如何降低系统投资成本，提升投资收益，是光伏电站系统设计和优化的主要目标之一。欧美国家对光伏系统精细化设计研究较早，其中关于组件容量与逆变器容量的配比方案和应用，也已引起了国内业主、设计院和行业专家的关注。
“过去，光伏系统的容量按直流功率定义，而现在则按并网交流功率，过去光伏-逆变器容量比为1：1，现在为1.2：1，甚至更高”这是国内光伏行业著名专家王斯成老师在2014年的一次研讨会上给大家介绍的，同时王老师进一步分析说：“通过提高容配比，如10MW光伏电站超配到12MW，每年可增加收益256万元，新增投资IRR（内部收益率）大于28%。
光伏组件容量和逆变器容量比，习惯称为容配比。光伏应用早期，系统一般按照1:1的容配比设计。在应用研究中发现，以系统平均化度电成本（LevelizedCostOfElectricity,LCOE）最低为标准衡量系统最优，在各种光照条件、组件铺设倾斜角度等情况下，达到系统最优的容配比都大于1:1。也就是说，一定程度的提升光伏组件容量，有利于提升系统的整体经济效益，这就是我们谈的组件超配。
一、系统容配比主要影响因素
合理的容配比设计，需要结合具体项目的情况，综合考虑，主要影响因素包括辐照度、系统损耗、组件安装角度等方面，具体分析如下。
1、不同区域辐照度不同
根据国家气象局风能太阳能评估中心划分标准，将我国太阳能资源地区分为四类，不同区域辐照度差异较大。即使在同一资源地区，不同地方的全年辐射量也有较大差异。例如，同是I类资源区的西藏噶尔和青海格尔木，噶尔的全年辐射量为7998MJ/m2，比格尔木的6815MJ/m2高17%。意味着相同的系统配置，即相同的容配比下，噶尔地区的发电量比格尔木高17%。若要达到相同的发电量，可以通过改变容配比来实现。
2、系统损耗
光伏系统中，能量从太阳辐射到光伏组件，经过直流电缆、汇流箱、直流配电到达逆变器，当中各个环节都有损耗。如图1所示，直流侧损耗通常在7-12%左右,逆变器损耗约1-%，总损耗约为8-13%(此处所说的系统损耗不包括逆变器后面的变压器及线路损耗部分)。
也就是说，在组件容量和逆变器容量相等的情况下，由于客观存在的各种损耗，逆变器实际输出最大容量只有逆变器额定容量的90%左右，即使在光照最好的时候，逆变器也没有满载工作。降低了逆变器和系统的利用率。
3、组件安装角度
不同角度安装的组件所接收到的辐照度不同，如分布式屋顶多采用平铺的方式，则相同容量的组件，输出能量比有一定倾角的低。
二、补偿超配与主动超配
由上分析可见，选择合适的系统容配比需要考虑诸多因素，为了进一步说明这个问题，这里将超配分为两部分，一是通过提高组件容量，补偿各种原因引起的损耗部分，使逆变器的实际输出最大功率达到逆变器的额度功率，定义为补偿超配。同时进一步提高组件的容量，提高系统满载工作时间，定义为主动超配。主动超配时，系统在中午光照较好时段存在一定时间的限功率运行，但系统的LCOE达到最低值,即收益最大化。
1、补偿超配
由于光伏系统中的系统损耗客观存在，通过适当提升组件配比，补偿能量在传输过程中的系统损耗，使得逆变器可达到满功率工作的状态，这就是光伏系统补偿超配方案设计思路。
如图所示，通过将容配比从1:1提升到1.1:1，使得逆变器在光照最好的时候能达到满载输出。提高了逆变器的利用率。也降低了系统每W的成本。
2、主动超配
在补偿超配使得逆变器部分时间段达到满载工作后，继续增加光伏组件容量，通过主动延长逆变器满载工作时间，在增加的组件投入成本和系统发电收益之间寻找平衡点，实现LCOE最小，这就是光伏系统主动超配方案设计思路。
如图所示，在主动超配的情况下，由于受到逆变器额定功率的影响，在组件实际功率高于逆变器额定功率的时段内，系统将以逆变器额定功率工作；在组件实际功率小于逆变器额定功率的时段内，系统将以组件实际功率工作。最终所产生的系统实际发电量曲线将出现如图所示的“削顶”现象。
主动超配方案设计，系统会存在部分时间段内处于限发工作，此段时间内逆变器控制组件工作偏离实际最大功率点。但是，在合适的容配比值下，系统整体的LCOE是最低的，即收益是增加的。
补偿超配、主动超配与LCOE关系如下所示，LCOE随着容配比的提高不断下降，在补偿超配点，系统LCOE没有到达最低值，进一步提高容配比到主动超配点，系统的LCOE达到最低。再继续提高容配比后，LCOE则将会升高。因此，主动超配点是系统最佳容配比值。
通过合理的超配方案设计，可以实现对光伏系统的优化，发电量进一步提升，系统平均化度电成本（LevelizedCostOfElectricity,LCOE）进一步降低，投资方整体收益进一步提升。
