CN108733920B - 一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法，通过分析代表地区环境温度、辐照强度对逆变器元器件工作温度的影响，结合光伏组件与逆变器容配比，建立光伏逆变器元件工作温失效概率的计算方法；同时分析辐照强度对容配比影响，综合发电量超配损失、逆变器初始成本、逆变器失效后更换成本三点设计光伏组件与逆变器最优容配比。本发明通过综合光伏逆变器效率，失效概率与系统硬件成本，提出最优光伏发电成本的组件、逆变器匹配方法，避免考虑某一单独因素造成系统可靠性低或综合成本过高问题，为光伏系统精细设计提供了新思路。

Description

一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法

技术领域

本发明涉及一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法，属于光伏系统的优化设计技术领域。

背景技术

光伏组件与逆变器容配比的合理设计将降低光伏系统投资成本，提升系统发电性能。目前容配比设计通常只考虑光伏系统所在地辐照条件，从功率匹配、与逆变器初始成本分析，建立优化方法。而逆变器可靠性与寿命是影响其生命周期内成本的重要因素，电力电子设备的生命周期的可靠性很大程度上取决于运作温度,以及输入光伏组件负荷和环境条件。在逆变器中，风扇和散热片是用来减轻加热组件温度为了提高长期可靠性，光伏逆变器的平均故障间隔时间(MTBF)有关与其元器件工作温度相关。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法，综合考虑光伏逆变器效率，失效概率与系统硬件成本，避免考虑某一单独因素造成系统可靠性低或综合成本过高问题，为光伏系统精细设计提供了新思路。

为达到上述目的，本发明提供一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法，包括以下步骤：

1)当辐照度不变、组件温度上升时，获取组件实际工作的电流和电压，分析组件温度对组件输出功率的影响；

2)对典型地区年辐照强度采样，分析典型地区辐照强度对组件输出功率的影响；

3)考虑组件温度和辐照强度对发电量的影响，计算最佳功率点的电流I_m和电压V_m以及短路电流I_sc和开路电压V_oc；

4)根据步骤3)的计算结果，求解任意时刻光伏电站的实际输出功率P_m以及发电量Q，从而得到主动超配的初始容配比R_m；

5)计算不同环境温度、负载率下IGBT温升；

6)根据步骤5)的IGBT温升，计算IGBT实际工作温度寿命；

7)计算不同环境温度、负载率下电容的温升；

8)运用阿伦纽斯模型计算电容寿命；

9)考虑波纹电流影响以及环境温度与电容实际工作温度之间的关系，对电容寿命进行修正；

10)结合LCOE建立系统配比优化模型；

11)比较IGBT与电容寿命，取IGBT与电容寿命小者为逆变器超配后负载率上升后的有效寿命，将逆变器初始成本以及逆变器失效后更换成本代入系统配比优化模型中，分析逆变器失效对超配设计的影响；

12)以步骤4)中的主动超配的初始容配比作为起始容配比，以单位组件为步长进行超配，至度电成本明显上升结束计算，通过比较不同容配比下的度电成本，以最小度电成本为原则获得最优容配比设计。

前述的步骤3)中，计算如下：

其中，I_sc为组件的短路电流，V_oc为组件的开路电压，I_m为组件最佳功率点电流，V_m为组件最佳功率点电压，I_sc,ref为STC下组件的短路电流，S_ref为STC下辐照强度，即1000W/m²，S为任意时刻的辐照强度，V_oc,ref为STC下的开路电压，I_m,ref为STC下的最佳功率点电流，V_m,ref为STC下的最佳功率点电压，ΔT为组件温度与25℃的差值，α为电流温度系数，β为电压温度系数，c为电压随辐照的变化系数，

