光伏逆變器方案：MPPT之于光伏電池的作用分析

集散式方案在不改變傳統集中式能量匯集、集中并網(wǎng)的穩定拓撲結構情況下，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”（集散式方案對直流匯流設備的專(zhuān)業(yè)叫法，在“匯流箱”前面加了“集散式”以示區別）最多能做到每2路組串對應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數量，從而極大減少了并聯(lián)失配對光伏電站發(fā)電量的影響。

mppt

mppt（Maximum Power Point Tracing），即最大功率點(diǎn)跟蹤。因為光伏電池的利用率不僅與其內部特性有關(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、強度有很強的關(guān)聯(lián)性，且具有非線(xiàn)性特性。

根據光伏電池參數，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

根據光伏電池參數，在相同光照強度、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 相同光照強度、不同溫度情況下典型I-V特性和P-V特性

當溫度相同時(shí)，隨著(zhù)輻照度的增加，光伏電池的開(kāi)路電壓幾乎不變；當輻照度相同時(shí)，隨著(zhù)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，光伏電池需要運行在不同且唯一的最大功率點(diǎn)(MPP -- Maximum Power Point)上。因此，對于所有的光伏發(fā)電系統，應當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化為電能，最大功率點(diǎn)會(huì )唯一對應一個(gè)工作電壓，這個(gè)就是最大功率點(diǎn)電壓，因為光伏電池陣列的最大功率點(diǎn)工作電壓會(huì )受到日照強度、器件結溫、外部負載等因素導致變化，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對發(fā)電量的提升

因為光伏電池陣列是單位光伏電池組串組成的，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 )導致出現兩個(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)對比

導致光伏組串并聯(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致的傾斜角不一致、光伏電站大區域內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，那在山地等復雜地形，光伏電池板安裝的傾斜角不一致導致的并聯(lián)損失基本上是確定性的因素了。

集散式的多路mppt技術(shù)設計，精細到每2個(gè)光伏組串對應1個(gè)mppt跟蹤，在集散式匯流箱再經(jīng)過(guò)升壓后穩壓輸出，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)

有研究機構曾經(jīng)用軟件對多路mppt的效果進(jìn)行了實(shí)測，選取了內蒙的一個(gè)光伏電站現場(chǎng)，其測試得出結論，多路mppt確實(shí)能提升不少發(fā)電量。

圖5 多路mppt軟件測試效果圖

上圖5是監控軟件截圖，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，也可能由于電站現場(chǎng)復雜環(huán)境而導致最大功率點(diǎn)電壓不一致。

小結

隨著(zhù)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。集散式方案從數量級上提升了mppt數量，極致的精細化最大功率點(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，從很多機構測試得出的數據來(lái)看，至少能提升3%的發(fā)電量。如果在山地、領(lǐng)跑者基地、屋頂彩鋼瓦項目等，提升的發(fā)電量會(huì )更高，更加適合地形復雜，光伏電池板傾斜角無(wú)法安裝一致的項目現場(chǎng)應用。

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。