全面剖析功率优化器对发电量提升作用

　　在光伏系统中，一般是多个组件串并联的方式构成光伏阵列。由于串并联的各个组件的电性参数不一致，组串发生部分遮挡，或者损伤等因素，导致系统输出功率减少，专业术语称之为“失配损失”，它将不同程度影响电站的发电量。

 

　　目前在组件端消除失配影响的解决方案之一为使用功率优化器，每一块光伏组件连接一个具有最大功率点跟踪功能的功率优化器，且每个光伏组件的输出接入至功率优化器模块的输入端。光伏优化器可根据串联电路需要，将低电流转化为高电流，最后将各功率优化器的输出端串联并接入汇流箱或逆变器。优化器监控并优化每块光伏电池板的电能，即使阵列中任意一块电池板出现失配问题时，其他电池板仍然能输出最大功率，因而能够补偿因失配问题而产生的发电量损失。

 

　　1、光伏功率优化器的基本原理

 

　　每块光伏组件均接入功率优化器，每块组件相对于光伏阵列来说是一个独立的整体，它的输出功率不会受到其他任何组件的影响，一直输出在当前环境条件下的最大功率值。

 

　　对于传统的组串设计方案，当某一组串的其中一块组件受到阴影遮挡，一般是电压不变，电流下降，如一个20串270W的组串，在某一天气下工作电流电压是8.4A32V，总功率为5400W，如果其中一块组件受到阴影遮挡，电流下降到到3.2A，整个回路电流都会下降，总功率变为2048W，下降约62%。

 

　　当增加优化器后，被阴影遮挡的组件不再影响其他组件的发电，通过优化器内部的小变压器DC-DC控制电路来改变组件的输出电流，和其他组件的电流进行匹配（当然优化器需要监测同一路组串上其他组件的输出电流，发现不一致后才能对自身的输出电流大小的进行调节），该组件电流3.2A提升为8.4A，电压由32V降低为12.5V，那么实际的功率输出为270*19+102=5232W，即实际损失功率3%。

 

　　2、综合评比优化器的作用

 

　　这是在每一路MPPT只有一个组串最理想的情况，在实际光伏电站中，只有单相逆变器和11kW以下的三相逆变器才是一路MPPT只有一个组串，大于20kW的逆变器，每一个MPPT就不止一个组串了。多个组串接入优化器，按照并联电路电压一致的原理，当某一路组串受到阴影遮挡导致功率下降，优化器改变电压，这个回路的总电压会降低，也会影响到同一个MPPT其它回路的电压下降，导致功率下降，另外，优化器包含一个功率升压电路，是一个故障点，本身也有1.5%的损耗，所以要综合评价。

 

　　下面用一个简单的办法，来估算一个MPPT就多个组串，安装组件优化器后对输出功率的影响。假定在一个40kW的电站，组件是250W20串联，其中有一块有阴影遮挡，功率下降到50W，根据串联回路电流一致，并联回路电压一致这个原理来计算。

 

　　1、如果没有安装优化器，这一路20个组件都变成50W，总功率为1000W，减少4000W，系统功率下降10%。

 

　　2、安装优化器，一个MPPT就一个组串，只有一台组件减少200W，加上优化器1.5%的损耗，总的损耗是200+40000*1.5%=800W，总共下降2%。

 

　　3、一个MPPT有2个组串，一个优化器降低电压会导致总电压也会降低，相当于另一路组串也会减少200W，加上优化器1.5%的损耗，总的损耗是400+40000*1.5%=1000W，总共下降2.5%。

 

　　4、一个MPPT有4个组串，一个优化器降低电压会导致总电压也会降低，相当于另3路组串也会减少200W，加上优化器1.5%的损耗，总的损耗是800+40000*1.5%=1400W，总共下降3.5%。

 

　　5、一个MPPT有8个组串，一个优化器降低电压会导致总电压也会降低，相当于另7路组串也会减少200W，加上优化器1.5%的损耗，总的损耗是1600+40000*1.5%=3200W，总共下降8%。

 

　　集中式逆变器效果不明显

 

　　功率优化器用在集中式逆变器，又是什么情况，集中式逆变器的特点是只有一路MPPT。

 

　　不装优化器时是这一路4kW的损失，下降4%。

 

　　50kW单路MPPT集中式逆变器，总共有10路组串，一个优化器降低电压会导致总电压也会降低，相当于另9路组串也会减少200W，加上优化器1.5%的损耗，总的损耗是2000+50000*1.5%=2750W，总共下降5.5%。

 

　　100kW单路MPPT集中式逆变器，总共有20路组串，一个优化器降低电压会导致总电压也会降低，相当于另19路组串也会减少200W，加上优化器1.5%的损耗，总的损耗是4000+100000*1.5%=10000W，总共下降10%。

 

　　3、结论

 

　　功率优化器配合多路MPPT的组串式逆变器，在组件受到阴影阻挡时，减少发电量损失效果很明显，但是在单路MPPT集中式逆变器，效果就没有多路MPPT组串式逆变器这么明显。

 

　　组件级优化器也可以设置为实时和逆变器配套，并进行通讯，按照逆变器的最佳功率点电压进行分配。这样连接每一块组件的优化器的输出就受到逆变器的影响，在保证电流一致的情况下，按逆变器的指令进行输出，使其始终工作在效率最高的电压点上。

 

　　本文仅是理论分析，没有做过实际测试，仅供参考。