其中，S₂₀₀为200W/m²辐照度；V_oc,200为200辐照下的开路电压。

前述的步骤4)中，光伏电站的实际输出功率P_m为：

其中，η_{PR_DC}为考虑组件温度及辐照因素的直流侧效率，n为光伏电站的组件个数；

发电量Q为：

其中，H_A为实际水平面太阳能总辐照量，h为峰值小时数，根据辐照强度分布统计按每个时间点的辐照强度叠加，以每小时为统计量，将每天、每月、每年按照每小时累加，C为装机容量，E_s为标准条件下的辐照度，η_PR为系统效率；

主动超配的初始容配比R_m为：

其中，P_stc为组件标称功率。

前述的步骤5)中，不同环境温度、负载率下IGBT温升计算如下：

ΔT_j＝T_j-T_a＝P_d×R_θ,jc+P_d×R_θ,cs+P_tot×R_θ,sa (20)

其中，ΔT_j为IGBT温升，T_j为IGBT结温，T_a为环境温度，P_d为IGBT总损耗，R_θ,jc为管芯至管壳热阻，R_θ,cs为管壳至散热器间的接触热阻，R_θ,sa为散热器至环境的热阻，P_tot为散热器上总损耗。

前述的步骤6)中，IGBT实际工作温度寿命计算如下：

其中，N_f表示IGBT寿命，T_jmax是最大结温，f表示循环频率，K_B是玻尔兹曼常数，K_B＝1.38×10^-23J/K，E_a为激活能，E_a＝0.42eV，A、α、β为常数，A＝310、α＝0.4、β＝2。

前述的步骤7)中，电容的温升模型为：电容的壳温表示为环境温度、散热器温升和由损耗引起的电容温升三者之和：

其中，T_c'为电容的壳温，T_s为散热器温度，P_c为电容的功率损耗，R'_θ,cs为电容至散热片的热阻，I_c为电容电流，R_ESR为电容器的等效串联电阻。

前述的步骤8)中，电容寿命计算如下：

其中，L为电容寿命，L₀为额定电压下最大工作温度处的电容寿命，T₀为电容最大工作温度，K为周围环境加速系数。

前述的步骤9)中，电容寿命修正如下：

其中，L'为修正后的电容寿命，ΔT'＝I_c ²×R_ESR×R'_θ,cs为电容至散热器的温升。

前述的步骤10)中，系统配比优化模型为：

其中，LCOE为度电成本，I₀是系统的初始投资，C_m是贴现后的系统残值，A_n是第n年的运营成本，T_n是系统其他的费用，而Q是系统第n年的发电量，N为折旧期，d为贴现率，

运营成本A_n包含总土地租赁费、总运维费、总贷款还款、总共缴纳的增值税、总共缴纳的附加税和总共缴纳的所得税。

本发明达到的有益效果为：

本发明通过综合光伏逆变器效率，失效概率与系统硬件成本，提出最优光伏发电成本的组件、逆变器匹配方法，避免考虑某一单独因素造成系统可靠性低或综合成本过高问题，为光伏系统精细设计提供了新思路。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为超装前后逆变器平均输出功率曲线对比；

图3为实施例中不同容配比下LCOE变化曲线。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的基于失效概率与系统效率的光伏组件、逆变器最优容配比设计，具体如下：

1)当辐照度不变、组件温度上升时，获取组件实际工作的电流和电压，分析组件温度对组件输出功率的影响；当辐照度不变、光伏组件温度上升时，由于温度的升高降低了半导体的禁带宽度，需要更多的光子去激发电子空穴对，短路电流会轻微上升，电压降低，输出功率下降。由于温度参数的影响，使光伏组件较于STC标准条件下，输出功率明显下降。由此可见，温度是影响光伏组件性能的主要因素，也是影响光伏组件输出功率的主要因素。

2)根据江苏地区年总辐照强度，获得不同辐照强度的分布占比，可知江苏地区低于200W/m²辐照强度的比例大约为38％左右。在低辐照条件下，光伏组件的短路电流和电压参数显著降低。组件在早晚工作时间内由于弱光因素导致的发电量极低，一天中大部分时间由于低辐照导致电站组件阵列的输出功率都达不到逆变器的额定功率。所以日照资源的日小时平均辐照量的分布趋势对光伏组件与逆变器容量配比具有重要影响。

