光伏技術(shù)探討：多MPPT對大型荒漠電站發(fā)電量的影響（一）

在光伏系統(tǒng)中，將光能轉(zhuǎn)化為電能的是光伏組件，而客觀存在的組件失配，一定程度上降低了光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。采用多MPPT方案，可以一定程度上降低組件失配影響。 　　一、組件失配是什么 　　每塊組件都有自己的P-V特性曲線，該曲線會隨著光照強度、環(huán)境溫度的變化而變化，如圖一所示。 　　不同廠家、不同型號、以及不同生產(chǎn)批次的光伏組件，P-V特性曲線并不完全一致；在不同光照、不同溫度以及不同衰減下，各組件的特性曲線也會不一致。簡單來說，一個陣列內(nèi)同一時間不同組件的P-V特性曲線不一致，就是組件失配。由失配的組件進行串聯(lián)或并聯(lián)，形成新的組合功率曲線，如圖二所示。新組合曲線的最大功率輸出，將小于組合前各功率曲線最大功率輸出之和，這就是組件失配導致的功率損失。 　　二、光伏系統(tǒng)中失配產(chǎn)生的原因 　　光伏陣列一般采用同一廠商同一批次型號，選擇同傾斜角度進行光伏陣列設(shè)計建設(shè)，由于各組件P-V特性曲線一致，基本可以認為電站運營初期沒有失配情況發(fā)生。經(jīng)過一段時間的運行，光伏組件將出現(xiàn)不同程度的失配情況，討論較多的有以下三種情況。 　　組件正常衰減的離散性 　　通常來說，光伏組件在第一年的衰減約為2%，以后每年衰減約為0.7%，國標規(guī)定25年的生命周期內(nèi)衰減不超過20%。僅僅是組件衰減并不會導致失配，導致 失配的是各塊組件的衰減的離散性，即衰減程度的不一致性，離散性越大，失配程度越高。例如，在某個組串運行5年后，大部分組件衰減了5%，僅有1塊組件衰 減了7%，那么失配就僅在該7%衰減組件與其他組件串聯(lián)時產(chǎn)生，其他同步衰減5%的組件之間沒有失配。 　　在同一陣列內(nèi)一般采用同一批次的光伏組件，衰減離散性相對較小，影響比較小。其中一種衰減是由PID（Potential Induced Degradation）引發(fā)的，使用有抗PID功能的逆變器，可以一定程度恢復(fù)組件的衰減，進一步降低組件衰減的離散性。 　　組件非正常損壞 　　少數(shù)情況下，由于異物粘著組件表面導致局部溫升，形成熱斑進而導致組件的非正常損毀。損毀的組件可能會導致整個串聯(lián)組件斷路，也可能會通過旁路二極管保持串聯(lián)后的組串繼續(xù)工作。 　　由于非正常破損是直接減少串聯(lián)組件或電池片，并非改變組件P-V特性曲線，工作中的各組件特性仍舊一致。旁路二極管作為負載帶來一定損失，串聯(lián)會產(chǎn)生小幅度失配。 　　光照強度不均勻 　　由于組件表面的灰塵積累、陰影遮擋等原因，各組件接受的光照強度不一致，導致同一時間下各組件的P-V特性曲線出現(xiàn)差異，形成失配。光照強度被遮擋的程度不同，所形成的失配的程度也不同。 　　值得注意的是，灰塵積累雖然對光照影響較大，但由于分布均勻，對組件的失配影響反而較??；以云為主的光照遮擋陰影，影響覆蓋范圍有很強的隨機性，且光照強度差異可能較大，是光伏陣列內(nèi)組件失配的主要原因。 　　三、多MPPT方案可以解決哪些失配 　　MPPT是光伏系統(tǒng)核心設(shè)備光伏逆變器的主要功能之一，通過不斷調(diào)整逆變器自身的等效電阻值，影響所跟蹤的組件的電壓電流值，尋找并保持系統(tǒng)工作在P-V特性曲線的最高功率點。MPPT對發(fā)電量的影響來自兩個方面：MPPT對復(fù)雜曲線的動態(tài)靜態(tài)精確跟蹤能力，這取決于逆變器廠商對跟蹤算法的積累和專利；對光伏陣列進行解耦的多MPPT方案設(shè)計，這是針對組件失配的發(fā)電功率提升方案。 　　光伏陣列是由21（或者22）塊組件串聯(lián)形成組串，再由多個組串并聯(lián)組成，P-V特性曲線也是先串聯(lián)再并聯(lián)生成陣列的特性曲線。多MPPT方案解決組件失配，就是通過陣列解耦讓更多的MPPT來分別跟蹤，單個MPPT跟蹤的組件越少，組件失配損失越低。 　　對陣列的解耦首先從解耦組串并聯(lián)開始。以組串為最小單位進行解耦，可以解決組串并聯(lián)失配損失，解耦越細，并聯(lián)失配損失越低。這也是集中型和組串型方案的主要區(qū)別。 　　當對組串并聯(lián)解耦進行到極限，即每一組串由一個MPPT單獨進行跟蹤時，可以完全解決并聯(lián)失配。進一步解決組件失配就需要從串聯(lián)失配著手，以組件為最小單位進行解耦，解耦越細，串聯(lián)失配損失越低。只有微型逆變器方案可以實現(xiàn)解決串聯(lián)失配。 　　小結(jié)：在大型荒漠電站中，組件失配的主要原因是云層陰影形成的局部光照遮擋。 　　通過采用多MPPT方案可以降低光伏陣列內(nèi)的組件失配影響。采用組串型方案可以一定程度解決并聯(lián)失配，但對串聯(lián)失配無影響；采用微型逆變器方案可以同時解決并聯(lián)失配和串聯(lián)失配。