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光伏科普——光伏效率转换器

2014年03月11日

光伏效率转换器是一种新型基于太阳能电池板级的DC/DC转换优化装置,一方面采用分布式MPPT跟踪技术,跟踪各个电池板的局部MPP,独立地增强并提高电池板的发电性能,最大化光伏电站的总发电功率;另一方面,它们将输入电压/电流转换为实时可配置的输出电压/电流值,实现电池板际间输出优化配置,以最大限度提高太阳能系统的整体发电量。

在太阳能光伏发电系统的设计中,光伏阵列的排放形式和安装角度对光伏组件接受太阳辐射有很大的影响,从而影响到光伏系统的发电量。

光伏组件的放置形式有固定式安装和向日跟踪装置式安装,其中跟踪安装方式包括单轴跟踪方式和双轴跟踪方式。

与光伏阵列的放置相关的有两个角度的参量:阵列安顿倾角和阵列方位角。光伏阵列的倾角是光伏阵列平面与水平地面的夹角;光伏阵列方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角(向东偏设为负角度,向西偏设为正角度)。一般情况下,在北半球方阵朝向正南(即方位角为0)时,光伏阵列的发电量是最大的。

太阳能光伏发电系统是由一个个光伏组件通过适当的串并联方式组成的,许多发电系统在光伏组件安装时没有考虑到一些未知的不匹配问题,使系统无法发挥应有的潜能。也有一些无法避免的因素,如电池板部分被遮挡、空总的云、附近物体的反射、光伏组件的倾斜角和方位角不同、光伏组件有灰尘、光伏组件温度不均等,此时组件的输出伏安特性曲线呈多阶梯状,相应的功率电压曲线含有多个局域最大峰值,会因阵列光伏组件的发电功率不同而引起组建的失配问题,导致系统发电效能降低。事实上,仅仅遮挡一小部分的光伏组件就会引起25%50%的电能损失。

光伏系统不匹配的问题是由于电压与电流组合不匹配造成的,造成此问题原因有很多,例如局部遮蔽、飘动的云、附近物体的反射、各种不同的倾斜角和安装方向、表面污染、组件老化、以及太阳电池阵列上的温度变化,阴影或其他因素造成的光伏组件不匹配可能会导致阵列产生不平衡的电量损失。

事实上影响系统发电量的因素很多,包括组件内部电池的互联方式、组件定向、光伏组件之间的串并联问题以及逆变器的配置等。阴影导致的这种不成比例能量损失原因主要是跟组件和系统的组成结构有关。光伏组件通过多个太阳电池串并联而成,每个太阳电池串被称为一个“组列”,每个组列由一个旁路二极管来起到旁路导通保护,以免一个或多个电池被遮挡或损坏时,导致这些电池因过热而损坏。光伏阵列由光伏组件通过串并联方式构成,当光伏发电系统部分被遮挡时未被遮挡部分电池产生的电流流经被遮挡部分电池的旁路二极管。当光伏阵列因阴影出现上述情况时会产生一条具有多个峰值的V-P特征曲线。逆变器有两个基本功能:一方面通过DC/AC转换将直流电转换成与电网同频和同相的交流电;另一方面跟踪太阳能光伏发电系统的最佳效率点。对于特定的光照辐射、温度和电池类型,太阳能光伏发电系统都有相应唯一的最佳电压和电流值,从而产生最大能量。如果出现阴影遮挡或其它情况导致系统中各组件之间电压和电流的失配,将导致发电系统的效率大幅降低。

光伏效率转换器在工作过程中承担了双重跟踪角色

1跟踪光伏组件最佳的MPP(最大功率点)

2调整光伏组件的电压和电流值

在尽量保证组件的最大输出功率的情况下采用DC-DC转换技术,根据组串的工作情况转换成不同的输出电压/电流值使光伏系统获得最大的电能。

效率转换器的原理主要是藉由直流/直流转换器和MPPT(最大功率点跟踪)技术来增加光伏组件的输出功率。通过采用DC-DC的原理在基本保持功率不变的情况下改变组件的输出直流电压和电流,如果组串中一个光伏组件由于阴影或其它因素的影响使其输出电流变得很小,这样会影响组串的整体直流电流。

效率转换器会通过MPPT技术跟踪组件的最大输出功率再通过DC-DC技术使受阴影遮挡组件的输出功率保持在不变的情况下提高其输出电流从而提高阵列的输出电流相应会降低阴影遮挡的输出电压。串联的电源优化器可以相互之间进行无线通讯能够感应出各组件的电压值和电流值并且不断调整优化系统使光伏系统处在发电量最多的状态。

光伏效率转换器保留了久经验证的串联电池板排列方式,并通过只将DC/DCPMMT功能分布到电池板来实现改进。与此同时,光伏效率转换器架构与现有的多级逆变器完美兼容,实际上将使它们能够更高效地运行,因为总线电压可保持更高水平且更恒定。光伏效率转换器不只限于提升直流/直流转换器的性能,它们既能处理能源多的情况,也能处理能源减少的情况。这就意味着因反射而增加的辐照(与遮蔽阴影相反的不匹配问题)也可被利用来增加产能。同样,这也意味着光伏效率转换器有能力处理功率变化,方法是给某个串列添加电池板(使该串列产生更多的电量),或者从某个串列减少一块或两块电池板(从而减少电量)。因此,安装人员能够设计串列长度不同的系统,使阵列应用更为灵活。

来源:安徽古林