3)考虑组件温度和辐照强度对发电量的影响，得到组件最佳功率点的电压和电流以及短路电流和开路电压计算模型，即：

其中，I_sc为组件的短路电流，V_oc为组件的开路电压，I_m为组件最佳功率点电流，V_m为组件最佳功率点电压，I_sc,ref为STC(标况下：辐照1000W/m²，25℃)下组件的短路电流，S_ref为STC下辐照，1000W/m²，S为任意时刻的辐照，W/m²，V_oc,ref为STC下的开路电压，I_m,ref为STC下的最佳功率点电流，V_m,ref为STC下的最佳功率点电压，ΔT为组件温度与25℃的差值，α为电流温度系数，β为电压温度系数，c为电压随辐照的变化系数，如下式：

其中，S₂₀₀为200W/m²辐照度；V_oc,200为200辐照下的开路电压。

4)利用考虑组件温度和辐照强度后的组件最佳功率点的电压和电流以及短路电流和开路电压，根据以下计算模型求解任意时刻光伏阵列电站的实际输出功率。

对于整个光伏电站的输出功率计算，等于单个组件实际输出功率乘以组件个数，如下：

P_m＝I_m×V_m×n (6)

将式(2)、(4)代入上式，得：

其中，n为光伏电站的组件个数，P_m为整个光伏电站的输出功率，η_{PR_DC}为考虑组件温度及辐照因素的直流侧效率。

值得解释的是，α为电流温度系数，β为电压温度系数，c为电压随辐照的变化系数，由于在η_{PR_DC}中考虑了温度和辐照影响，就省略了α，β，c这三个温度辐照影响系数，即得到式(7)。

计算光伏电站综合系统效率η_PR，包括：灰尘及遮挡带来的功率损失、温度带来的功率损失、串并联的功率损失、直流线损、逆变器损耗、交流线损、变压器损耗，均可以由实验测量得到。常用光伏电站η_PR的计算方法由式(8)求得：

η_PR＝(1-η_shield)(1-η_temp)(1-η_dispatch)(1-η_DCcable)(1-η_inverter)(1-η_ACcable)(1-η_trans) (8)

其中，η_shield为灰尘及遮挡带来的功率损失，η_temp为温度和辐照带来的功率损失，η_dispatch为串并联的功率损失，η_DCcable为直流线损，η_inverter为逆变器损耗，η_ACcable为交流线损，η_trans为变压器损耗。

功率在传输至逆变器时，考虑组件温度及辐照因素的影响，其直流侧的效率为：

η_{PR_DC}＝(1-η_shield)(1-η_dispatch)(1-η_DCcable) (9)

主动超配的初始容配比为：

式中，P_stc为组件标称功率。

下式为整个系统的发电量：

定义C＝I_m,ref×V_m,ref×n×h，将

表示为

最终整合简化得到：

式中，Q为整个光伏系统的发电量，单位kWh，H_A为实际水平面太阳能总辐照量，h为峰值小时数，根据辐照强度分布统计按每个时间点的辐照强度叠加，以每小时为统计量，将每天、每月、每年按照每小时累加，C为装机容量，E_s为标准条件下的辐照度，1kWh/m²。

由图(2)组件超配前后逆变器的输出功率曲线可知，，P_max＞P_m'_ax，T₂，T₁之间的曲线为超配后的逆变器输出曲线，P_max为超配后逆变器的最大输出功率，T₂'，T₁'之间的曲线为超配前的逆变器输出曲线，P_m'_ax为未超配时逆变器的最大输出功率，逆变器更多时间处于额定最大功率工作状态，逆变器和变压器设备利用率有效提高。由T₂-T₁＞T₂'-T₁'可知超配后的逆变器工作时间更长。由于逆变器需在直流输入功率达到其启动阈值后才能启动，在同样的辐照强度下，超配后光伏电站的光伏组件可输出更高功率，尤其在早晚时段，因此可以获得更好的发电量收益。

