【阿波罗名家谈】降低度电成本，有那么难吗？
随着技术的进步，逆变器和光伏组件的成本逐年下降。光伏发电技术所生产的电能越来越具有竞争力。现阶段最新技术表明，逆变器的的效率高达98%。根据逆变器的效率曲线，逆变器的平均效率在高功率或低功率运行的时候偏低。为此，光伏组件与逆变器合适的匹配可以提高逆变器的平均效率。
光伏组件与逆变器的正确匹配需要考虑的因素主要有：
（1）技术因素，它与光伏组件和逆变器的参数有关
（2）气象因素，这个与逆变器安装的地点有关。
（3）电量预估，与逆变器安装地点有关。
逆变器将直流电转化为交流电，逆变器直流侧输入的功率与交流侧输出功率的比值称之为逆变器的转换效率。
其中EAC 是逆变器的输出电能，EDC是逆变器的输入电能，PAC是逆变器的输出功率，PDC是逆变器的输入功率。
国际上通用的逆变器效率分欧洲效率ηEU和加利福尼亚州效率ηCAL，
逆变器在它工作的大多数功率范围内有很高的工作效率（94%或以上）。但是当输入的直流功率与逆变器自身的额定功率比值很低时，逆变器的逆变效率就很低。因此，我们需要使得逆变器在很低的直流输入功率条件下工作的时间最短。这个目的是我们通过选择正确的逆变器规格达到的。下图是相同品牌的30kw和40kw逆变器的转换效率与输出功率曲线图。
技术因素的考虑主要体现于光伏组件与逆变器的匹配。这些因素决定了光伏组件的额定功率与之相匹配的逆变器额定功率，它们主要有：
（1）在逆变器额定功率偏低的情况下，逆变器的输出功率较小。若在光资源充足的条件下，可利用的太阳能大于逆变器所能输出的最大电能，从而限制了系统的最大输出功率，使得系统的平均效率降低。
（2）最新的研制出的一些逆变器是可以承受一定时间范围内的过载的。若逆变器安装地出现极高辐照强度的时间在这种逆变器允许的过载时间范围内，比如几十秒或几分钟。这种逆变器是很适合这种天气的。
（3）还有一些逆变器是可以通过改进的电路拓扑结构使其能以比较高的效率在较低或者较高的功率条件下运行[2]。
（4）逆变器中会有控制电路，数据传输和显示，这些需要逆变器自身为之提供电能。这种电能的消耗虽然较小，若逆变器在低功率范围工作时，它们会显著减小逆变器的工作效率。
（5）较高的辐照强度会增加光伏组件温度，使得光伏组件的效率降低（薄膜电池技术，如非晶硅，CdTe），产生发电量损失，这种情况在组件周围环境温度很高的时尤为显著。通常这种情况发生在逆变器运行功率范围的上游，因此，选择逆变器时，适度的过载是可以接受的。
（6）光伏组件的输出功率是不稳定的，通常将其输出功率偏差定在±2.5%可以使得组件与逆变器的匹配更精确。然而有些组件的输出功率偏差可达-10%，这使得组件的输出功率范围减小[1]。
（7）根据Staebler-Wronsky [3] 效应，薄膜非晶硅电池在第一年运行时会存在衰减。光伏组件的衰减大多是被低估的，因此系统的额定功率在第一年总是虚高的。
（8）光伏组件的额定功率随使用寿命的增加递减，这是由电池片的半导体原料加工工艺和组件封装工艺决定的。
气象因素则与逆变器安装地址有关。不同的气象特点使得光伏系统的输出电量的差异显著。
（1）鉴于光伏组件具有负的温度系数，高温环境使得组件输出电能降低。高辐照条件下的组件自身加热导致持续高温使得逆变器输入端的输入功率维持在很低的水平。这种情况需要选择额定功率比组件额定功率低很多的逆变器。
（2）由于在高温条件下，逆变器降低了高功率运行范围的极大值，比如在热带或者亚热带高温高辐照环境下，逆变器运行在高功率范围区间时，电能损失较大。
（3）尽管逆变器在高温高辐照条件电能损失较大，但是其输出电能仍处于较高水平，这归因于a.较高的辐照水平b.更高比例的可支配电能（部分用于自身供给）。
通常，我们在设计一个太阳能光伏系统前，会对其进行发电量预估。这种估计大多是基于小时气象数据的。然而，逆变器可以根据太阳辐照的变化调整自身的电量输出，这种响应可以跟随至几秒的极短时间。经评估研究表明太阳辐照能量分布在10秒的均值跟1分钟的均值极为相似。而在Freiburg-Germany 和Florianopolis-Brazil的测量数据表明， 1分钟的均值分布与一小时的均值分布差异明显。在 Freiburg 和 Florianopolis，太阳辐照度在900-1500w/m2条件下，测得在倾斜的太阳能电池板上，1分钟的太阳辐照能量分布要比小时的分别高8.4%和13.1%[1]。
因此，每个地区的光伏组件与逆变器匹配方案是各不相同的，有的电量预估偏高，也会存在偏低的情况，不同地理位置的光伏系统需要独自进行设计。当逆变器的输入电能处于低水平时，我们推荐选择欠载的设计方案，当逆变器输入电能处于较高水平时，我们推荐过载的设计方案。这样就会使得逆变器在大部分时间运行在自身的中等功率范围，而在这段功率运行范围，效率最高，系统损失的电量降为最小。
LCOE全称Levelized Cost Of Energy即能源平准化度电成本，可以理解为25年光伏电站寿命周期内发的所有的电量除以电站的初期成本和折现的运维成本之和。是评价电站价值的有效指标之一，LCOE越低表明电站价值越高。
以某6MW的屋顶分布式电站举例，假设初始造价为6.55元/W，选用逆变器的价格为0.45元/W。经核算超配比例从1提升至1.25的时候LCOE降低了约1.3%，还是非常显著的。在进行超配的同时也显著降低了初始造价成本，对电站整体经济性是利好的。因此超配也是通过系统设计进行降本增效的杀手锏之一。
在市场比较成熟的美国光伏市场，光伏电站超配已经成为常态，组串式逆变器由于直流接口端子的限制一般配置为1.2，集中式逆变器一般配置为1.2至1.4。系统超配设计平衡直流和交流负载，最小化削峰的损失，也维持了随着组件功率衰减降低的直流负载量至一个可以有效匹配逆变器输入的水平。
本文总结了逆变器与光伏组件的匹配设计时需要考虑的主要因素：技术因素，气象因素和LCOE影响。也由此可见超配是光伏系统设计中常用的方法，但是也在此提醒，硬件的过载能力是超配比例的决定性因素，切勿在不了解逆变器性能的情况下盲目超配，引入不必要的安全隐患。
[1] Burger B.Rüther R., 2006, Inverter sizing of grid-connected photovoltaic systems in thelight of local solar resource distribution characteristics and temperature, J.Solar Energy n° 80, pp. 32–45.
[2] Schmidt, H.,Burger B., Kiefer, K. 2007; Wechselwirkungen zwischen Solarmodulen und Wechselrichtern,Frauenhofer_Institutfür Solare Energiesysteme – ISE, Freiburg.
[3] D.L.Staebler & C.R.Wronski,“Reversible Conductivity Changes in Discharge-Produced Amorphous Si”, Appl.Phys. Lett. 31, 1977, pp. 292-294.
责任编辑：周泉
【阿波罗名家谈】当逆变器遇上MPPT，真能分分钟提升光伏转换效率？
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