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【干货】浅析MPPT对光伏系统发电量的影响

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人气:-发表时间:2016-01-25 08:33【

近日,茂硕电气ST50KW逆变器先后在河南、苏州等项目成功并网,其完全无风扇及5路MPPT的优势在机器低噪音、高效率运行过程中显露无疑。尤其是,在5路MPPT的带动下其发电效率明显高出同一项目中安装的其他品牌同功率机型。由此,也再次引发了行业内对“MPPT到底如何对光伏系统发电量产生影响”的大讨论。

【干货】浅析MPPT对光伏系统发电量的影响

  MPPT(Maximum Power Point Tracking最大功率点跟踪)是追踪太阳能电池板的最大功率输出点,以期望达到电池板的最大出力,输出最多的电能。在光伏发电系统设计中,MPPT数量——即最大功率点跟踪数量,是关键设计要素。当前业内无论是在探讨集中型与组串型方案的优劣时,还是讨论如何应对阴影遮挡、朝向不一、组件不一致等情况时,“MPPT数量增长是否能给电站所带来的边际收益”都是重要评判维度之一。今天我们就从几个方面具体聊一下“MPPT之于系统发电量的影响”。

  1. MPPT路数越多越好

  众所周知,光伏发电中存在一个组件“木桶效应”,即某块组件受到外界或自身某种因素影响时发电效率的降低,会直接影响到整个系统的发电效率。

  从更专业的角度解释这种“木桶效应”为:不同厂家、不同型号、以及不同生产批次的光伏组件,P-V特性曲线是不完全一致的;而受到阴影、朝向等影响时,在不同光照、不同温度以及不同衰减下,各组件的特性曲线也会产生不一致。由于光伏系统中不同组件需要进行串联或并联,会形成新的组合功率曲线,新组合曲线的最大功率输出,将小于组合前各功率曲线最大功率输出之和,最终导致系统功率损失。

  由于将光能转化为电能的光伏组件在客上存在“木桶效应”,一定程度上降低了光伏系统的发电量。曾经有行业人士计算过,从电站25年寿命的角度来看,“木桶效应”对整个光伏系统造成的损失可以达到甚至超过10%。而这时,通过在逆变器端增加MPPT路数的方案,可以一定程度上降低“木桶效应”的影响。

  光伏阵列是由21(或22)块组件串联形成组串,再由多个组串并联组成,P-V特性曲线也是先串联再并联生成阵列的特性曲线。多MPPT方案之所以能够降低“木桶效应”影响,就是通过阵列解耦让更多的MPPT来分别跟踪,单个MPPT跟踪的组件越少,组件失配损失越低。

  以目前市面上普通的40/50KW组串型逆变器为例,目前最流行的分别是2路/3路MPPT设计,在1MW的光伏系统中,拥有MPPT数量对比如下:

【干货】浅析MPPT对光伏系统发电量的影响

  从上面表格中对比中,茂硕电气推出的ST50KTL机型在每1MW项目中将拥有MPPT数量多达100路,较国内其他品牌机器优势一目了然。在实际应用中将极大程度降低组件“木桶效应”对整个系统发电量的影响,因此在河南项目中取得更好地发电量成绩也成为顺理成章之事。

目前国内逆变器发展趋向“大功率变小、小功率变大”的大环境下,组串型逆变器单机功率不断增大。组串型逆变器功率从20KW提高到50KW,最大的优势在于减少了整个系统并机数量,从而大大减小并网谐波对电网的影响。同时,功率加大后单机转换效率大幅提高,可以有效提高光伏系统整体发电效率。而此时MPPT路数的增多将对系统效率提供更多更大的支持,因此茂硕电气ST50KTL机型在未来市场发展前景广阔。

  2. 追踪效率越高越好

  通过不断调整逆变器自身的等效电阻值,影响所跟踪的组件的电压电流值,寻找并保持系统工作在P-V特性曲线的最高功率点,以此对组件发电进行最高效率追踪是光伏逆变器的主要功能之一。