5)基于以上分析，提高光伏电站容配比对提升光伏发电收益、设备利用率具有重要意义。但容配比并不是越大越好，当容配比超过一定数值时，由超配所带来的发电量收益与超配引起的电站投资成本增加的平衡被打破，从而引起电站成本上升，收益下降。另一方面负载率上升增加了组件直流端损耗的加剧，降低了设备的使用寿命，失效概率增加。因此本发明基于逆变器失效概率和光伏发电系统的平准化电力成本(Levelized Cost ofElectricity,简称LCOE)，提出一种光伏发电系统的最佳组件与逆变器容量配比优化设计的方法。

6)通过分析环境温度与辐照强度对逆变器元器件工作温度的影响，结合光伏组件与逆变器容配比，建立光伏逆变器元件工作温度失效概率的计算方法。在逆变器失效中，电容率和IGBT失效率相当高。现给出不同环境温度、负载率下IGBT温升模型：

对于稳定的元器件功耗P，由稳态热阻R_θ定义可知：

其中，P为元器件功率耗，R_θ为稳态热阻，ΔT为温度差。

对于稳态传热过程，可以利用稳态热阻计算IGBT结温T_j，壳温T_c，散热器温度T_s。根据半导体热阻原理可知，元器件总热阻等于其管芯的热量传递到周围环境的传热途径上所有环节的热阻的总和。

当功率消耗与功率耗散相等时的稳态结温为：

T_j＝ΔT_j+T_c＝P_d×R_θ,jc+T_c (14)

T_c＝P_d×R_θ,cs+T_s (15)

T_s＝P_tot×R_θ,sa+T_a (16)

其中，P_d为IGBT总损耗，R_θ,jc为管芯至管壳热阻，℃·W^-1，R_θ,cs为管壳至散热器间的接触热阻，R_θ,sa为散热器至环境的热阻，T_a为环境温度，P_tot为散热器上总损耗。

近似地认为逆变器地所有能量通过散热片散发出去，所以散热器上总损耗即为逆变器整机总损耗，即：

P_tot＝P_in-P_out＝I_in×U_in-I_out×U_out (17)

其中，P_in为逆变器直流端输入功率，P_out为逆变器交流端输出功率，I_in为逆变器直流端输入电流，U_in为逆变器直流端输入电压，I_out为逆变器交流端输出电流，U_out为逆变器交流端输出电压。

通过一次实验可以测得散热器温度T_s和环境温度T_a，可以求得散热器至环境的热阻为：

对0℃～+60℃下5℃为步长进行多次测量并计算，求得散热器至环境的平均热阻为：

R_θ,sa＝0.0733℃·W^-1。

同理可以列出管壳至散热器间的接触热阻：

但是由于逆变器温度随着逆变器元器件功率损耗的增加而升高，而元器件结温的升高又将导致损耗的增加，温度和损耗是个相互作用的过程。IGBT损耗P_d无法单独确定，不能直接求出R_θ,cs，要利用循环迭代的方法最终确定损耗以及管壳至散热器间的接触热阻。利用excel循环迭代的方法可以方便快捷地确定IGBT损耗P_d以及管壳至散热器间的接触热阻R_θ,cs。

计算最大与最小结温差，即管芯结温与环境温度之差：

ΔT_j＝T_j-T_a＝P_d×R_θ,jc+P_d×R_θ,cs+P_tot×R_θ,sa (20)

7)建立IGBT实际工作温度寿命预测模型。IGBT寿命预测方法一般通过雨流分析之后，使用功率器件的寿命模型。公式如下：

其中：N_f表示IGBT寿命，ΔT_j是最大和最小结温之间的差值；T_jmax是以开尔文为单位的最大结温；f表示循环频率，f定义为1个周期/循环中的开通关断变化周期；K_B是玻尔兹曼常数，K_B＝1.38×10^-23J/K；E_a为激活能，E_a＝0.42eV；A、α、β为常数，A＝310、α＝0.4、β＝2。

