7個原因導致光伏系統并非始終工作在最大功率點

2017-11-09 10:02:21 大云網　點擊量：評論 (0)

對于一個光伏發電系統，我們都希望它能夠始終保持在最大功率點工作，這樣我們的投資收益才能夠實現最大化。但是一個光伏系統的工作是十分復雜的，往往不能夠達到我們理想中的狀態。2017年10月26日-27日，在由北極

對于一個光伏發電系統，我們都希望它能夠始終保持在最大功率點工作，這樣我們的投資收益才能夠實現最大化。但是一個光伏系統的工作是十分復雜的，往往不能夠達到我們理想中的狀態。

2017年10月26日-27日，在由北極星太陽能光伏網主辦的“2017第三屆電站質量高峰論壇”上，來自固德威太陽能學院的院長王五雷給大家分享了“光伏系統在非最大功率點工作”的幾種情況。他表示，在光伏電站的實際運行過程中，電網調度要求、功率因數限制、功率限制、電壓超限等諸多因素，都會導致光伏系統無法在最大功率點工作。

明確最大功率點定義

由光伏組件的I-U曲線可以看出光伏組件的輸出曲線是非線性的，在同樣的光照條件下不同的工作電壓具有不同的輸出電流，這樣當光伏組件工作在某一個特點的電壓Ump時，它與光伏組件輸出的電流Imp的乘積即功率P達到最大值，這個工作點就是最大功率點。

電壓-功率曲線圖

電壓-電流曲線圖

如上電壓-功率曲線圖所示，曲線的最高點，就是我們始終希望光伏系統的工作點，而逆變器尋找這個最高點的過程就是我們熟知的MPPT(最大功率點跟蹤)。只有當逆變器追蹤到了這個點，并將它轉換出來，才能得到我們想要的最大功率。

對于光伏系統而言，高效運行，往往還有其他幾個前提，即安全（包括人身安全和電網安全），穩定（無故障運行），連續（無非故障停機）。沒有這三個前提，單純追求高效的轉換，是不科學也是不現實的。

光伏發電系統在”非最大功率點工作狀態“的情況，主要有以下7種：

1、防逆流

目前，還有很多地方，由于不同的原因，導致光伏發電只能自發自用，余電不允許送入電網。此時，電網公司要求光伏并網光伏系統安裝“防逆流”裝置。

固德威單相機防逆流示意圖

通過CT實時監測用電情況，反饋給逆變器，一旦光伏發電不能全部被負載消耗掉，逆變器為了保證“不給電網送電”，需要限制自身的功率輸出。這種狀態，是非常典型的一種“非最大功率工作狀態”。

2、過壓降載(交流側)

光伏發電系統并入電網之后，會抬升電網電壓，若該地區電網消納能力有限，或線路損失太大，就要面臨過壓降載的問題。根據NBT-32004的光伏逆變器國家標準，當電網電壓在正常范圍(187V~242V)時，逆變器方可正常并網運行。

但當電網電壓高于設定的限值時(設定限值要考慮安全規范，也要結合負載、相關保護器件的耐壓值)，為了保證光伏系統繼續發電，而不是直接脫網，需通過限制逆變器的輸出功率來達到目的，在這種狀態下，逆變器實時跟蹤組件的功率曲線，并選取“能夠保證電壓不超限”的功率點來輸出，進而系統將工作在“非最大功率點”的狀態。

這種情況是大家所不想看到的，也有一些解決方案。但是這種狀態實際上對收益仍舊是有保障的。

3、直流超配限載

“超配比”已經是為光伏人廣泛接受的概，這個概念指的是組件對比逆變器的額定功率比。實際光伏系統設計“超配”可以提高我們的投資收益。當然，不同光照地區，如一類、二類、三類地區，建議的超配比也不同。

如果超配過大，則會出現下圖的情況：

直流側限載監控圖

因此，結合不同地區的光照情況，合理設計“超配比”，可以避免光伏系統的“非最大功率工作狀態”。

4、陰影遮擋

陰影遮擋對PR具有很大影響。如圖中所示，綠色曲線是無遮擋、光照正常的情況下，組件的功率特性曲線。紅色曲線是在陰影遮擋的時候，組件的功率特性曲線會出現多波峰的情況。

不同時間段MPPT追蹤示意圖

當逆變器遇到這種情況（陰影遮擋）時，如果逆變器沒有合適的“陰影掃描算法”，使用常規的算法會難以找到最大功率點。同時，由于具有多個波峰，波峰高度不同，逆變器可能追到到最低的那個點，系統損失相對更大。另外，盡管一些逆變器能夠在電壓范圍內全局掃描追蹤最大功率點，保證光伏系統的輸出。實際上最好的方案還是沒有陰影遮擋。

5、政策限載或電網調度

政策限載或接受電網的調度，也是光伏系統工作在非最大功率狀態的重要原因。以德國政府為例，2013年在VDE-AR-N4105規范中提出，要求所有的逆變器必須兼容電網給的通訊的指令，要求光伏電站按照裝機容量的70%發電運行或者接受電網調度。并且在新的德國安規中可能會作為強制要求項，在電網發出該指令時，逆變器會出現不工作最大功率點的情況。

同時隨著能源互聯網、微電網等局域性獨立電網概念的提出，為確保整個系統的穩定運行，光伏系統也可能頻繁出現不工作在最大功率點的情況。

6、無功補償

在工商業分布式應用領域，會有一部分項目前期設計時，沒有充分考慮并網點問題以及廠區現有的無功補償條件。盡管逆變器能夠承擔一定的無功補償功能，但這會導致有功輸出降低。

7、儲能場景

未來，光伏發電系統或許會和儲能有更多的結合。當白天日光充沛時，將光伏系統所發的電，存儲于蓄電池，晚上用電高峰期便可以使用。但是蓄電池的充放電會有一些損耗。逆變器此時需要擔負檢測負載用電需求的重任。

光伏系統是極其復雜和多樣的。表面上看，電網調度要求、功率因數限制、功率限制、電壓超限等限制因素會影響投資收益。事實上，卻是為了保證電網穩定、或滿足負載需求、甚至是偶爾需要通過限功率保證系統正常工作的必要手段。