  而MPPT对系统发电量的影响除在第一条中探讨的MPPT追踪数量外,还有另一个非常重要的方面,即MPPT对复杂曲线的动态静态精确跟踪能力,或者说“MPPT追踪效率”。MPPT追踪能力是一个逆变器企业真正软实力的重要体现,它来源于厂商对跟踪算法的不断创新及经验积累。

  同样以茂硕电气ST50KTL机型为例,负责该机型的软件工程师在多年技术及经验积累基础上,经长时间的测试开发,将该机型MPPT跟踪效率稳定在了处于国际领先水平的“99.90%”,并申请了多项国家专利。配合第一条介绍的5路MPPT设计,茂硕电气50KW组串型逆变器将逆变器MPPT跟踪功能推上了一个新的高度,多个并网项目也从实际应用层面证明了该机型在整个光伏系统发电效率提高方面起到意想不到的作用。

  3. MPPT电压范围越宽越好

  在光伏电站系统中,逆变器的成本不到10%,但却是发电效率的决定者。在同一个项目中安装的逆变器,如果其MPPT电压范围不同,可以直接影响到MPPT工作时间,从而影响逆变器的发电量。

  在进行逆变器选择时,很多人惯性的将更多的目光放在机器的转换效率上,而忽略了逆变器“工作电压范围”和“满载MPPT电压范围”两个重要指标。

  在一个完整的光伏系统中,随着太阳辐照强度从早上起逐渐增强,组件发电产生的电压也慢慢变大,当电压进入逆变器工作电压范围时,逆变器开始正常工作,这也是整个系统发电的开端;而中午到傍晚的变化也是相同,随着太阳辐照强度降低组件电压变小,当电压低于逆变器工作电压范围时,逆变器停止工作。由此可见,工作电压范围决定了逆变器每天启动与休息的时间,而同理“满载MPPT电压范围”则决定了MPPT满负荷运行的时间,这个范围越宽,MPPT也会“起得更早、休息得更晚“,从而达到最长工作时间,随之而来的便是逆变器获得更高的发电效率。茂硕电气ST50KTL的满载MPPT电压范围可以达到国际领先水平的“450-850V”,可以为逆变器更高效率的转换组件发电量提供有力帮助。

  4. 10路端子可以超配1.14倍

  本文讨论的最后一点其实与MPPT数量关系不大,重点集中在组串逆变器所拥有的端子数量上。不过逆变器端子直接跟MPPT数量相对应,所以我们就放到一块进行讨论了。

  近期,一篇名为“光伏系统设计中的组件超配与投资收益提升”的文章引起了非常多行业同仁的共鸣。文章中着重提到受到太阳辐照、系统损耗、组件安装角度等因素的影响,按照适当比例对光伏组件进行超配能够有效提高光伏系统的投资收益比。

  根据文章中的描述,一款组串逆变器的超配能力受到其是否有足够数量的端子影响。以文章中同样的计算方法,我们假设项目中会使用255W或260W两种组件,每个组串由22块组件串联组成,使用50KW组串逆变器,这样我们可以计算出不同端子数量的超配能力:

【干货】浅析MPPT对光伏系统发电量的影响

  虽然上面的计算只是一种概念上的推理,但茂硕电气50KW组串机型10组端口的优势还是得到了非常明显的体现,完全可以适用于1.1-1.2比例的超配设计。另外,在超配情况下ST50KTL机型更多MPPT路数(5路)的优势也将更加明显,将为系统设计人员在系统设计时提供了更多的可选择性。

  小结:MPPT数量及质量对光伏系统发电量的影响已经是众所周知的事情,小编不惜以一篇文章再次强调,一方面是为了鼓励逆变器厂家能更多的从提高系统发电量的角度进行技术创新;另一方面,也是更多的鼓励电站投资业主在逆变器选型过程中更多从投资与收益平衡的角度出发,选择更高发电量的系统方案。

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