光伏技术探讨：多MPPT对大型荒漠电站发电量的影响（一）

在光伏系统中，将光能转化为电能的是光伏组件，而客观存在的组件失配，一定程度上降低了光伏系统的发电量。采用多MPPT方案，可以一定程度上降低组件失配影响。 　　一、组件失配是什么 　　每块组件都有自己的P-V特性曲线，该曲线会随着光照强度、环境温度的变化而变化，如图一所示。 　　不同厂家、不同型号、以及不同生产批次的光伏组件，P-V特性曲线并不完全一致；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不一致。简单来说，一个阵列内同一时间不同组件的P-V特性曲线不一致，就是组件失配。由失配的组件进行串联或并联，形成新的组合功率曲线，如图二所示。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，这就是组件失配导致的功率损失。 　　二、光伏系统中失配产生的原因 　　光伏阵列一般采用同一厂商同一批次型号，选择同倾斜角度进行光伏阵列设计建设，由于各组件P-V特性曲线一致，基本可以认为电站运营初期没有失配情况发生。经过一段时间的运行，光伏组件将出现不同程度的失配情况，讨论较多的有以下三种情况。 　　组件正常衰减的离散性 　　通常来说，光伏组件在第一年的衰减约为2%，以后每年衰减约为0.7%，国标规定25年的生命周期内衰减不超过20%。仅仅是组件衰减并不会导致失配，导致 失配的是各块组件的衰减的离散性，即衰减程度的不一致性，离散性越大，失配程度越高。例如，在某个组串运行5年后，大部分组件衰减了5%，仅有1块组件衰 减了7%，那么失配就仅在该7%衰减组件与其他组件串联时产生，其他同步衰减5%的组件之间没有失配。 　　在同一阵列内一般采用同一批次的光伏组件，衰减离散性相对较小，影响比较小。其中一种衰减是由PID（Potential Induced Degradation）引发的，使用有抗PID功能的逆变器，可以一定程度恢复组件的衰减，进一步降低组件衰减的离散性。 　　组件非正常损坏 　　少数情况下，由于异物粘着组件表面导致局部温升，形成热斑进而导致组件的非正常损毁。损毁的组件可能会导致整个串联组件断路，也可能会通过旁路二极管保持串联后的组串继续工作。 　　由于非正常破损是直接减少串联组件或电池片，并非改变组件P-V特性曲线，工作中的各组件特性仍旧一致。旁路二极管作为负载带来一定损失，串联会产生小幅度失配。 　　光照强度不均匀 　　由于组件表面的灰尘积累、阴影遮挡等原因，各组件接受的光照强度不一致，导致同一时间下各组件的P-V特性曲线出现差异，形成失配。光照强度被遮挡的程度不同，所形成的失配的程度也不同。 　　值得注意的是，灰尘积累虽然对光照影响较大，但由于分布均匀，对组件的失配影响反而较小；以云为主的光照遮挡阴影，影响覆盖范围有很强的随机性，且光照强度差异可能较大，是光伏阵列内组件失配的主要原因。 　　三、多MPPT方案可以解决哪些失配 　　MPPT是光伏系统核心设备光伏逆变器的主要功能之一，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。MPPT对发电量的影响来自两个方面：MPPT对复杂曲线的动态静态精确跟踪能力，这取决于逆变器厂商对跟踪算法的积累和专利；对光伏阵列进行解耦的多MPPT方案设计，这是针对组件失配的发电功率提升方案。 　　光伏阵列是由21（或者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方案解决组件失配，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。 　　对阵列的解耦首先从解耦组串并联开始。以组串为最小单位进行解耦，可以解决组串并联失配损失，解耦越细，并联失配损失越低。这也是集中型和组串型方案的主要区别。 　　当对组串并联解耦进行到极限，即每一组串由一个MPPT单独进行跟踪时，可以完全解决并联失配。进一步解决组件失配就需要从串联失配着手，以组件为最小单位进行解耦，解耦越细，串联失配损失越低。只有微型逆变器方案可以实现解决串联失配。 　　小结：在大型荒漠电站中，组件失配的主要原因是云层阴影形成的局部光照遮挡。 　　通过采用多MPPT方案可以降低光伏阵列内的组件失配影响。采用组串型方案可以一定程度解决并联失配，但对串联失配无影响；采用微型逆变器方案可以同时解决并联失配和串联失配。