大型光伏電站中分布式MPPT

1、大型光伏電站中的分布式大型光伏電站中的分布式MPPT技術(shù)技術(shù) 孟昭淵無錫尚德能源工程公司前言 由于太陽電池組件參數(shù)的離散性或太陽輻射條件的差異會(huì)造成太陽電池組件串在并聯(lián)情況下能量的損失。這種差異在太陽能光伏電站剛建好時(shí)可能不大，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，差異會(huì)越來越大。并網(wǎng)逆變器的MPPT沒有可能識(shí)別太陽電池組件并聯(lián)支路的這些差異，從而對(duì)太陽電池組件之間的差異進(jìn)行平衡，這種損失在大型太陽能光伏電站，特別是在BIPV項(xiàng)目中可能達(dá)到3-5%。 本文將介紹一種克服由于太陽電池組件參數(shù)的離散性或太陽輻射條件的差異會(huì)造成太陽電池組件并聯(lián)情況下能量損失方法，即：分布式MPPT技術(shù)，可以從根本上解決問題。 關(guān)鍵詞

2、： 太陽電池組件 太陽能光伏電站 MPPT1：光伏陣列的：光伏陣列的MPPT技術(shù)技術(shù) 太陽電池是一個(gè)非線性的電源，在輕負(fù)載的情況下它可以看作是一個(gè)恒壓源，在重負(fù)載的情況下它可以看作是一個(gè)恒流源，在恒壓源和恒流源的交界處就是太陽電池最大功率工作點(diǎn)Pmax。由圖2可以看出，如果忽略溫度的影響，在不同太陽輻射條件下，Pmax所對(duì)應(yīng)的太陽電池工作電壓Um基本是一個(gè)恒定值，它們相應(yīng)對(duì)a bcde點(diǎn)。如果負(fù)載的阻抗能夠隨著太陽輻射的變化始終保持在Um附近，太陽電池的能量就能夠完全傳送給負(fù)載。但是，在通常的太陽能光伏系統(tǒng)中，如果太陽電池的負(fù)載的阻抗是恒定值的話，那么太陽電池的工作點(diǎn)將偏離Um,分別為a,b,

3、c,d,e太陽電池組件發(fā)電量的離散性同型號(hào)太陽電池組件實(shí)際應(yīng)用中發(fā)電量的差異相同型號(hào)太陽電池組件實(shí)際應(yīng)用中發(fā)電量存在差異。太陽電池組件的離散性主要由3個(gè) 1）：太陽電池的自身電參數(shù)的差異，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T-9535規(guī)定，太陽電池組件的最大輸出功率在規(guī)定條件下試驗(yàn)后檢測(cè)，其衰減不得超過8%。優(yōu)秀的太陽電池生產(chǎn)公司，比如無錫尚德公司，160W以上組件允許誤差3%，45W-160W組件允許誤差5%，45W以下組件允許誤差10%。另外，太陽電池在25年的使用壽命內(nèi)會(huì)有不超過20%的衰減，對(duì)于每一個(gè)組件來講，衰減不可能是同步衰減不可能是同步，可見組件組件的最大輸出功率差異是比較大的。 2）：太陽電池

4、實(shí)際接受到的太陽輻射量的差異，在相同的大環(huán)境里，由于障礙物的造成的陰影、灰塵分布的不均勻等，會(huì)使得太陽電池組件的實(shí)際發(fā)電量有差異。3）：在BIPV中，如玻璃光伏幕墻等，為了和建筑原來風(fēng)格的協(xié)調(diào)，不同太陽電池組件串的方向可能會(huì)不一樣，由于在這種情況下，太陽輻射的強(qiáng)度不一樣，雖然用同一型號(hào)太陽電池組件，實(shí)際應(yīng)用中發(fā)電量的差異仍然很大。通常的解決方法 對(duì)于同型號(hào)太陽電池組件實(shí)際應(yīng)用中發(fā)電量的差異，現(xiàn)在廣泛采用二極管將各串太陽電池組件隔離的方法，克服有發(fā)電量少的組件串對(duì)正常發(fā)電組件串的影響。圖6中可以看到，每一組太陽電池組件串通過二極管到直流母線匯流以后連接到逆變器的某一輸入端口。在這個(gè)過程中，由于各

