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光伏逆變器MPPT技術對系統發電量影響

光伏逆變器MPPT技術對系統發電量影響

  在光伏系統中,逆變器的成本不到5%,卻是發電效率的決定性因素之一,當組件等配件完全一致時,選擇不同的逆變器,系統的總發電量有5%到10%的差別,這個差異的主要原因就是逆變器造成的。而MPPT效率是決定光伏逆變器發電量關鍵的因素,其重要性甚至超過光伏逆變器本身的效率,MPPT的效率等于硬件效率乘以軟件效率,硬件效率主要由采樣電路的精度,MPPT電壓范圍,MPPT路數來決定的,軟件效率主要由控制算法來決定的。

  最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking,簡稱MPPT)是光伏發電系統中的一項核心技術,它是指根據外界不同的環境溫度、光照強度等特性來調節光伏陣列的輸出功率,使得光伏陣列始終輸出最大功率。

  中國光伏市場的爆發,促進了光伏逆變器的發展,各種技術層出不窮。目前使用的有集中式逆變器,單級組串式逆變器,雙級組串式逆變器,集散式逆變器,高頻模塊化逆變器,MPPT的技術也是多種多樣。

  1、MPPT采樣電路精度

  MPPT實現的方法有很多種,但不管用哪種方法,首先要測量組件功率的變化,再對變化做出反應。這其中最關鍵的元器件就是電流傳感器,它的測量精度和線性誤差將直接決定硬件效率,電流傳感器做得比較好的廠家有瑞士的LEM,美國的VAC,日本的田村等,有開環和閉環兩種,開環的電流傳感器一般是電壓型,體積少,重量輕,無插入損耗,成本低,線性精度99%,總測量誤差1%左右,閉環的電流傳感器,頻帶范圍寬,精度高,響應時間快,抗干擾能力強,線性精度99.9%,總測量誤差0.4%。

  天氣劇烈變化時,使用閉環傳感器有優勢。


閉環傳感器


開環傳感器

  2、MPPT電壓范圍

  逆變器的工作電壓范圍和逆變器的電氣拓撲結構以及逆變器輸出電壓有關,組串式逆變器和集散式逆變器是雙級電氣拓撲結構,MPPT工作電壓范圍在250-850V之間,集中式逆變器是單級結構,輸出電壓有270V,315V,400V等規格,輸入MPPT電壓范圍有450-850V,500-850V,570-850V等多種,還有一種單級結構的組串式逆變器,只有一級DC-AC逆變器,輸出電壓是400V,MPPT輸入電壓范疇是570-850V。從應用的角度來看,各有優勢和缺點。

  1)從逆變器角度上講,輸出電壓越高的逆變器,相同功率等級,電流越低,效率也就越高。單級比雙級結構簡單,可靠性高,成本低,價格便宜。

  2)從系統角度上講,逆變器MPPT電壓范圍越寬,可以早啟動,晚停機,發電時間長。

  3)根據電壓源串聯原理,系統輸出電壓相加,電流不變。光伏組件串聯后,輸出電流是由最少的電池板來決定的,受到組件原材料,加工工藝,陰影,灰塵等影響,一塊組件功率降低,這一串的組件功率都會降低,因此組件串聯數目要盡量少,并聯的數目盡量多,才能減少由于組件的一致性而帶來的影響。

  3、MPPT的路數

  目前組串式逆變器,MPPT路數有1到5路不等,集中式逆變器一般是1路MPPT,集散式逆變器,把匯流箱和MPPT升壓集成在一起,有多路MPPT,還有一種高頻模塊化逆變器,每一個模塊有一路MPPT。

  從解決失配的問題角度來說,MPPT數量越多越有利;從穩定性和效率上來說, MPPT的數量越少越好,因為MPPT數量越多系統成本越高,穩定性越差,損耗越多。因此需要結合實際地形需求選擇合適的方案。從理論上講,組件的不一致性要超過0.5%以上,才有使用的價值。

  1)功能損耗:MPPT算法很多,有干擾觀察法、增量電導法、電導增量法等等,不管是哪一種算法,都是通過持續不斷改變直流電壓,去判斷陽光的強度變化,因此都會存在誤差,比如說當電壓實際正處于最佳工作點時,逆變器還是會嘗試改變電壓,來判斷是不是最佳工作點,多一路MPPT,就會多一路損耗。

  2)測量損耗:MPPT工作時,逆變器需要測量電流和電壓。一般來說,電流越大,抗干擾能力就越大,誤差就越少,2路MPPT比4路MPPT電流大1倍,誤差就少一倍。如某公司50KW的逆變器,使用開環直流電流傳感器HLSR20-P,電流為20A,誤差為1%,當輸入電流小于0.5A時,誤差就經常發生,當輸入電流小于0.2A時,就基本上不能工作了。

  3)電路損耗:MPPT主電路有一個電感和一個開關管,在運行時也會產生損耗。一般來說,電流越大,電感量可以做得更小,損耗就越少。

  下圖是在兩個不同的地方,選擇不同MPPT逆變器,單極單路和雙級多路,實際發電量的示意圖,由圖可以看出,在平地無遮擋光照好的地區,兩種逆變器發電量相差不多,單極單路早晚發電時間短,要損失一部分電量,在由于本身損耗低效率高,當光照達到啟動電壓后,輸出功率要比雙級多路的要大,所以綜合比較起來差不多。

  在山地或者屋頂有遮擋光照條件一般的地區,雙級多路MPPT的逆變器發電量高。這是因為在低電功率發電時間段時間較長,高功率發電時間較短。

  總結:

  逆變器MPPT技術的多樣性,給電站設計帶來了極大的便利。結合實際,科學設計,不同的地形,光照條件,選擇不同的逆變器,降低電站成本,提高經濟效益。山丘電站和屋頂電站,存在朝向不一致和局部遮擋的現象,且不同的山丘遮擋特性不一樣,帶來組件失配問題,建議選擇多路MPPT,電壓范圍寬的雙級結構的逆變器,可以增加早晚發電時間。平地無遮擋,光照條件好的地區,建議選擇單路MPPT,單級結構的逆變器,可以提高系統可靠性,降低系統成本。

  深圳古瑞瓦特新能源股份有限公司成立于2010年5月,注冊資本一億元,是一家專業提供光伏逆變器、儲能系統、家庭智能能源管理系統等新能源系統解決方案的國家高新技術企業。自成立至今,古瑞瓦特逆變器海外出口到歐、美、澳、亞、非、拉六大洲100多個國家及地區,獲得全球客戶的認可和青睞。古瑞瓦特始終保持著中國家用逆變器市場的領先地位,一直致力于做全球最大的用戶側智慧能源方案供應商。

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