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【干貨】淺析MPPT對光伏系統(tǒng)發(fā)電量的影響

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近日,茂碩電氣ST50KW逆變器先后在河南、蘇州等項(xiàng)目成功并網(wǎng),其完全無風(fēng)扇及5路MPPT的優(yōu)勢在機(jī)器低噪音、高效率運(yùn)行過程中顯露無疑。尤其是,在5路MPPT的帶動(dòng)下其發(fā)電效率明顯高出同一項(xiàng)目中安裝的其他品牌同功率機(jī)型。由此,也再次引發(fā)了行業(yè)內(nèi)對“MPPT到底如何對光伏系統(tǒng)發(fā)電量產(chǎn)生影響”的大討論。

【干貨】淺析MPPT對光伏系統(tǒng)發(fā)電量的影響

  MPPT(Maximum Power Point Tracking最大功率點(diǎn)跟蹤)是追蹤太陽能電池板的最大功率輸出點(diǎn),以期望達(dá)到電池板的最大出力,輸出最多的電能。在光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,MPPT數(shù)量——即最大功率點(diǎn)跟蹤數(shù)量,是關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素。當(dāng)前業(yè)內(nèi)無論是在探討集中型與組串型方案的優(yōu)劣時(shí),還是討論如何應(yīng)對陰影遮擋、朝向不一、組件不一致等情況時(shí),“MPPT數(shù)量增長是否能給電站所帶來的邊際收益”都是重要評判維度之一。今天我們就從幾個(gè)方面具體聊一下“MPPT之于系統(tǒng)發(fā)電量的影響”。

  1. MPPT路數(shù)越多越好

  眾所周知,光伏發(fā)電中存在一個(gè)組件“木桶效應(yīng)”,即某塊組件受到外界或自身某種因素影響時(shí)發(fā)電效率的降低,會(huì)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率。

  從更專業(yè)的角度解釋這種“木桶效應(yīng)”為:不同廠家、不同型號、以及不同生產(chǎn)批次的光伏組件,P-V特性曲線是不完全一致的;而受到陰影、朝向等影響時(shí),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(huì)產(chǎn)生不一致。由于光伏系統(tǒng)中不同組件需要進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián),會(huì)形成新的組合功率曲線,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,最終導(dǎo)致系統(tǒng)功率損失。

  由于將光能轉(zhuǎn)化為電能的光伏組件在客上存在“木桶效應(yīng)”,一定程度上降低了光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。曾經(jīng)有行業(yè)人士計(jì)算過,從電站25年壽命的角度來看,“木桶效應(yīng)”對整個(gè)光伏系統(tǒng)造成的損失可以達(dá)到甚至超過10%。而這時(shí),通過在逆變器端增加MPPT路數(shù)的方案,可以一定程度上降低“木桶效應(yīng)”的影響。

  光伏陣列是由21(或22)塊組件串聯(lián)形成組串,再由多個(gè)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方案之所以能夠降低“木桶效應(yīng)”影響,就是通過陣列解耦讓更多的MPPT來分別跟蹤,單個(gè)MPPT跟蹤的組件越少,組件失配損失越低。

  以目前市面上普通的40/50KW組串型逆變器為例,目前最流行的分別是2路/3路MPPT設(shè)計(jì),在1MW的光伏系統(tǒng)中,擁有MPPT數(shù)量對比如下:

【干貨】淺析MPPT對光伏系統(tǒng)發(fā)電量的影響

  從上面表格中對比中,茂碩電氣推出的ST50KTL機(jī)型在每1MW項(xiàng)目中將擁有MPPT數(shù)量多達(dá)100路,較國內(nèi)其他品牌機(jī)器優(yōu)勢一目了然。在實(shí)際應(yīng)用中將極大程度降低組件“木桶效應(yīng)”對整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電量的影響,因此在河南項(xiàng)目中取得更好地發(fā)電量成績也成為順理成章之事。

目前國內(nèi)逆變器發(fā)展趨向“大功率變小、小功率變大”的大環(huán)境下,組串型逆變器單機(jī)功率不斷增大。組串型逆變器功率從20KW提高到50KW,最大的優(yōu)勢在于減少了整個(gè)系統(tǒng)并機(jī)數(shù)量,從而大大減小并網(wǎng)諧波對電網(wǎng)的影響。同時(shí),功率加大后單機(jī)轉(zhuǎn)換效率大幅提高,可以有效提高光伏系統(tǒng)整體發(fā)電效率。而此時(shí)MPPT路數(shù)的增多將對系統(tǒng)效率提供更多更大的支持,因此茂碩電氣ST50KTL機(jī)型在未來市場發(fā)展前景廣闊。

  2. 追蹤效率越高越好

  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(diǎn),以此對組件發(fā)電進(jìn)行最高效率追蹤是光伏逆變器的主要功能之一。

