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光伏逆變器領(lǐng)跑者方案:MPPT之于光伏電池的作用

發(fā)布時(shí)間:2016-09-22 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】MPPT即最大功率點(diǎn)跟蹤。因?yàn)楣夥姵氐睦寐什粌H與其內(nèi)部特性有關(guān),還受環(huán)境如日照、溫度等因素的影響,其輸出特性與電池板溫度以及光照、強(qiáng)度有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,且具有非線(xiàn)性特性。

集散式方案在不改變傳統(tǒng)集中式能量匯集、集中并網(wǎng)的穩(wěn)定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)情況下,把MPPT功能從逆變器前置到匯流箱,使得每個(gè)“集散式匯流箱”(集散式方案對(duì)直流匯流設(shè)備的專(zhuān)業(yè)叫法,在“匯流箱”前面加了“集散式”以示區(qū)別)最多能做到每2路組串對(duì)應(yīng)1路MPP跟蹤,這樣一個(gè)16路進(jìn)線(xiàn)的集散式匯流箱具有8路MPPT跟蹤,如果1兆瓦方陣需要配置12臺(tái)16路進(jìn)線(xiàn)的集散式匯流箱,那么1MW方陣則具有差不多100路MPP跟蹤,相比于集中式的1MW最多只有8路MPP跟蹤,集散式大幅增加了MPPT數(shù)量,從而極大減少了并聯(lián)失配對(duì)光伏電站發(fā)電量的影響。
  
MPPT
  
MPPT(Maximum Power Point Tracing),即最大功率點(diǎn)跟蹤。因?yàn)楣夥姵氐睦寐什粌H與其內(nèi)部特性有關(guān),還受環(huán)境如日照、溫度等因素的影響,其輸出特性與電池板溫度以及光照、強(qiáng)度有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,且具有非線(xiàn)性特性。
  
根據(jù)光伏電池參數(shù),在相同溫度、不同光照條件下,光伏電池的典型I-V和P-V特性如圖1所示。
 
圖1 相同溫度、不同光照條件下,光伏電池的I-V和P-V特性
  
根據(jù)光伏電池參數(shù),在相同光照強(qiáng)度、不同溫度情況下,光伏電池的典型I-V和P-V特性如圖2所示:
 
圖2 相同光照強(qiáng)度、不同溫度情況下典型I-V特性和P-V特性
  
當(dāng)溫度相同時(shí),隨著輻照度的增加,光伏電池的開(kāi)路電壓幾乎不變;當(dāng)輻照度相同時(shí),隨著溫度的增加,光伏電池的短路電流幾乎不變??梢?jiàn)溫度變化主要影響光伏電池輸出電壓,輻照度變化時(shí)主要影響光伏電池的輸出電流。光照及溫度變化不大的情況下,光伏電池近似看作一個(gè)直流源。
  
從上述典型光伏電池的P-V特性曲線(xiàn)可以看出,為了最大的利用率,光伏電池需要運(yùn)行在不同且唯一的最大功率點(diǎn)(MPP -- Maximum Power Point)上。因此,對(duì)于所有的光伏發(fā)電系統(tǒng),應(yīng)當(dāng)尋求光伏電池陣列的最優(yōu)工作狀態(tài),以最大限度地將光能轉(zhuǎn)化為電能,最大功率點(diǎn)會(huì)唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)工作電壓,這個(gè)就是最大功率點(diǎn)電壓,因?yàn)楣夥姵仃嚵械淖畲蠊β庶c(diǎn)工作電壓會(huì)受到日照強(qiáng)度、器件結(jié)溫、外部負(fù)載等因素導(dǎo)致變化,所以MPPT功能就是實(shí)時(shí)跟蹤最大功率點(diǎn)電壓,讓光伏電池組件一直工作在最大功率點(diǎn)電壓上,使得最大限度的利用光伏電池板的發(fā)電能力。
 