5、串太陽電池組件最大功率輸出點(diǎn)不一致，使得在太陽電池組件串在沒有和逆變器連接之前已經(jīng)偏離了最大功率點(diǎn)，既使逆變器內(nèi)部的MPPT裝置進(jìn)行了完美的跟蹤，實(shí)際每一串太陽電池組件仍然不可能最大功率點(diǎn)上，特別是在由于障礙物的造成的陰影、灰塵分布的不均勻，或者太陽輻射的強(qiáng)度不一樣的情況下，即使太陽電池組件沒有發(fā)生質(zhì)量問題，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量損失也比較多。 另外，由整流隔離二極管做成的隔離電路在二極管上的電壓降也給整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生1%以上的能量損失。當(dāng)然也用肖特基二極管，但是肖特基二極管的耐壓比較低，對(duì)于大型光伏發(fā)電的高電壓系統(tǒng)來說，有一定的困難。傳統(tǒng)的太陽電池組件最大功率點(diǎn)跟蹤 圖7是目前廣泛應(yīng)用的MPP

6、T電路結(jié)構(gòu)，通常MPPT電路和逆變器圖7是目前廣泛應(yīng)用的MPPT電路結(jié)構(gòu)，通常MPPT電路和逆變器一體安裝在逆變器的機(jī)箱里面，3-6串太陽電池組件在直流接線箱至并聯(lián)，然后通過電纜和逆變器連接，如圖6所示。這里所謂的MPPT實(shí)際就是一個(gè)通過DC/D變換調(diào)整太陽電池負(fù)載阻抗的電路，這個(gè)原理在圖2里有所什么，通過MPPT變化阻抗，能夠隨著太陽輻射的變化始終保持在Um附近，太陽電池的能量就能夠完全傳送給負(fù)載。它們相應(yīng)對(duì)a bcde點(diǎn)，但是，如果沒有MPPT，太陽電池的負(fù)載的阻抗基本是恒定值的話，那么太陽電池的工作點(diǎn)將偏離Um,分別為a,b,c,d,e，在這種情況下，太陽電池的輸出功率將下降，造成太陽能

7、電站的發(fā)電量減少。但是這種MPPT電路結(jié)構(gòu)對(duì)于太陽電池組件參數(shù)的離散性或太陽輻射條件的差異會(huì)造成太陽電池組件并聯(lián)情況下能量損失沒有幫助，由于并網(wǎng)逆變器的MPPT功能沒有可能識(shí)別太陽電池組件并聯(lián)支路的這些差異，從而對(duì)太陽電池組件之間的差異進(jìn)行平衡，這種損失在大型太陽能光伏電站是非常普遍的。 2：分布式：分布式MPPT技術(shù)技術(shù) 分布式MPPT技術(shù)是在每一串太陽電池組件的前端增加一個(gè)MPPT控制電路，然后匯接到直流接線箱里面，若干路太陽電池組件串獨(dú)立地跟蹤其最大功率點(diǎn)，然后匯接到逆變器，這時(shí)逆變器里就不需要再設(shè)置MPPT電路了。 分布式MPPT技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：在整個(gè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)成本基本不改變的情

8、況下，將原來安裝在逆變器里的MPPT電路，分解到每一串太陽電池組件的前端，克服了由于太陽電池組件參數(shù)的離散性或太陽輻射條件的差異會(huì)造成太陽電池組件并聯(lián)情況下能量損失，可以增加系統(tǒng)的發(fā)電量在3%-10%。國(guó)外的技術(shù)情況 圖9是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司開發(fā)的一款分布式MPPT控制器，稱為“太陽能發(fā)電魔法”電源優(yōu)化器(SolarMagic Power Optimizer)的裝置，它是用在小型太陽能光伏電站中的每一塊太陽電池組件的后面，如圖10所示。我公司曾經(jīng)用12只這種裝置做過試驗(yàn)，可以明顯增加太陽電池電量，特別是當(dāng)個(gè)別組件被遮擋的時(shí)候。 這種裝置的不足之處是功率太小，不適合大型電站使用，由于功率小，效率也不容易做高，每只200W的控制器為200，價(jià)格也非常昂貴。3：結(jié)論：結(jié)論： 3.1在大型太陽能光伏電站中，每一串太陽電池組件在直流匯接箱中匯接時(shí)已經(jīng)偏離了各自的最大功率輸出點(diǎn)，各組串聯(lián)的太陽能光伏組件只要存在著差異，它們之間就會(huì)互相影響，輸出電壓就會(huì)被箝位在一個(gè)不合理的數(shù)值上，造成能量損失，差異越大，造成的能量損失就越大，這種能量損失是后面逆變器中的MPPT電路無法挽回的。 3.2在每一串太陽電池組件上串聯(lián)一個(gè)MPPT單元的方法，即：大型太陽能光伏電站中分布式MPPT技術(shù)，是解決由于各組串聯(lián)的太陽能