  而MPPT對系統(tǒng)發(fā)電量的影響除在第一條中探討的MPPT追蹤數(shù)量外,還有另一個(gè)非常重要的方面,即MPPT對復(fù)雜曲線的動(dòng)態(tài)靜態(tài)精確跟蹤能力,或者說“MPPT追蹤效率”。MPPT追蹤能力是一個(gè)逆變器企業(yè)真正軟實(shí)力的重要體現(xiàn),它來源于廠商對跟蹤算法的不斷創(chuàng)新及經(jīng)驗(yàn)積累。

  同樣以茂碩電氣ST50KTL機(jī)型為例,負(fù)責(zé)該機(jī)型的軟件工程師在多年技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)積累基礎(chǔ)上,經(jīng)長時(shí)間的測試開發(fā),將該機(jī)型MPPT跟蹤效率穩(wěn)定在了處于國際領(lǐng)先水平的“99.90%”,并申請了多項(xiàng)國家專利。配合第一條介紹的5路MPPT設(shè)計(jì),茂碩電氣50KW組串型逆變器將逆變器MPPT跟蹤功能推上了一個(gè)新的高度,多個(gè)并網(wǎng)項(xiàng)目也從實(shí)際應(yīng)用層面證明了該機(jī)型在整個(gè)光伏系統(tǒng)發(fā)電效率提高方面起到意想不到的作用。

  3. MPPT電壓范圍越寬越好

  在光伏電站系統(tǒng)中,逆變器的成本不到10%,但卻是發(fā)電效率的決定者。在同一個(gè)項(xiàng)目中安裝的逆變器,如果其MPPT電壓范圍不同,可以直接影響到MPPT工作時(shí)間,從而影響逆變器的發(fā)電量。

  在進(jìn)行逆變器選擇時(shí),很多人慣性的將更多的目光放在機(jī)器的轉(zhuǎn)換效率上,而忽略了逆變器“工作電壓范圍”和“滿載MPPT電壓范圍”兩個(gè)重要指標(biāo)。

  在一個(gè)完整的光伏系統(tǒng)中,隨著太陽輻照強(qiáng)度從早上起逐漸增強(qiáng),組件發(fā)電產(chǎn)生的電壓也慢慢變大,當(dāng)電壓進(jìn)入逆變器工作電壓范圍時(shí),逆變器開始正常工作,這也是整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電的開端;而中午到傍晚的變化也是相同,隨著太陽輻照強(qiáng)度降低組件電壓變小,當(dāng)電壓低于逆變器工作電壓范圍時(shí),逆變器停止工作。由此可見,工作電壓范圍決定了逆變器每天啟動(dòng)與休息的時(shí)間,而同理“滿載MPPT電壓范圍”則決定了MPPT滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間,這個(gè)范圍越寬,MPPT也會(huì)“起得更早、休息得更晚“,從而達(dá)到最長工作時(shí)間,隨之而來的便是逆變器獲得更高的發(fā)電效率。茂碩電氣ST50KTL的滿載MPPT電壓范圍可以達(dá)到國際領(lǐng)先水平的“450-850V”,可以為逆變器更高效率的轉(zhuǎn)換組件發(fā)電量提供有力幫助。

  4. 10路端子可以超配1.14倍

  本文討論的最后一點(diǎn)其實(shí)與MPPT數(shù)量關(guān)系不大,重點(diǎn)集中在組串逆變器所擁有的端子數(shù)量上。不過逆變器端子直接跟MPPT數(shù)量相對應(yīng),所以我們就放到一塊進(jìn)行討論了。

  近期,一篇名為“光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的組件超配與投資收益提升”的文章引起了非常多行業(yè)同仁的共鳴。文章中著重提到受到太陽輻照、系統(tǒng)損耗、組件安裝角度等因素的影響,按照適當(dāng)比例對光伏組件進(jìn)行超配能夠有效提高光伏系統(tǒng)的投資收益比。

  根據(jù)文章中的描述,一款組串逆變器的超配能力受到其是否有足夠數(shù)量的端子影響。以文章中同樣的計(jì)算方法,我們假設(shè)項(xiàng)目中會(huì)使用255W或260W兩種組件,每個(gè)組串由22塊組件串聯(lián)組成,使用50KW組串逆變器,這樣我們可以計(jì)算出不同端子數(shù)量的超配能力:

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  雖然上面的計(jì)算只是一種概念上的推理,但茂碩電氣50KW組串機(jī)型10組端口的優(yōu)勢還是得到了非常明顯的體現(xiàn),完全可以適用于1.1-1.2比例的超配設(shè)計(jì)。另外,在超配情況下ST50KTL機(jī)型更多MPPT路數(shù)(5路)的優(yōu)勢也將更加明顯,將為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)提供了更多的可選擇性。

  小結(jié):MPPT數(shù)量及質(zhì)量對光伏系統(tǒng)發(fā)電量的影響已經(jīng)是眾所周知的事情,小編不惜以一篇文章再次強(qiáng)調(diào),一方面是為了鼓勵(lì)逆變器廠家能更多的從提高系統(tǒng)發(fā)電量的角度進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新;另一方面,也是更多的鼓勵(lì)電站投資業(yè)主在逆變器選型過程中更多從投資與收益平衡的角度出發(fā),選擇更高發(fā)電量的系統(tǒng)方案。

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