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1、大型光伏电站中的分布式MPPT技术,孟昭渊无锡尚德能源工程公司,前言,由于太阳电池组件参数的离散性或太阳辐射条件的差异会造成太阳电池组件串在并联情况下能量的损失。这种差异在太阳能光伏电站刚建好时可能不大，随着使用时间的延长，差异会越来越大。并网逆变器的MPPT没有可能识别太阳电池组件并联支路的这些差异，从而对太阳电池组件之间的差异进行平衡，这种损失在大型太阳能光伏电站，特别是在BIPV项目中可能达到3-5%。本文将介绍一种克服由于太阳电池组件参数的离散性或太阳辐射条件的差异会造成太阳电池组件并联情况下能量损失方法，即：分布式MPPT技术，可以从根本上解决问题。关键词： 太阳电池组件 太阳能光伏
2、电站 MPPT,1：光伏阵列的MPPT技术,太阳电池是一个非线性的电源，在轻负载的情况下它可以看作是一个恒压源，在重负载的情况下它可以看作是一个恒流源，在恒压源和恒流源的交界处就是太阳电池最大功率工作点Pmax。由图2可以看出，如果忽略温度的影响，在不同太阳辐射条件下，Pmax所对应的太阳电池工作电压Um基本是一个恒定值，它们相应对a bcde点。如果负载的阻抗能够随着太阳辐射的变化始终保持在Um附近，太阳电池的能量就能够完全传送给负载。但是，在通常的太阳能光伏系统中，如果太阳电池的负载的阻抗是恒定值的话，那么太阳电池的工作点将偏离Um,分别为a,b,c,d,e,太阳电池组件发电量的离散性同型
3、号太阳电池组件实际应用中发电量的差异相同型号太阳电池组件实际应用中发电量存在差异。太阳电池组件的离散性主要由3个 1）：太阳电池的自身电参数的差异，根据国家标准GB/T-9535规定，太阳电池组件的最大输出功率在规定条件下试验后检测，其衰减不得超过8%。优秀的太阳电池生产公司，比如无锡尚德公司，160W以上组件允许误差3%，45W-160W组件允许误差5%，45W以下组件允许误差10%。另外，太阳电池在25年的使用寿命内会有不超过20%的衰减，对于每一个组件来讲，衰减不可能是同步，可见组件组件的最大输出功率差异是比较大的。 2）：太阳电池实际接受到的太阳辐射量的差异，在相同的大环境里，由于障碍
4、物的造成的阴影、灰尘分布的不均匀等，会使得太阳电池组件的实际发电量有差异。3）：在BIPV中，如玻璃光伏幕墙等，为了和建筑原来风格的协调，不同太阳电池组件串的方向可能会不一样，由于在这种情况下，太阳辐射的强度不一样，虽然用同一型号太阳电池组件，实际应用中发电量的差异仍然很大。,通常的解决方法,对于同型号太阳电池组件实际应用中发电量的差异，现在广泛采用二极管将各串太阳电池组件隔离的方法，克服有发电量少的组件串对正常发电组件串的影响。图6中可以看到，每一组太阳电池组件串通过二极管到直流母线汇流以后连接到逆变器的某一输入端口。在这个过程中，由于各串太阳电池组件最大功率输出点不一致，使得在太阳电池组件
5、串在没有和逆变器连接之前已经偏离了最大功率点，既使逆变器内部的MPPT装置进行了完美的跟踪，实际每一串太阳电池组件仍然不可能最大功率点上，特别是在由于障碍物的造成的阴影、灰尘分布的不均匀，或者太阳辐射的强度不一样的情况下，即使太阳电池组件没有发生质量问题，太阳能光伏发电系统的能量损失也比较多。 另外，由整流隔离二极管做成的隔离电路在二极管上的电压降也给整个系统产生1%以上的能量损失。当然也用肖特基二极管，但是肖特基二极管的耐压比较低，对于大型光伏发电的高电压系统来说，有一定的困难。,传统的太阳电池组件最大功率点跟踪,图7是目前广泛应用的MPPT电路结构，通常MPPT电路和逆变器图7是目前广泛应
6、用的MPPT电路结构，通常MPPT电路和逆变器一体安装在逆变器的机箱里面，3-6串太阳电池组件在直流接线箱至并联，然后通过电缆和逆变器连接，如图6所示。这里所谓的MPPT实际就是一个通过DC/D变换调整太阳电池负载阻抗的电路，这个原理在图2里有所什么，通过MPPT变化阻抗，能够随着太阳辐射的变化始终保持在Um附近，太阳电池的能量就能够完全传送给负载。它们相应对a bcde点，但是，如果没有MPPT，太阳电池的负载的阻抗基本是恒定值的话，那么太阳电池的工作点将偏离Um,分别为a,b,c,d,e，在这种情况下，太阳电池的输出功率将下降，造成太阳能电站的发电量减少。但是这种MPPT电路结构对于太阳电
7、池组件参数的离散性或太阳辐射条件的差异会造成太阳电池组件并联情况下能量损失没有帮助，由于并网逆变器的MPPT功能没有可能识别太阳电池组件并联支路的这些差异，从而对太阳电池组件之间的差异进行平衡，这种损失在大型太阳能光伏电站是非常普遍的。,2：分布式MPPT技术,分布式MPPT技术是在每一串太阳电池组件的前端增加一个MPPT控制电路，然后汇接到直流接线箱里面，若干路太阳电池组件串独立地跟踪其最大功率点，然后汇接到逆变器，这时逆变器里就不需要再设置MPPT电路了。 分布式MPPT技术的优点是：在整个太阳能光伏发电系统成本基本不改变的情况下，将原来安装在逆变器里的MPPT电路，分解到每一串太阳电池组
8、件的前端，克服了由于太阳电池组件参数的离散性或太阳辐射条件的差异会造成太阳电池组件并联情况下能量损失，可以增加系统的发电量在3%-10%。,国外的技术情况,图9是美国国家半导体公司开发的一款分布式MPPT控制器，称为“太阳能发电魔法”电源优化器(SolarMagic Power Optimizer)的装置，它是用在小型太阳能光伏电站中的每一块太阳电池组件的后面，如图10所示。我公司曾经用12只这种装置做过试验，可以明显增加太阳电池电量，特别是当个别组件被遮挡的时候。这种装置的不足之处是功率太小，不适合大型电站使用，由于功率小，效率也不容易做高，每只200W的控制器为200，价格也非常昂贵。,3
9、：结论：,3.1在大型太阳能光伏电站中，每一串太阳电池组件在直流汇接箱中汇接时已经偏离了各自的最大功率输出点，各组串联的太阳能光伏组件只要存在着差异，它们之间就会互相影响，输出电压就会被箝位在一个不合理的数值上，造成能量损失，差异越大，造成的能量损失就越大，这种能量损失是后面逆变器中的MPPT电路无法挽回的。3.2在每一串太阳电池组件上串联一个MPPT单元的方法，即：大型太阳能光伏电站中分布式MPPT技术，是解决由于各组串联的太阳能光伏组件存在着差异而造成能量损失有效并且经济上可行的方法。它可以让太阳能电站多发电3-5%，甚至更多。特别是在BIPV上，由于建筑物的各个受光面上的太阳电池实际接受到的太阳辐射量的差异，在这种情况下效果将更加明显。,谢谢！ 欢迎指正 TEL:0510-85318888-8232,
