话说光伏逆变器领跑者方案之MPPT和发电量

前几篇笔者分别从集散式逆变系统的初期投入成本分析、长期维护成本分析，长期可靠性、零电压穿越以及传输损耗的角度深入观察集散式方案，这篇笔者将聊聊，集散式方案在不改变传统集中式能量汇集、集中并网的稳定拓扑结构情况下，把MPPT功能从逆变器前置到汇流箱，使得每个“集散式汇流箱”(集散式方案对直流汇流设备的专业叫法，在“汇流箱”前面加了“集散式”以示区别)最多能做到每2路组串对应1路MPP跟踪，这样一个16路进线的集散式汇流箱具有8路MPPT跟踪，如果1兆瓦方阵需要配置12台16路进线的集散式汇流箱，那么1MW方阵则具有差不多100路MPP跟踪，相比于集中式的1MW最多只有8路MPP跟踪，集散式大幅增加了MPPT数量，从而极大减少了并联失配对光伏电站发电量的影响。

MPPT

MPPT(Maximum Power Point Tracing)，即最大功率点跟踪。因为光伏电池的利用率不仅与其内部特性有关，还受环境如日照、温度等因素的影响，其输出特性与电池板温度以及光照、强度有很强的关联性，且具有非线性特性。

根据光伏电池参数，在相同温度、不同光照条件下，光伏电池的典型I-V和P-V特性如图1所示。

图1 相同温度、不同光照条件下，光伏电池的I-V和P-V特性

根据光伏电池参数，在相同光照强度、不同温度情况下，光伏电池的典型I-V和P-V特性如图2所示：

图2 相同光照强度、不同温度情况下典型I-V特性和P-V特性

当温度相同时，随着辐照度的增加，光伏电池的开路电压几乎不变;当辐照度相同时，随着温度的增加，光伏电池的短路电流几乎不变。可见温度变化主要影响光伏电池输出电压，辐照度变化时主要影响光伏电池的输出电流。光照及温度变化不大的情况下，光伏电池近似看作一个直流源。

从上述典型光伏电池的P-V特性曲线可以看出，为了最大的利用率，光伏电池需要运行在不同且唯一的最大功率点(MPP -- Maximum Power Point)上。因此，对于所有的光伏发电系统，应当寻求光伏电池阵列的最优工作状态，以最大限度地将光能转化为电能，最大功率点会唯一对应一个工作电压，这个就是最大功率点电压，因为光伏电池阵列的最大功率点工作电压会受到日照强度、器件结温、外部负载等因素导致变化，所以MPPT功能就是实时跟踪最大功率点电压，让光伏电池组件一直工作在最大功率点电压上，使得最大限度的利用光伏电池板的发电能力。

多路MPPT对发电量的提升

因为光伏电池阵列是单位光伏电池组串组成的，每个组串都有自己的工作电压，电压很大概率上不一致，如果以传统的集中式方案的话，组串在汇流箱能量汇集时并联会发生一次并联失配，汇流箱到逆变器能量并联时再发生一次并联失配，严重影响光伏电池组件的发电效率。如下图3所示，单路MPPT的情况下，光伏电池组件受到各种因素的影响，会导致出现两个或多个波峰的情况，跟踪到任何一个波峰都会对发电量造成损失。而如果多路MPPT的情况下，能精确跟踪到每一个组串的特性，形成多条MPPT曲线，使得每串光伏电池组串最大效能的发挥作用。

图3 单路MPPT曲线对比

导致光伏组串并联失配的因素很多，如阴影遮挡、组件出厂产品的不一致性和衰减的不一致性、光伏电池组件由于受地形所限导致的倾斜角不一致、光伏电站大区域内温度和光照不一致等等。如果采用一个MW方阵只有一个MPPT跟踪的话，则并联失配影响会非常大。如果说阴影遮挡、温度/光照不一致、组件性能不一致等都是概率性因素，那在山地等复杂地形，光伏电池板安装的倾斜角不一致导致的并联损失基本上是确定性的因素了。

集散式的多路MPPT技术设计，精细到每2个光伏组串对应1个MPPT跟踪，在集散式汇流箱再经过升压后稳压输出，解决了并联失配的问题。如下图4所示，多路MPPT能形成多条MPPT曲线跟踪，每2个组串形成一个MPPT曲线，这样的精细化使得每2个组串都最大效能发挥作用，解决光伏电站并联失配问题，大大提升光伏电站的发电量，从而大大提升电站的收益。

图4 多路MPPT曲线

有研究机构曾经用软件对多路MPPT的效果进行了实测，选取了内蒙的一个光伏电站现场，其测试得出结论，多路MPPT确实能提升不少发电量。

图5 多路MPPT软件测试效果图

上图5是监控软件截图，从图中看出功率单元2和功率单元3的输出功率一致，而功率单元2和功率单元3的输入电压却相差很大(单元2的输入电压621V，单元3的输入电压586V)，充分证明了即使是相同电池串的配置，也可能由于电站现场复杂环境而导致最大功率点电压不一致。

小结

随着光伏并网发电技术日新月异的发展，从原来传统的集中式每个1MW方阵最多只有8路MPPT发展到集散式的1MW方阵具有200路MPPT，是人类追求卓越，精益求精的真实写照。集散式方案从数量级上提升了MPPT数量，极致的精细化最大功率点跟踪，极大的减少了光伏电站电池组件的并联失配问题，从很多机构测试得出的数据来看，至少能提升3%的发电量。如果在山地、领跑者基地、屋顶彩钢瓦项目等，提升的发电量会更高，更加适合地形复杂，光伏电池板倾斜角无法安装一致的项目现场应用。

大江东去浪淘沙，相信集散式方案会在光伏并网电站中占有很重要的一席之地。