多路MPPT對(duì)發(fā)電量的提升
  
因?yàn)楣夥姵仃嚵惺菃挝还夥姵亟M串組成的,每個(gè)組串都有自己的工作電壓,電壓很大概率上不一致,如果以傳統(tǒng)的集中式方案的話(huà),組串在匯流箱能量匯集時(shí)并聯(lián)會(huì)發(fā)生一次并聯(lián)失配,匯流箱到逆變器能量并聯(lián)時(shí)再發(fā)生一次并聯(lián)失配,嚴(yán)重影響光伏電池組件的發(fā)電效率。如下圖3所示,單路MPPT的情況下,光伏電池組件受到各種因素的影響,會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)波峰的情況,跟蹤到任何一個(gè)波峰都會(huì)對(duì)發(fā)電量造成損失。而如果多路MPPT的情況下,能精確跟蹤到每一個(gè)組串的特性,形成多條MPPT曲線(xiàn),使得每串光伏電池組串最大效能的發(fā)揮作用。
 
圖3 單路MPPT曲線(xiàn)對(duì)比
  
導(dǎo)致光伏組串并聯(lián)失配的因素很多,如陰影遮擋、組件出廠(chǎng)產(chǎn)品的不一致性和衰減的不一致性、光伏電池組件由于受地形所限導(dǎo)致的傾斜角不一致、光伏電站大區(qū)域內(nèi)溫度和光照不一致等等。如果采用一個(gè)MW方陣只有一個(gè)MPPT跟蹤的話(huà),則并聯(lián)失配影響會(huì)非常大。如果說(shuō)陰影遮擋、溫度/光照不一致、組件性能不一致等都是概率性因素,那在山地等復(fù)雜地形,光伏電池板安裝的傾斜角不一致導(dǎo)致的并聯(lián)損失基本上是確定性的因素了。
 
 
集散式的多路MPPT技術(shù)設(shè)計(jì),精細(xì)到每2個(gè)光伏組串對(duì)應(yīng)1個(gè)MPPT跟蹤,在集散式匯流箱再經(jīng)過(guò)升壓后穩(wěn)壓輸出,解決了并聯(lián)失配的問(wèn)題。如下圖4所示,多路MPPT能形成多條MPPT曲線(xiàn)跟蹤,每2個(gè)組串形成一個(gè)MPPT曲線(xiàn),這樣的精細(xì)化使得每2個(gè)組串都最大效能發(fā)揮作用,解決光伏電站并聯(lián)失配問(wèn)題,大大提升光伏電站的發(fā)電量,從而大大提升電站的收益。
 
圖4 多路MPPT曲線(xiàn)
  
有研究機(jī)構(gòu)曾經(jīng)用軟件對(duì)多路MPPT的效果進(jìn)行了實(shí)測(cè),選取了內(nèi)蒙的一個(gè)光伏電站現(xiàn)場(chǎng),其測(cè)試得出結(jié)論,多路MPPT確實(shí)能提升不少發(fā)電量。
 
圖5 多路MPPT軟件測(cè)試效果圖
  
上圖5是監(jiān)控軟件截圖,從圖中看出功率單元2和功率單元3的輸出功率一致,而功率單元2和功率單元3的輸入電壓卻相差很大(單元2的輸入電壓621V,單元3的輸入電壓586V),充分證明了即使是相同電池串的配置,也可能由于電站現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境而導(dǎo)致最大功率點(diǎn)電壓不一致。
  
小結(jié)
  
隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)日新月異的發(fā)展,從原來(lái)傳統(tǒng)的集中式每個(gè)1MW方陣最多只有8路MPPT發(fā)展到集散式的1MW方陣具有200路MPPT,是人類(lèi)追求卓越,精益求精的真實(shí)寫(xiě)照。集散式方案從數(shù)量級(jí)上提升了MPPT數(shù)量,極致的精細(xì)化最大功率點(diǎn)跟蹤,極大的減少了光伏電站電池組件的并聯(lián)失配問(wèn)題,從很多機(jī)構(gòu)測(cè)試得出的數(shù)據(jù)來(lái)看,至少能提升3%的發(fā)電量。如果在山地、領(lǐng)跑者基地、屋頂彩鋼瓦項(xiàng)目等,提升的發(fā)電量會(huì)更高,更加適合地形復(fù)雜,光伏電池板傾斜角無(wú)法安裝一致的項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
  
大江東去浪淘沙,相信集散式方案會(huì)在光伏并網(wǎng)電站中占有很重要的一席之地。

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