選擇系統規模:超配 (Oversizing) 在北半球及其他地方的必要性與獲利能力

Nitsana Bellehsen
資深內容經理,歐洲 / Nitsana Bellehsen
19-03-2022

您能為客戶和客戶財產所做最棒的事,就是協助他們在一天中每個時刻皆最大化太陽能發電量,並延續至未來的 20、25、30 年。何種規模的系統最能達成這項目標?

超配或不要超配...這正是問題所在

超配是太陽能業者時常談及的詞彙之一,它具有正面意義,目的是協助我們更妥善運用自身太陽能系統的優勢。這裡的「我們」特別是指生活在北半球的居民,不過其他地方也同樣適用。

但什麼是超配?真的對我們有益嗎?

不論您是已經瞭解背後原理、對其一無所知且害怕提問,或對此前所未聞,我們都先來談談直流超配。

系統規模

在討論超配前,我們先從更廣的角度來看:如何選擇系統規模。

安裝新的太陽能系統時,首先提出的問題會是:我的屋頂最適合哪種規模的系統?換句話說,也就是:我該安裝多少個太陽能模組?要回答這些問題,我們需要幾個數據:

  1. 太陽能系統整年的潛在發電量

  2. 未來的發電量,以及太陽能系統的規模將對您或您的資產所造成的影響

  3. 您預期的未來能源用量

  4. 當地 DNO(允許您將太陽能系統連接至其電網的業者 – 英國適用)允許的規模。多數情況下,您需要取得許可才能容量大於 3.68kW 的變流器,此數值可作為最大 AC 功率的參考值。

以此為前提,專家就會建議我們安裝與變流器大小剛好匹配的系統,對吧?老實說並不一定,而且機率不高。

事實上,在屋頂安裝更多模組對許多系統而言確實合理,對生活在北半球-特別是陽光不太露臉的英國居民尤其如此。

當安裝的系統可提供的能源高於變流器可轉換的能源,就稱為超配。

系統超配究竟代表什麼?

超配表示系統產生的 DC 功率超過變流器可有效轉換成 AC 能源的容量。

表面來看,這似乎不合常理。輸入的 DC 功率和輸出的 AC 功率難道不該相等嗎?如果模組隨時都以最大輸出發電,這項敘述就能成立。但事實並非如此。為了協助變流器盡可能達到最大產出,讓 DC 容量高於 AC 容量確實有其道理。

要真正瞭解此原理,我們先來看看系統超配時會發生什麼事。

系統輸出圖

如您所知,太陽能發電量並非總是相等。太陽能系統一天中只有幾個小時能以最大容量發電。這表示在剩餘的小時中,系統的發電量只能達到總量的 x%。如同下圖所示。

變流器唯一能以最大容量發電的時間就是上方曲線的最高點。在一天中剩餘的時間內,系統的發電量會低於最大容量,這表示功率會流失在圖表或天空中。但當系統超配時,一天可產生的電量會增加,每個模組所獲得的能源也就更高,如同下圖所示:

System output diagram

System output diagram

導致模組無法達到最大輸出的其他原因

圖示的模組運作容量是以理想的實驗室情況定義。但現場不一定能達到同樣結果,這表示一般來說,即使是在尖峰時刻,模組也未必產出與上述相同的發電量。

會影響模組性能的因素包括:

    • 溫度
    • 時間
    • 日照角度
    • 雲層
    • 一年中日照高度的變化
    • 花粉、塵土、鳥糞、藻類、地衣或其他髒汙

    在真實世界中,有許多因素會阻礙太陽能發電性能。透過增加額外模組讓更高的 DC 功率輸出至變流器,就能提高一整年的整體輸出。

    豔陽高照的炎熱天氣對太陽能發電來說並非好事

    太陽能模組會在製造時針對 25°C 下的性能進行測試;模組因夏季的炎熱日照而升溫時,效率即會隨之下降。當溫度高於 25°C,太陽能模組的性能就會依溫度係數的值下降(每個太陽能電池的數值不同)。例如:若溫度係數為 -0.5% 且模組在 25°C 下測試,溫度每升高一度時,模組的輸出功率將減少 0.5%。若模組溫度達到 45°C,最大輸出功率就會下降 10%(20x0.5%)。

