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全面剖析功率优化器对发电量提升作用

国际太阳能光伏网  来源:泓达光伏  日期:2017-11-30
  在光伏系统中,一般是多个组件串并联的方式构成光伏阵列。由于串并联的各个组件的电性参数不一致,组串发生部分遮挡,或者损伤等因素,导致系统输出功率减少,专业术语称之为“失配损失”,它将不同程度影响电站的发电量。
 
  目前在组件端消除失配影响的解决方案之一为使用功率优化器,每一块光伏组件连接一个具有最大功率点跟踪功能的功率优化器,且每个光伏组件的输出接入至功率优化器模块的输入端。光伏优化器可根据串联电路需要,将低电流转化为高电流,最后将各功率优化器的输出端串联并接入汇流箱或逆变器。优化器监控并优化每块光伏电池板的电能,即使阵列中任意一块电池板出现失配问题时,其他电池板仍然能输出最大功率,因而能够补偿因失配问题而产生的发电量损失。
 
  1、光伏功率优化器的基本原理
 
  每块光伏组件均接入功率优化器,每块组件相对于光伏阵列来说是一个独立的整体,它的输出功率不会受到其他任何组件的影响,一直输出在当前环境条件下的最大功率值。
 
  对于传统的组串设计方案,当某一组串的其中一块组件受到阴影遮挡,一般是电压不变,电流下降,如一个20串270W的组串,在某一天气下工作电流电压是8.4A32V,总功率为5400W,如果其中一块组件受到阴影遮挡,电流下降到到3.2A,整个回路电流都会下降,总功率变为2048W,下降约62%。
 
  当增加优化器后,被阴影遮挡的组件不再影响其他组件的发电,通过优化器内部的小变压器DC-DC控制电路来改变组件的输出电流,和其他组件的电流进行匹配(当然优化器需要监测同一路组串上其他组件的输出电流,发现不一致后才能对自身的输出电流大小的进行调节),该组件电流3.2A提升为8.4A,电压由32V降低为12.5V,那么实际的功率输出为270*19+102=5232W,即实际损失功率3%。
 
  2、综合评比优化器的作用
 
  这是在每一路MPPT只有一个组串最理想的情况,在实际光伏电站中,只有单相逆变器和11kW以下的三相逆变器才是一路MPPT只有一个组串,大于20kW的逆变器,每一个MPPT就不止一个组串了。多个组串接入优化器,按照并联电路电压一致的原理,当某一路组串受到阴影遮挡导致功率下降,优化器改变电压,这个回路的总电压会降低,也会影响到同一个MPPT其它回路的电压下降,导致功率下降,另外,优化器包含一个功率升压电路,是一个故障点,本身也有1.5%的损耗,所以要综合评价。
 
  下面用一个简单的办法,来估算一个MPPT就多个组串,安装组件优化器后对输出功率的影响。假定在一个40kW的电站,组件是250W20串联,其中有一块有阴影遮挡,功率下降到50W,根据串联回路电流一致,并联回路电压一致这个原理来计算。
 
  1、如果没有安装优化器,这一路20个组件都变成50W,总功率为1000W,减少4000W,系统功率下降10%。
 
  2、安装优化器,一个MPPT就一个组串,只有一台组件减少200W,加上优化器1.5%的损耗,总的损耗是200+40000*1.5%=800W,总共下降2%。
 
  3、一个MPPT有2个组串,一个优化器降低电压会导致总电压也会降低,相当于另一路组串也会减少200W,加上优化器1.5%的损耗,总的损耗是400+40000*1.5%=1000W,总共下降2.5%。
 
  4、一个MPPT有4个组串,一个优化器降低电压会导致总电压也会降低,相当于另3路组串也会减少200W,加上优化器1.5%的损耗,总的损耗是800+40000*1.5%=1400W,总共下降3.5%。
 
  5、一个MPPT有8个组串,一个优化器降低电压会导致总电压也会降低,相当于另7路组串也会减少200W,加上优化器1.5%的损耗,总的损耗是1600+40000*1.5%=3200W,总共下降8%。
 
  集中式逆变器效果不明显
 
  功率优化器用在集中式逆变器,又是什么情况,集中式逆变器的特点是只有一路MPPT。
 
  不装优化器时是这一路4kW的损失,下降4%。
 
  50kW单路MPPT集中式逆变器,总共有10路组串,一个优化器降低电压会导致总电压也会降低,相当于另9路组串也会减少200W,加上优化器1.5%的损耗,总的损耗是2000+50000*1.5%=2750W,总共下降5.5%。
 
  100kW单路MPPT集中式逆变器,总共有20路组串,一个优化器降低电压会导致总电压也会降低,相当于另19路组串也会减少200W,加上优化器1.5%的损耗,总的损耗是4000+100000*1.5%=10000W,总共下降10%。
 
  3、结论
 
  功率优化器配合多路MPPT的组串式逆变器,在组件受到阴影阻挡时,减少发电量损失效果很明显,但是在单路MPPT集中式逆变器,效果就没有多路MPPT组串式逆变器这么明显。
 
  组件级优化器也可以设置为实时和逆变器配套,并进行通讯,按照逆变器的最佳功率点电压进行分配。这样连接每一块组件的优化器的输出就受到逆变器的影响,在保证电流一致的情况下,按逆变器的指令进行输出,使其始终工作在效率最高的电压点上。
 
  本文仅是理论分析,没有做过实际测试,仅供参考。
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