计算模型显示IGBT的寿命与温度相关性较大，负载率上升导致的结温升高会影响到IGBT的失效概率。

8)建立不同环境温度、负载率下电容的温升模型。由于电容下部直接与散热片接触进行散热，而热阻包含器件传输至空气上所有途径热阻的总和，所以电容的热阻也包含两部分，分别为电容至散热片的热阻R'_θ,cs及散热器至环境的热阻R_θ,sa。电解电容的壳温可以表示为环境温度T_a、散热器温升和由损耗引起的电容温升三者之和，对于电容来说，电容壳温即为电容温度，如下式所示：

其中，P_c为电容的功率损耗，I_c为纹波电流即电容电流，R_ESR为电容器的等效串联电阻，表示为电解质的温度敏感电阻、氧化物电介质的频率敏感电阻以及箔片、接头和端子等组成部分的电阻之和，

P_c＝R_ESR×I_c ²

9)电解电容是影响逆变器寿命的重要元件，对温度的有效分析十分重要。运用阿伦纽斯模型对电解电容进行寿命计算，公式如下：

其中，L为电解电容的寿命，L₀为额定电压下最大工作温度处的电解电容寿命，T₀为电容最大工作温度，K为周围环境加速系数。

考虑纹波电流影响以及环境温度与电容实际工作温度之间的关系，寿命公式修正如下：

其中，ΔT'为电解电容由于纹波电流引起的温升，ΔT'＝I_c ²×R_ESR×R'_θ,cs即电解电容至散热器的温升。

根据公式可知，当电解电容环境温度升高10℃或者自身温升升高5℃寿命会降低一半。因此温度对电解电容的寿命影响很大，对IGBT的影响相对较小，IGBT受其他不确定因素引起失效的概率较大。

10)结合LCOE建立系统配比优化设计模型，LCOE的计算如下：

其中，LCOE为平准化能源成本，简称为度电成本，表示光伏电站生命周期内生产一度电的各项成本，I₀是系统的初始投资，C_m是贴现后的系统残值，A_n是第n年的运营成本，T_n是系统其他的费用，而Q是系统第n年的发电量，N为折旧期，d为贴现率。

运营成本A_n包含总土地租赁费、总运维费、总贷款还款、总共缴纳的增值税、总共缴纳的附加税、总共缴纳的所得税等一系列成本支出。

LCOE的限定条件和影响因素很多，需要对基本参数进行设定，包含环境参数、系统参数、组件参数、设备参数、利率参数、宏观调控、国家补贴电价。初始投资包括系统基本配置、系统安装及施工、项目综合、土地租赁四大部分。其中，系统基本配置包括组件、支架、汇流箱、逆变器、变压器、开关柜、电缆等；系统安装及施工包括组件安装费用、支架和水泥基础安装费、汇流箱和逆变器安装费、场地平整、临建设施、综合楼建设等；项目综合包含项目管理与项目设计等；土地租赁为电站建设过程和生产过程中有土地需求项目并在此项中花费费用。

项目运维成本属于运营部分产生的成本费用。项目运维在光伏电站全生命周期内影响也十分显著，包含组件日常清洗、系统维护、修理与更换损坏器件、人工费用等。本发明中通过考虑逆变器失效带来的逆变器更换成本代入系统运营成本。具体做法如下：

逆变器寿命影响度电成本中的运营成本中的运维成本，比较IGBT与电容寿命，取IGBT与电容寿命较小者为逆变器超配后负载率上升后的有效寿命，将逆变器初始成本代入公式(25)中的I₀，逆变器失效后更换成本代入公式(25)中的A_n，分析逆变器失效对超配设计的影响，在运维成本中每过一个逆变器失效周期增加一次逆变器更换成本。

