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光伏逆变器MPPT技术对系统发电量影响

光伏逆变器  来源:深圳古瑞瓦特新能源股份有限公司    2016/12/2 10:55:37  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:在光伏系统中,逆变器的成本不到5%,却是发电效率的决定性因素之一,当组件等配件完全一致时,选择不同的逆变器,系统的总发电量有5%到10%的差别,这个差异的主要原因就是逆变器造成的。而MPPT效率是决定光伏逆变器发电量关键的因素,其重要性甚至超过光伏逆变器本身的效率,MPPT的效率等于硬件效率乘以软件效率,硬件效率主要由采样电路的精度,MPPT电压范围,MPPT路数来决定的,软件效率主要由控制算法来决定的。

最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,简称MPPT)是光伏发电系统中的一项核心技术,它是指根据外界不同的环境温度、光照强度等特性来调节光伏阵列的输出功率,使得光伏阵列始终输出最大功率。

中国光伏市场的爆发,促进了光伏逆变器的发展,各种技术层出不穷。目前使用的有集中式逆变器,单级组串式逆变器,双级组串式逆变器,集散式逆变器,高频模块化逆变器,MPPT的技术也是多种多样。

1、MPPT采样电路精度

MPPT实现的方法有很多种,但不管用哪种方法,首先要测量组件功率的变化,再对变化做出反应。这其中最关键的元器件就是电流传感器,它的测量精度和线性误差将直接决定硬件效率,电流传感器做得比较好的厂家有瑞士的LEM,美国的VAC,日本的田村等,有开环和闭环两种,开环的电流传感器一般是电压型,体积少,重量轻,无插入损耗,成本低,线性精度99%,总测量误差1%左右,闭环的电流传感器,频带范围宽,精度高,响应时间快,抗干扰能力强,线性精度99.9%,总测量误差0.4%。

天气剧烈变化时,使用闭环传感器有优势。

闭环传感器

开环传感器

2、MPPT电压范围

逆变器的工作电压范围和逆变器的电气拓扑结构以及逆变器输出电压有关,组串式逆变器和集散式逆变器是双级电气拓扑结构,MPPT工作电压范围在250-850V之间,集中式逆变器是单级结构,输出电压有270V,315V,400V等规格,输入MPPT电压范围有450-850V,500-850V,570-850V等多种,还有一种单级结构的组串式逆变器,只有一级DC-AC逆变器,输出电压是400V,MPPT输入电压范畴是570-850V。从应用的角度来看,各有优势和缺点。

1)从逆变器角度上讲,输出电压越高的逆变器,相同功率等级,电流越低,效率也就越高。单级比双级结构简单,可靠性高,成本低,价格便宜。

2)从系统角度上讲,逆变器MPPT电压范围越宽,可以早启动,晚停机,发电时间长。

3)根据电压源串联原理,系统输出电压相加,电流不变。光伏组件串联后,输出电流是由最少的电池板来决定的,受到组件原材料,加工工艺,阴影,灰尘等影响,一块组件功率降低,这一串的组件功率都会降低,因此组件串联数目要尽量少,并联的数目尽量多,才能减少由于组件的一致性而带来的影响。

3、MPPT的路数

目前组串式逆变器,MPPT路数有1到5路不等,集中式逆变器一般是1路MPPT,集散式逆变器,把汇流箱和MPPT升压集成在一起,有多路MPPT,还有一种高频模块化逆变器,每一个模块有一路MPPT。

从解决失配的问题角度来说,MPPT数量越多越有利;从稳定性和效率上来说,MPPT的数量越少越好,因为MPPT数量越多系统成本越高,稳定性越差,损耗越多。因此需要结合实际地形需求选择合适的方案。从理论上讲,组件的不一致性要超过0.5%以上,才有使用的价值。

1)功能损耗:MPPT算法很多,有干扰观察法、增量电导法、电导增量法等等,不管是哪一种算法,都是通过持续不断改变直流电压,去判断阳光的强度变化,因此都会存在误差,比如说当电压实际正处于最佳工作点时,逆变器还是会尝试改变电压,来判断是不是最佳工作点,多一路MPPT,就会多一路损耗。

2)测量损耗:MPPT工作时,逆变器需要测量电流和电压。一般来说,电流越大,抗干扰能力就越大,误差就越少,2路MPPT比4路MPPT电流大1倍,误差就少一倍。如某公司50KW的逆变器,使用开环直流电流传感器HLSR20-P,电流为20A,误差为1%,当输入电流小于0.5A时,误差就经常发生,当输入电流小于0.2A时,就基本上不能工作了。

3)电路损耗:MPPT主电路有一个电感和一个开关管,在运行时也会产生损耗。一般来说,电流越大,电感量可以做得更小,损耗就越少。

下图是在两个不同的地方,选择不同MPPT逆变器,单极单路和双级多路,实际发电量的示意图,由图可以看出,在平地无遮挡光照好的地区,两种逆变器发电量相差不多,单极单路早晚发电时间短,要损失一部分电量,在由于本身损耗低效率高,当光照达到启动电压后,输出功率要比双级多路的要大,所以综合比较起来差不多。

在山地或者屋顶有遮挡光照条件一般的地区,双级多路MPPT的逆变器发电量高。这是因为在低电功率发电时间段时间较长,高功率发电时间较短。

总结:

逆变器MPPT技术的多样性,给电站设计带来了极大的便利。结合实际,科学设计,不同的地形,光照条件,选择不同的逆变器,降低电站成本,提高经济效益。山丘电站和屋顶电站,存在朝向不一致和局部遮挡的现象,且不同的山丘遮挡特性不一样,带来组件失配问题,建议选择多路MPPT,电压范围宽的双级结构的逆变器,可以增加早晚发电时间。平地无遮挡,光照条件好的地区,建议选择单路MPPT,单级结构的逆变器,可以提高系统可靠性,降低系统成本。

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