阴影遮挡情况下,逆变器的MPPT电压怎么变化?

阴影遮挡情况下,逆变器的MPPT电压怎么变化?

光伏电池组件工作在无遮挡的情况下,逆变器的MPPT电压就是光伏组件P-V曲线顶点对应的电压。

阴影遮挡情况下,逆变器的MPPT电压怎么变化?

但在实际应用中,光伏组件遇到局部阴影遮挡,这时的MPPT电压还跟原来一样吗?

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阴影遮挡下光伏组件的P-V曲线会出现多个波峰,MPPT电压可能会降低

由于受遮挡电池和未受电池遮挡的输出特性不一致,带来串联电池片的输出电流失配,在旁路二极管的作用下,那么对应的P-V输出特性曲线都会产生多个功率峰值点(多个极值点),I-V曲线的形状像阶梯状,出现峰值的个数取决于组件上不同的辐照强度,如100%受光和零受光两种光照条件下造成组件的输出特性出现双峰,如图1所示,其中C转折点为组件旁路二极管的导通点,如果电池片的遮挡达到一定的面积,使得组件的旁路二极管导通,组件总的输出特性近似于未被遮挡的电池的输出特性,那么此时组件的最大功率点应取A点(全局极值点),若组件的旁路二极管未导通,因为电池片串联关系,此时光伏未遮挡的电池的输出电流被遮挡单元的电流拉低,此时I-V特性曲线主要由遮挡单元的I-V特性决定,最大功率点应取曲线右侧的B点(局部极值点)。那么对于常规60片电池晶硅组件来说,如果1片电池完全遮挡后,流过被遮挡电池的工作电流大于其自身的光生电流,遮挡过的电池反偏,当反偏电压大于同串其他电池电压和旁路二极管的导通电压,旁路二极管工作,最大功率点的组件电压应由30V降低至20V

阴影遮挡情况下,逆变器的MPPT电压怎么变化?

图1

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PVsyst软件模拟组件阴影遮挡情况下MPPT电压变化

通过使用PVsyst模拟软件的“PV MODULE”工具,以某厂家的250P多晶组件为例,可以得到STC下单片电池不同遮挡比例下的功率输出,从图2和图3可知当该片电池的遮挡面积小于47%时,该串的旁路二极管未开启,Pm输出和Im大小随遮挡面积基本呈线性下降趋势,而在47%时两者发生了转折,因为此时被遮挡电池所在电池串的旁路二极管被正向导通,该串电池被短路,旁路后整个组件的Vm降低了三分之一,即在20V左右,而电流Im变为未遮挡电池的正常工作电流。

当旁路二极管未导通前,遮挡面积越大,组串的最大功率点对应的电压则越大,一般会超过30V,电流则越小。

阴影遮挡情况下,逆变器的MPPT电压怎么变化?图2 Pm衰减比例和单片遮挡面积的关系(以CSUN250P组件为例)

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图3 STC下Vm和Im大小与单片电池遮挡面积的关系(以CSUN250P组件为例)

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使用室内太阳能模拟器测试组件阴影遮挡情况下MPPT电压变化

使用太阳能模拟器在STC条件下模拟测试遮挡下的组件I-V输出特性,单片电池遮挡比例分别为30%50%55%60%;参考图4-7。图4和图5表示遮挡面积不足以使得该串的旁路二极管导通,由于I-V曲线发生变化,产生两个峰值点,但是最大的功率点位于曲线的右侧,电压分别为34V35V6遮挡面积为55%,此时旁路二极管已经发生了导通,虽然曲线上存在2个峰值,但是经过MPPT搜索,发现真正的最大功率点则位于曲线的左侧,此时对应的电压为20V左右。

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图4 单片电池遮挡30%(最大功率点处Vm=34V,Im=6.55A)

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 图5单片电池遮挡50%(最大功率点处Vm=35V,Im=5.1A)

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图6单片电池遮挡55%(最大功率点处Vm=20.32V,Im=8.1A)

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PVsyst模拟30kW系统阴影遮挡前后MPPT电压的变化

        这里具体结合10kw(20*2)光伏阵列系统进行模拟计算,相关参数配置如表1,光伏阵列布置如图7所示,每行方阵为10片组件,两行共20片组件为一串,共两串,间距2.81米排布,逆变器为组串式逆变器,有两个MPPT,为突出阴影这个影响因素,在方阵左侧距离约1.76米处增加一睹高墙,长度4米,墙的最高点和组件边框的最低点距离约3米左右,当冬至日太阳高度角较低时,第一串的第二排和第二串的两排都将受到前排组件的阴影遮挡,具体遮挡的面积将随着太阳方位的变化而变化。

1 相关参数配置

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图7光伏阵列布置和建筑高墙位置示意图    

    光伏方阵的阴影遮挡情况和太阳方位有关,通过PVsyst软件可以观察一年365天的阴影变化情况,这里主要挑选有代表性的日期,如春分、夏至、秋分、冬至4个典型日。太阳辐照对发电量的影响较大,当光强较低时,阵列的发电量已经很低,表2仅列举了16:30阴影时刻的光强和阴影开始时的时间和对应的光强,随着冬季到春季时间的推移,太阳高度角发生变化,阴影开始时刻也逐渐变化,图8至图11我们可以看到四个典型日15:00时的阴影情况。

2典型日光强(数据来自于PVSYST

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图8春分日的遮挡情况 图9夏至日的遮挡情况

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图10秋分日的遮挡情况 图11冬至日的遮挡情况

不同的阴影下会带来不同的I-V曲线,如冬至日下午15:00分,见图11,其中组串中有部分电池片已经被遮挡,因组件含有旁路二极管,其I-V特性曲线会由原来的单峰变为双峰甚至多峰,从而引起IV曲线呈现非线性、多峰值的特性,由于此时光伏阵列受到的光照不均匀,遮挡比例有3种,因此出现了3个马鞍形,对应3个峰值Pm点,该例中组串逆变器的MPPT电压范围为320V-800V,此时MPP点显然仍在MPPT电压范围内,最大功率点的电压值由600V附近(该时刻,20片串联的常规组件在无遮挡的情况下,工作电压约为600V左右)转移到425V左右,Pm功率为3.47kW,参照图12和图13

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图12 冬至日15:00阵列特性P-V曲线(Pm:3.47kW,功率损失19.8%)

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图13  冬至日15:00阵列特性I-V曲线(Pm:3.47kW,功率损失19.8%)

光伏组件受到局部阴影遮挡后,由于旁路二极管的作用,其输出曲线呈现多极值的特性,其最大功率点电压根据遮挡情况的不同而不同,文中以某多晶组件为例,通过PVsyst软件和室内太阳能模拟器测试进行了验证。

结果表明,当受遮挡面积达到一定程度,使得旁路二极管导通,那么最大功率点应位于I-V曲线上转折点电压的左侧;若旁路二极管未导通,那么最大功率点应位于I-V曲线上转折点电压的右侧。同理,对于多片组件串联的情况下,文中通过PVsyst软件进行了模拟仿真,结果显示,逆变器在其自身MPPT电压范围内进行搜索,而单峰寻优的传统最大功率点跟踪算法则不再适用,依据跟踪算法找到了在阴影遮挡情况下的最大功率点(当存在阴影遮挡时,MPP电压追踪应该往上和往下都有可能),如案例中冬至日下午15时组件遮挡严重,最大功率点电压已下降到425V左右,因此在局部遮荫动态环境下,逆变器的搜索算法是非常重要的。

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原文始发于微信公众号(坎德拉学院):阴影遮挡情况下,逆变器的MPPT电压怎么变化?

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