11)以步骤4)中的主动超配的初始容配比作为起始容配比，以单位组件为步长进行超配，至度电成本明显上升结束计算，通过比较不同容配比下的度电成本，以最小度电成本为原则获得最优容配比。

为了更加详细地说明最优容配比地设计方法，选择常州地区建立模型比较，年峰值小时数为1393h，组件安装间距为3m，土地成本按照2元/平方米/年，此后每年土地成本增长比例为2％，电价收入根据2018年Ⅲ类地区全额上网标杆电价0.75元/kWh计算。在动态LCOE计算时，折旧采用年限平均法，折旧期为20年，系统残值率为5％，另外利率参数如下：贴现率7％、增值税率17％、安装和土建增值税率11％、所得税率25％、附加税率12％。由于计算25年的经济性需要采用贴现率折合成现值计算，整个过程融资情况下经济性更优，本模型按照70％的初始建设成本贷款，贷款利率为4.9％。对于项目运维成本而言，本发明提出需要考虑逆变器使用寿命从而增加维修与更换逆变器的费用。在计算系统的初始投资时，各项成本根据调研的结果得出，按每瓦计算，见下表1。其中，系统基本配置为4.88￥/W，系统的安装及施工为0.61￥/W，项目综合为0.78￥/W。

表1容配比1:1时各项支出成本构成(80块240组件)

分析逆变器超配的经济性，提出两种比较方式，一是在系统总装机容量不变的情况下，通过提升容配比，减少逆变器的使用量；二是逆变器使用个数不变，提升容配比来增加装机容量。一般情况下光伏电站设计电站总发电量已经确定，逆变器数量稳定，本发明采用保持逆变器数量不变增加装机容量来提高容配比实现超配设计。

按照逆变器个数不变，增加装机容量提高容配比。采用10台逆变器，按照计算的初始容配比配置需要80块组件，容量为19200W，提高容配比到1.05，则装机容量增大为20160W，依次类推。通过计算得到逆变器理论寿命，按照逆变器运维成本0.3￥/W代入动态LCOE模型中得到结果如下表2：

表2不同容配比下LCOE各项参数(0.3￥/W常州)

绘制如图3，可见容配比较低与较高时，经济性都较差；常州地区当容配比在1.30-1.35左右时，经济性最优，所以常州地区适宜选择容配比为1.35左右。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)当辐照度不变、组件温度上升时，获取组件实际工作的电流和电压，分析组件温度对组件输出功率的影响；

2)对典型地区年辐照强度采样，分析典型地区辐照强度对组件输出功率的影响；

3)考虑组件温度和辐照强度对发电量的影响，计算最佳功率点的电流I_m和电压V_m以及短路电流I_sc和开路电压V_oc；

4)根据步骤3)的计算结果，求解任意时刻光伏电站的实际输出功率P_m以及发电量Q，从而得到主动超配的初始容配比R_m；

其中，光伏电站的实际输出功率P_m为：

η_{PR_DC}＝(1-η_shield)(1-η_dispatch)(1-η_DCcable)

其中，I_m,ref为STC下的最佳功率点电流，V_m,ref为STC下的最佳功率点电压，S_ref为STC下辐照强度，即1000W/m²，S为任意时刻的辐照强度，η_{PR_DC}为考虑组件温度及辐照因素的直流侧效率，η_shield为灰尘及遮挡带来的功率损失，η_dispatch为串并联的功率损失，η_DCcable为直流线损，n为光伏电站的组件个数；

发电量Q为：

其中，H_A为实际水平面太阳能总辐照量，h为峰值小时数，根据辐照强度分布统计按每个时间点的辐照强度叠加，以每小时为统计量，将每天、每月、每年按照每小时累加，C为装机容量，E_s为标准条件下的辐照度，η_PR为系统效率；

