光伏发电输出的功率更稳定，如果增加一定比例的储能系统，完全可以成为可调度的支撑性电源；三是能够提高升压站、送出线路工程等公用设施的利用率，摊薄公用部分的费用，进一步降低单瓦投资成本。
通过模拟数据看出，无论通过交流侧减配还是直流侧超装改变容配比，东营地区均在容配比1.452时，出现IRR和LCOE最佳值。直流侧超装虽然提高了初始总投资，但IRR以及LCOE更优。
五、结论
（一）本文通过在方案和投资基础相同的情况下，测算和对比不同容配比下的IRR及LCOE变化情况，得出在东营地区建设光伏电站最佳容配比为1.452。
（二）如表7所示，通过分析和对比直流侧容量固定和直流侧超装两种情况下的IRR和LCOE变化，发现直流侧超装情况下，IRR达到10.44%，LCOE低至0.329元/度电，表现更优。
参考文献
〔1〕崔楠 吴洪宽.［提高容配比是降低光伏度电成本的最有效方法］.阳光工匠光伏网.2018年5月25日.
〔2〕阳光电源公众号.［三条曲线解密光伏电站未来发展方向］.2020年9月16号.
责任编辑：代腾腾