在组件超配方案设计中，需要考虑当地光照条件、系统损耗、铺设倾斜角度等因素的影响，同时，逆变器的性能和选型也十分重要。集中型逆变器由于单机容量大，过载能力强，比组串型逆变器更适于超配。此外，超配后由于接入逆变器的组件容量提高了，会不会超过逆变器的运行范围，造成逆变器长期过载运行而影响逆变器安全？限功率运行时，直流电压会不会超过逆变器的允许范围？带着这些疑问，我们做了详细分析。
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三、集中型逆变器设计超配方案更灵活
在光伏系统设计中，光伏组件是以组串为单位接入逆变器的。以常见的地面电站为例，一般每串22块组件，以每块组件为250Wp计算，也就是每个组串的功率为5500W。在系统设计中，不论是否进行超配，不论是选用集中型还是组串型，方案都必须满足每个逆变器所接入的组件容量为5500W的整数倍数这一基本要求。
以国内市场上主流的30KW额定功率的组串逆变器、和500KW额定功率的集中逆变器，可实现超配的容配比方案进行比较，如表1。
表1：组串型和集中型逆变器在相同容配比范围内可实现的超配方案对比
| |
单机额定功率 |
可接入组串数 |
接入组件总功率 |
容配比 |
可选方案数量 |
| 组串型 |
30kW |
5串 |
27.5kW |
0.92 |
4种 |
| 6串 |
33.0kW |
1.10 |
| 7串 |
38.5kW |
1.28 |
| 8串 |
44.0kW |
1.47 |
| 集中型 |
500kW |
84串 |
462.0kW |
0.92 |
53种 |
| 85串 |
467.5kW |
0.94 |
| ... ... |
| 91串 |
500.5kW |
1.00 |
| 92串 |
506.0kW |
1.01 |
| ... ... |
| 136串 |
748.0kW |
1.50 |
如表1所示，在容配比（容配比=组件功率/逆变器额定功率）0.92到1.50之间，30KW的组串逆变器可现实4种方案，500KW的集中逆变器可实现53种方案；也就是说，在容配比1.5以下，选用30KW的组串型逆变器仅有3种超配方案设计，选用500KW的集中型逆变器则可以有46种超配方案设计，可以满足不同项目配置的需要。
另外，部门厂家的组串式逆变器，直流输入端子数量都是按照标准额定容量配置的，无法接入更多的组串数量，尤其是针对光照资源较差的二三类区域，容配比可以相对较大的情况下，由于输入端子数量的限制，根本无法实现最优的容配比，而采用集中型逆变器方案中，因为有直流汇流箱对组串的汇流环节，可接入的组串数量基本不受限制，进行超配方案时非常灵活。
四、超配对逆变器的影响
超配时，由于组件容量超过逆变器容量，对逆变器的安全运行有哪些影响呢？
1、逆变器是否会过载运行
补偿超配时，去除系统损耗后，逆变器实际输出的最大功率等于逆变器的额度功率，在逆变器的正常工作范围内，这很容易理解。而主动超配时，去除系统损耗后，若组件都工作在最大功率点，则将超过逆变器额度功率，会造成逆变器过载运行，甚至会超过逆变器的工作范围到达逆变器过载保护点，这是不允许的。如何解决这个问题呢？唯一的办法只有限制组件的输出，也就是通过逆变器控制，使得组件输出偏离最大工作点，以确保逆变器输出不超过其额度功率。由此可见，超配仅增加了逆变器满载运行的时间，提高了逆变器的利用率。逆变器不会过载运行，也就不会超过逆变器的运行范围。
2、限功率运行时会有哪些影响
由组件输出特性可知，在主动超配时，由于系统部分时间段内出现了限功率运行，逆变器控制组件输出偏离最大功率点，如下图所示，当工作点由A点向右偏离到C点时，组件输出电流减小，输出电压将升高。
主动超配中限功率运行时，组件工作点偏离
由图1曲线可见，当超配的功率越大，被限制的功率也就越大，每块组件的输出电流越小，组件工作点越向右偏移，电压越大，也就是说，超配功率越大，输出电压越高。通过分析计算，可获得不同容配比下逆变器实际工作电压如表2所示。可见，当容配比为1.5倍时，逆变器实际工作电压电压从MPPT电压673V抬升到770V，在逆变器的允许工作范围内。也就是说，即使在超配1.5倍时，系统的直流电压也不会影响逆变器的安全运行。
五、总结
通过分析，在系统超配设计过程中，逆变器的选型十分关键，集中式逆变器由于单机容量与单个组串容量比值大，过载能力强，因此可方便的进行不同比例的配置，设计灵活，满足不同区域容量各异的要求。同时，合理的超配对逆变器及系统的正常工作没有任何影响，不会超过逆变器的安全运行范围。
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