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(wú)錫尚德能源工程公司前言 由于太陽(yáng)電池組件參數(shù)的離散性或太陽(yáng)輻射條件的差異會(huì)造成太陽(yáng)電池組件串在并聯(lián)情況下能量的損失。這種差異在太陽(yáng)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(lái)越大。并網(wǎng)逆變器的MPPT沒(méi)有可能識(shí)別太陽(yáng)電池組件并聯(lián)支路的這些差異，從而對(duì)太陽(yáng)電池組件之間的差異進(jìn)行平衡，這種損失在大型太陽(yáng)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(yáng)電池組件參數(shù)的離散性或太陽(yáng)輻射條件的差異會(huì)造成太陽(yáng)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(wèn)題。 關(guān)鍵詞

2、： 太陽(yáng)電池組件 太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)輻射條件下，Pmax所對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)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(yáng)輻射的變化始終保持在Um附近，太陽(yáng)電池的能量就能夠完全傳送給負(fù)載。但是，在通常的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中，如果太陽(yáng)電池的負(fù)載的阻抗是恒定值的話，那么太陽(yáng)電池的工作點(diǎn)將偏離Um,分別為a,b,

3、c,d,e太陽(yáng)電池組件發(fā)電量的離散性同型號(hào)太陽(yáng)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(yáng)電池組件實(shí)際應(yīng)用中發(fā)電量存在差異。太陽(yáng)電池組件的離散性主要由3個(gè) 1）：太陽(yáng)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(yáng)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(guò)8%。優(yōu)秀的太陽(yáng)電池生產(chǎn)公司，比如無(wú)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(yáng)電池在25年的使用壽命內(nèi)會(huì)有不超過(guò)20%的衰減，對(duì)于每一個(gè)組件來(lái)講，衰減不可能是同步衰減不可能是同步，可見(jiàn)組件組件的最大輸出功率差異是比較大的。 2）：太陽(yáng)電池

4、實(shí)際接受到的太陽(yáng)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(yáng)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(lái)風(fēng)格的協(xié)調(diào)，不同太陽(yáng)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(yáng)輻射的強(qiáng)度不一樣，雖然用同一型號(hào)太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)電池組件串通過(guò)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(guò)程中，由于各

5、串太陽(yáng)電池組件最大功率輸出點(diǎn)不一致，使得在太陽(yáng)電池組件串在沒(méi)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(yáng)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(yáng)輻射的強(qiáng)度不一樣的情況下，即使太陽(yáng)電池組件沒(méi)有發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題，太陽(yáng)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(lái)說(shuō)，有一定的困難。傳統(tǒng)的太陽(yáng)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(yáng)電池組件在直流接線箱至并聯(lián)，然后通過(guò)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(guò)DC/D變換調(diào)整太陽(yáng)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(guò)MPPT變化阻抗，能夠隨著太陽(yáng)輻射的變化始終保持在Um附近，太陽(yáng)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(méi)有MPPT，太陽(yáng)電池的負(fù)載的阻抗基本是恒定值的話，那么太陽(yáng)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(yáng)電池的輸出功率將下降，造成太陽(yáng)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(yáng)電池組件參數(shù)的離散性或太陽(yáng)輻射條件的差異會(huì)造成太陽(yáng)電池組件并聯(lián)情況下能量損失沒(méi)有幫助，由于并網(wǎng)逆變器的MPPT功能沒(méi)有可能識(shí)別太陽(yáng)電池組件并聯(lián)支路的這些差異，從而對(duì)太陽(yáng)電池組件之間的差異進(jìn)行平衡，這種損失在大型太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)成本基本不改變的情

8、況下，將原來(lái)安裝在逆變器里的MPPT電路，分解到每一串太陽(yáng)電池組件的前端，克服了由于太陽(yáng)電池組件參數(shù)的離散性或太陽(yáng)輻射條件的差異會(huì)造成太陽(yáng)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(kāi)發(fā)的一款分布式MPPT控制器，稱為“太陽(yáng)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(yáng)能光伏電站中的每一塊太陽(yáng)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(guò)試驗(yàn)，可以明顯增加太陽(yáng)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(yáng)能光伏電站中，每一串太陽(yáng)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(yáng)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(wú)法挽回的。 3.2在每一串太陽(yáng)電池組件上串聯(lián)一個(gè)MPPT單元的方法，即：大型太陽(yáng)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(yáng)能