    北半球冬天的太陽能發電

    模組的溫度問題雖然顯示陣列可在較涼爽的冬日陽光下產出更高電量,但一年中最冷的月份日照時數同樣也比較短。而日照角度較低,也表示太陽能系統的性能將下降,這也會導致變流器無法以完整容量運作。

    多雲天氣

    英國的天氣出了名的陰鬱。事實上,天氣是許多人家最常談論的話題。簡單來說,陰天無法為太陽能系統提供最佳的發電條件。太陽能模組在雲層和直射陽光下的性能會有所差異,好比車輛以 10mph 行駛相對於以 60mph 行駛。在雲層密佈時,超配就能派上用場。即使是陰天,只要發電潛力越高(模組越多),就越能達到與變流器容量相等或接近的發電量。請捫心自問,英國一年中有幾天是陰天?

    東/南/西/北

    太陽的位置會在一天之中不斷變換,因此確保達到最大發電量的最佳方式就是在打造太陽能陣列時,讓模組盡可能面向不同角度。

    視太陽的位置而定,每個角度都會在一天中的不同時間點達到峰值。超配可以產生更多能源,提高太陽能系統一天中發揮作用的時數,讓屋頂的可用空間和變流器的容量獲得最大運用。

    延長太陽能系統以最大性能運作的時間

    上述所有原因都會影響系統一天的峰值發電能力,但超配可幫助太陽能系統達到變流器可處理的最大電量,在一天中維持數小時。這有助於屋主從系統獲得更多能源,同時讓企業體削減營運成本。超配雖然會在情況良好且系統達到峰值發電能力時產滿載損失(產生能源但並未轉換成 AC 功率),但其他時間所產生的額外發電量仍遠超於流失量,能增加系統業主 12 個月的發電量。

    DC 耦合 (DC Coupled) 電池讓超配成為更棒的選擇

    隨著 SolarEdge 推出能安裝至 SolarEdge 系統的強大 DC 耦合電池 Energy Bank,我們就能減少因超配系統產生的滿載損失。Energy Bank 的能源轉換率低於 AC 電池,因此能保留更多能源,甚至為客戶省下更多成本。

    它如何提供幫助?以實際範例說明。

    每個系統都面臨許多變數,因此彼此不盡相同。有多少日照?多少個模組?地理位置如何?屋頂方向、區域遮蔭、天候、滯留在模組上的鳥類...這些都會影響,但有一項是安裝於英式住宅的裝置最常見的問題:模組皆面朝相同方向。

    安裝 12 個模組:系統發電量為 12 x 350w = 4.2 kWp。使用一個符合 G98 標準的 3.68kW 變流器,超配 14%。預估年發電量為 4250kWh。

    So how does it add up? A real example.

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    但如果安裝 16 個模組:系統發電量為 16 x 350w = 5.6 kWp。使用同一個符合 G98 標準的 3.68kW 變流器,但系統超配 52%。預估年發電量為 5590kWh。

    So how does it add up? A real example.

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    使用的是相同的變流器,但僅增加 4 個太陽能模組。

    就能讓年發電量增加約 31%,同時減少家戶需向能源公司購買的電力,並減少更多二氧化碳排放量。

    考量到造成太陽能系統一年之中發電量不同的所有原因,善用變流器的完整潛力和超配特點就十分合理。對於日照時數少且太陽高度較低的北半球居民而言,超配能讓可用能源發揮更大優勢。

    但我們必須選擇超配容量高的變流器,並非所有變流器都符合需求。SolarEdge 變流器可達到不同的超配比。最新的 SolarEdge 住家用變流器可超配 200%。按下此處深入瞭解 SolarEdge 的產品和服務,並按下此處瞭解我們的變流器。