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(dǎo)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(biāo)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(dǎo)致失配,導(dǎo)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(PotentialInducedDegradation)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(dǎo)致局部溫升,形成熱斑進而導(dǎo)致組件的非正常損毀。損毀的組件可能會導(dǎo)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(dǎo)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小;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(dāng)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。