主动超配的初始容配比R_m为：

其中，P_stc为组件标称功率；

5)计算不同环境温度、负载率下IGBT温升；

6)根据步骤5)的IGBT温升，计算IGBT实际工作温度寿命；

7)计算不同环境温度、负载率下电容的温升；

8)运用阿伦纽斯模型计算电容寿命；

9)考虑波纹电流影响以及环境温度与电容实际工作温度之间的关系，对电容寿命进行修正；

10)结合LCOE建立系统配比优化模型；

11)比较IGBT与电容寿命，取IGBT与电容寿命小者为逆变器超配后负载率上升后的有效寿命，将逆变器初始成本以及逆变器失效后更换成本代入系统配比优化模型中，分析逆变器失效对超配设计的影响；

12)以步骤4)中的主动超配的初始容配比作为起始容配比，以单位组件为步长进行超配，至度电成本明显上升结束计算，通过比较不同容配比下的度电成本，以最小度电成本为原则获得最优容配比设计。

2.根据权利要求1所述的一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法，其特征在于，所述步骤3)中，计算如下：

其中，I_sc为组件的短路电流，V_oc为组件的开路电压，I_m为组件最佳功率点电流，V_m为组件最佳功率点电压，I_sc,ref为STC下组件的短路电流，S_ref为STC下辐照强度，即1000W/m²，S为任意时刻的辐照强度，V_oc,ref为STC下的开路电压，I_m,ref为STC下的最佳功率点电流，V_m,ref为STC下的最佳功率点电压，ΔT为组件温度与25℃的差值，α为电流温度系数，β为电压温度系数，c为电压随辐照的变化系数，

其中，S₂₀₀为200W/m²辐照度；V_oc,200为200辐照下的开路电压。

3.根据权利要求1的一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法，其特征在于，所述步骤5)中，不同环境温度、负载率下IGBT温升计算如下：

ΔT_j＝T_j-T_a＝P_d×R_θ,jc+P_d×R_θ,cs+P_tot×R_θ,sa (20)

其中，ΔT_j为IGBT温升，T_j为IGBT结温，T_a为环境温度，P_d为IGBT总损耗，R_θ,jc为管芯至管壳热阻，R_θ,cs为管壳至散热器间的接触热阻，R_θ,sa为散热器至环境的热阻，P_tot为散热器上总损耗。

4.根据权利要求3的一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法，其特征在于，所述步骤6)中，IGBT实际工作温度寿命计算如下：

其中，N_f表示IGBT寿命，T_jmax是最大结温，f表示循环频率，K_B是玻尔兹曼常数，K_B＝1.38×10^-23J/K，E_a为激活能，E_a＝0.42eV，A、α、β为常数，A＝310、α＝0.4、β＝2。

5.根据权利要求3的一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法，其特征在于，所述步骤7)中，电容的温升模型为：电容的壳温表示为环境温度、散热器温升和由损耗引起的电容温升三者之和：

其中，T_c'为电容的壳温，T_s为散热器温度，P_c为电容的功率损耗，R'_θ,cs为电容至散热片的热阻，I_c为电容电流，R_ESR为电容器的等效串联电阻。

6.根据权利要求5的一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法，其特征在于，所述步骤8)中，电容寿命计算如下：

其中，L为电容寿命，L₀为额定电压下最大工作温度处的电容寿命，T₀为电容最大工作温度，K为周围环境加速系数。

7.根据权利要求6的一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法，其特征在于，所述步骤9)中，电容寿命修正如下：

其中，L'为修正后的电容寿命，ΔT'＝I_c ²×R_ESR×R'_θ,cs为电容至散热器的温升。

8.根据权利要求1的一种光伏组件与逆变器最优容配比的设计方法，其特征在于，所述步骤10)中，系统配比优化模型为：

其中，LCOE为度电成本，I₀是系统的初始投资，C_m是贴现后的系统残值，A_n是第n年的运营成本，T_n是系统其他的费用，而Q是系统第n年的发电量，N为折旧期，d为贴现率，

运营成本A_n包含总土地租赁费、总运维费、总贷款还款、总共缴纳的增值税、总共缴纳的附加税和总共缴纳的所得税。

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