太阳能光伏发电系统中最大功率峰值跟踪对效率的影响

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太阳能光伏发电系统中最大功率峰值跟踪对效率的影响
! I. [" _+ \) x, Y' o4 D) ^      输入的直流功率取决逆变器工作在光伏阵列的电流-电压曲线上的哪一个点上。理想状态下，逆变器应工作在光伏阵列的最大功率峰值上。最大功率峰值在一整天内是不同的，主要是由于环境的作用，如太阳光的辐射和温度，但逆变器通过一个具有最大功率峰值跟踪的运算器来直接与光伏阵列相连，达到能量转移的最大化。下图给出一个具体的例子。
* k$ R2 E/ M! C# g$ N- C' i9 n      最大功率峰值跟踪的最大效率ηMPPT，可以定义为在定义的一段时间内逆变器从太阳能阵列获得的能量与理想状态下的最大功率峰值跟踪从太阳能阵列获得的能量的比率。下面是一个公式表达法：
其中PDC 是直流输入到逆变器的功率，Pm 是最大功率峰值。
       许多最大功率峰值跟踪的运算法已被提议，建立在不同的基础上，在其他一些参数中，增量电导、寄生电容、恒定电压、电压的温度修正和模糊逻辑控制。
4 X1 j( Z: A( x* w- M1 G( p       然而以“微扰观察法”为基础的运算法因为其简单的运行而成为最常见的用法。这种运算法是建立在光伏阵列运行电压的微扰而引起的小的电压增量，ΔV，在一段时间后引起的功率的改变，ΔP,我们对它进行测量。如果ΔP是正的，那么下一个电压微扰增量也是正的。如果ΔP是负的，那么下一个电压微扰增量也是负的。尽管如此，这种运算还是有些局限的地方，这将使最大功率峰值跟踪的效率在某些特定条件下有所降低。譬如，在非常低的太阳光辐射下，例如，日出和日落的时候，功率曲线变得非常平滑，这就使得找到最大功率峰值变得非常困难。另外一个因素也使得找到真正得功率峰值点变得不可能，那是因为逆变器的ΔP在这一点附近振荡。在太阳光辐射急剧改变的情况下，跟踪运算也可能会变得捉摸不定。部分遮影可以影响最大功率峰值跟踪的运行，但这个问题是可以克服的，可以用微扰的不同次数，正如在一段时间的功率变化函数，也可用间隔电压微扰来解决这个问题。
太阳能光伏发电系统中各种逆变器不同的MPP跟踪效率
3 o. W, {5 ?3 V" m        对于逆变器的ηMPPT的实验数据表明，典型的效率在80%~90%之间，如图A所示。对于不同的产品和不同的厂家，在现场直流到交流的转换效率没有很大的不同，这就是MPP跟踪的情况。对于大多数的受测逆变器，应该改善在低太阳辐射时的效率（日出和日落），这对于逆变器来说很难找到MPP电压的最佳值。这可以从图B中看出系统的运行和MPP电压。在有些情况下，这可以通过将宽的跟踪电压范围改到窄的范围来改善，这就接近了可能的MPP电压变化，将它作为安装的光伏阵列的结构函数。这只可能在那些可以通过控制和监控软件来改动系统内部默认值的逆变器上进行。不管怎样，对于一个现场来选择一个合适的逆变器是必须谨慎的。
太阳能逆变器
. j% j& W' U+ v由于建筑的多样性，势必导致太阳能电池板安装的多样性，为了使太阳能的转换效率最高同时又兼顾建筑的外形美观，这就要求我们的逆变器的多样化，来实现最佳方式的太阳能转换。现在世界上比较通行的太阳能逆变方式为：集中逆变器、组串逆变器，多组串逆变器和组件逆变，现将几种逆变器运用的场合加以分析。
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1 m3 Z: O- s+ H8 o4 O: R1 h       集中逆变
见下图。集中逆变一般用与大型光伏发电站（>10kW）的系统中，很多并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流。最大特点是系统的功率高，成本低。但受光伏组串的匹配和部分遮影的影响，导致整个光伏系统的效率和电产能。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制，以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高的效率。

2 \2 ]. s& {( O  d0 d; I! z! B        在SolarMax(索瑞•麦克）集中逆变器上，可以附加一个光伏阵列的接口箱，对每一串的光伏帆板串进行监控，如其中有一组串工作不正常，系统将会把这一信息传到远程控制器上，同时可以通过远程控制将这一串停止工作，从而不会因为一串光伏串的故障而降低和影响整个光伏系统的工作和能量产出。

        组串逆变
见下图。组串逆变器已成为现在国际市场上最流行的逆变器。组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串（1kW-5kW）通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网。许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点
    与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引入“主-从”的概念，使得在系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。最新的概念为几个逆变器相互组成一个“团队”来代替“主-从”的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。
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6 X, M7 A% w# b0 m5 F1 e        多组串逆变
5 G! N5 i7 ^. S8 C; c- e0 Z, l% b见下图。多组串逆变是取了集中逆变和组串逆变的优点，避免了其缺点，可应用于几千瓦的光伏发电站。在多组串逆变器中，包含了不同的单独的功率峰值跟踪和直流到直流的转换器，这些直流通过一个普通的直流到交流的逆变器转换成交流电，并网到电网上。光伏组串的不同额定值（如：不同的额定功率、每组串不同的组件数、组件的不同的生产厂家等等）、不同的尺寸或不同技术的光伏组件、不同方向的组串（如：东、南和西）、不同的倾角或遮影，都可以被连在一个共同的逆变器上，同时每一组串都工作在它们各自的最大功率峰值上。
同时，直流电缆的长度减少、将组串间的遮影影响和由于组串间的差异而引起的损失减到最小。

        组件逆变器
        组件逆变器是将每个光伏组件与一个逆变器相连，同时每个组件有一个单独的最大功率峰值跟踪，这样组件与逆变器的配合更好。通常用于50W到400W的光伏发电站，总效率低于组串逆变器。由于是在交流处并联，这就增加了交流侧的连线的复杂性，维护困难。另一需要解决的是怎样更有效的与电网并网，简单的办法是直接通过普通的交流电插座进行并网，这样就可以减少成本和设备的安装，但往往各地的电网的安全标准也许不允许这样做，电力公司有可能反对发电装置直接和普通家庭用户的普通插座相连。另一和安全有关的因素是是否需要使用隔离变压器（高频或低频），或者允许使用无变压器式的逆变器。这一逆变器在玻璃幕墙中使用最为广泛。

haowenjie

赵争鸣老师好像有这方面的研究

prentemp

我想说，题很诡异。

sh0207

MPPT不就是对效率的最大化吗

mingyu

最大功率峰值跟踪，不好控制。