光伏逆變器方案：MPPT之于光伏電池的作用分析

mppt即最大功率點跟蹤。因為光伏電池的利用率不僅與其內(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、強度有很強的關(guān)聯(lián)性，且具有非線性特性。

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)定拓撲結(jié)構(gòu)情況下，把mppt功能從逆變器前置到匯流箱，使得每個“集散式匯流箱”(集散式方案對直流匯流設備的專業(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路組串對應1路MPP跟蹤，這樣一個16路進線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路進線的集散式匯流箱，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)失配對光伏電站發(fā)電量的影響。

mppt

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

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，隨著輻照度的增加，光伏電池的開路電壓幾乎不變;當輻照度相同時，隨著溫度的增加，光伏電池的短路電流幾乎不變?？梢姕囟茸兓饕绊懝夥姵剌敵鲭妷海椪斩茸兓瘯r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直流源。

從上述典型光伏電池的P-V特性曲線可以看出，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(MPP -- Maximum Power Point)上。因此，對于所有的光伏發(fā)電系統(tǒng)，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(zhuǎn)化為電能，最大功率點會唯一對應一個工作電壓，這個就是最大功率點電壓，因為光伏電池陣列的最大功率點工作電壓會受到日照強度、器件結(jié)溫、外部負載等因素導致變化，所以mppt功能就是實時跟蹤最大功率點電壓，讓光伏電池組件一直工作在最大功率點電壓上，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，組串在匯流箱能量匯集時并聯(lián)會發(fā)生一次并聯(lián)失配，匯流箱到逆變器能量并聯(lián)時再發(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，會導致出現(xiàn)兩個或多個波峰的情況，跟蹤到任何一個波峰都會對發(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組串的特性，形成多條mppt曲線，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(qū)域內(nèi)溫度和光照不一致等等。如果采用一個MW方陣只有一個mppt跟蹤的話，則并聯(lián)失配影響會非常大。如果說陰影遮擋、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個光伏組串對應1個mppt跟蹤，在集散式匯流箱再經(jīng)過升壓后穩(wěn)壓輸出，解決了并聯(lián)失配的問題。如下圖4所示，多路mppt能形成多條mppt曲線跟蹤，每2個組串形成一個mppt曲線，這樣的精細化使得每2個組串都最大效能發(fā)揮作用，解決光伏電站并聯(lián)失配問題，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

有研究機構(gòu)曾經(jīng)用軟件對多路mppt的效果進行了實測，選取了內(nèi)蒙的一個光伏電站現(xiàn)場，其測試得出結(jié)論，多路mppt確實能提升不少發(fā)電量。

圖5 多路mppt軟件測試效果圖

上圖5是監(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)場復雜環(huán)境而導致最大功率點電壓不一致。

小結(jié)

隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)日新月異的發(fā)展，從原來傳統(tǒng)的集中式每個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，是人類追求卓越，精益求精的真實寫照。集散式方案從數(shù)量級上提升了mppt數(shù)量，極致的精細化最大功率點跟蹤，極大的減少了光伏電站電池組件的并聯(lián)失配問題，從很多機構(gòu)測試得出的數(shù)據(jù)來看，至少能提升3%的發(fā)電量。如果在山地、領跑者基地、屋頂彩鋼瓦項目等，提升的發(fā)電量會更高，更加適合地形復雜，光伏電池板傾斜角無法安裝一致的項目現(xiàn)場應用。

大江東去浪淘沙，相信集散式方案會在光伏并網(wǎng)電站中占有很重要的一席之地。