分布式MPPT可提高光伏系統(tǒng)效率

　　按照目前的光伏系統(tǒng)價格計算，用戶通常在7-8年后才能獲得投資回報。政府激勵政策和光伏系統(tǒng)的使用壽命必須能持續(xù)20年或更久。太陽能光伏系統(tǒng)的投資回報取決于該系統(tǒng)每年的發(fā)電量，因此用戶需要的光伏系統(tǒng)必須具備高效、可靠和易于維護等特性，從而可以獲得最大限度的發(fā)電量。

　　如今，很多安裝太陽能光伏系統(tǒng)的用戶已經(jīng)意識到部分或間歇性的遮蔽會影響到系統(tǒng)的發(fā)電量。

　　部分陰影遮蔽對太陽能光伏系統(tǒng)的影響：

　　當樹木、煙囪或其他物體投射的陰影遮擋住光伏系統(tǒng)時，就會導(dǎo)致系統(tǒng)造成“失配”問題。即使光伏系統(tǒng)只受到一點點陰影的遮擋都會導(dǎo)致發(fā)電量的大幅下跌。部分遮蔽導(dǎo)致的系統(tǒng)失配對發(fā)電量的實際影響很難通過簡單的計算公式獲得。因為影響系統(tǒng)發(fā)電量的因素很多，包括內(nèi)部電池模塊間互連、模塊定向、光伏電池組間的串并聯(lián)問題以及逆變器的配置等。光伏模塊通過多個電池串相互連接而成，每個電池串被稱為一個“組列”。每個組列由一個旁路二極管來保護，以免一個或多個電池被遮蔽或損壞時導(dǎo)致整個電池串因為過熱而受到損壞。這些串聯(lián)或并聯(lián)的電池組列能夠使電池板產(chǎn)生相對較高的電壓或電流。

　　光伏陣列由串聯(lián)在一起的光伏模塊通過并聯(lián)構(gòu)成。每串光伏模塊的的最大電壓必須低于逆變器的最大輸入電壓額定值。

　　當光伏系統(tǒng)部分被遮蔽時，未被遮蔽的電池中的電流流經(jīng)被遮蔽部分的旁路二極管。

　　當光伏陣列受到遮蔽而出現(xiàn)上述情況時，會產(chǎn)生一條具有多個峰值的V-P電氣曲線。圖1顯示了具有集中式最大功率點跟蹤系統(tǒng)(MPPT)功能的標準并網(wǎng)配置，其中一個組列的兩個電池板被遮蔽。集中式MPPT無法設(shè)置直流電壓，因此無法令兩個組列的輸出功率都達到最大。在高直流電壓點(M1)，MPPT使未遮蔽組列的輸出功率達到最大。在低直流電壓點(M2)，MPPT將使遮蔽組列的輸出功率達到最大：旁路二極管繞過遮蔽電池板，此組列的未遮蔽電池板將提供全量電流。陣列的多個MPP可能導(dǎo)致集中最大功率點跟蹤（MPPT）配置的額外損失，因為最大功率點跟蹤器可能得到錯誤信息停止在局部最大點處，并穩(wěn)定在具有V-P特征的次優(yōu)點。

圖1：具有集中MPPT功能的標準并網(wǎng)配置，其中一個組列的兩個電池板被遮蔽。

　　不同的案例研究和現(xiàn)場測試證明，部分遮蔽對光伏系統(tǒng)的發(fā)電量具有嚴重的影響。通過使用分布式MPPT控制可以減輕遮蔽對系統(tǒng)的不利影響。

　　利用分布式MPPT最大限度降低系統(tǒng)失配問題：

　　為了使陣列中每一個太陽能光伏電池板的電力輸出都達到最大值，美國國家半導(dǎo)體開發(fā)了SolarMagic™技術(shù)。通過該技術(shù)，即使陣列中其他電池板出現(xiàn)失配問題時，每塊電池板仍然能輸出最大的電力。SolarMagic技術(shù)運用高級算法和先進的混合信號技術(shù)能夠監(jiān)控并優(yōu)化每塊太陽能光伏電池板的產(chǎn)能，因而能夠補償高達50%的因失配問題而產(chǎn)生的發(fā)電量損失。SolarMagic電源優(yōu)化器可快速、輕松地安裝在傳統(tǒng)太陽能光伏系統(tǒng)中。

圖2：采用SolarMagic功率優(yōu)化器的光伏系統(tǒng)的簡化光伏接線圖。

　　該系統(tǒng)擁有由n個模塊并聯(lián)形成的兩個組列，為便于演示，圖中每個組列僅顯示3個光伏模塊，但組列通常由5到12個模塊并聯(lián)構(gòu)成以獲得500-800V的組列電壓。

　　組列A的所有模塊沒有照射失調(diào)問題，每個模塊都具有相同的特征，且照射均勻。

　　組列B的所有模塊由于遮蔽、定向傾斜或聚集了更多的灰塵而具有不同的特征或照射失調(diào)。每個模塊的輸出在SolarMagic™優(yōu)化器（SMO）模塊的輸入點相連。每個SMO的輸出采用與組列A模塊相同的串聯(lián)方式。

　　結(jié)果是整個光伏系統(tǒng)將呈現(xiàn)具有單一最大功率點的I-V曲線，簡化中央逆變器的操作，并盡可能降低失配帶來的發(fā)電量損失。

　　下表匯總了太陽能光伏系統(tǒng)受到部分遮蔽后的現(xiàn)場測試結(jié)果，最后一列顯示了SolarMagic™技術(shù)對損失能量的補充百分比。