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光伏系统因安装设计不合理造成损失 目前住宅及商业并网光伏系统存在的问题与弊端 背景 目前用于并网光伏系统的技术有很多缺点。本文的目的是讨论与分类在住宅与商业光伏系统固有的问题与弊端。典型的住宅光伏设施正遭受很多问题阻止我们充分发挥这项技术的市场潜力。目前的许多问题源于功率损耗---无论是否由于模块不匹配定位不匹配或部分遮挡。其他问题在于系统设计的限制缺乏监测与分析能力。此外在安全等方面的问题构成工人在安装或维护与消防队员处理在太阳能装置系统附近火灾的风险。 对于分布式的SolarEdge电源收集系统克服了传统系统的限制请参阅SolarEdge论文“SolarEdge架构概述”。 典型系统架构 当前住宅光伏系统通常内置十到几百光伏组件连接到一个串并联连接如图1。通常是10到15的几个面板模块在连接成串实现电压直流/交流变换足够高150V的到800伏特。可以添加光伏串到系统中以获得更多的能量。由于连接串的同时他们必须符合其他串所在面板的所有参数长度与类型方向。整个 阵列连接到一个太阳能变频器负责收集电能并逆变也可以送入电网。 该逆变器跟踪处理整个阵列的最大功率点。这是通过查找直流工作点在这点从阵列获取最大的功率。收获的功率从直流逆变到交流电源并馈入电网。该逆变器也负责符合电气与安全法规的要求。 光伏发电系统的缺陷 下面的部分讨论造成电力损失的不同典型光伏系统以及这些系统的其他主要缺点。 模块失配损耗 在光伏电池生产过程中每个电池在输出能力存在较大差异。为了减少在同一模块中电池之间的区别它们在制造时按功率进行了分类同时同一模块使用相同的电池。这将减小面板在输出功率上的差异。各小组本身没有排序在现今市场上模块输出功率有一个3左右的误差。当多个模块串联每个模块都有一个略微不同的MPP电流。串联组不允许最佳的MPP来自当前各个模块自身。逆变器将选择电流实现串或组的平均峰值电源点。这时峰值功率总是小于每个模块的峰值功率点之与。图2显示了的I - V与3不匹配模块功率曲线3误差。在图3中所积累的I - V与这些模块的功率曲线显示。这是显然该串的峰值功率点不同于三个模块峰值功率的总与。 这里演示的损失被称为失配损耗。在标准的住宅与商业光伏发电装置它可高达5。 部份遮蔽损失 当一个小组或小组有阴影引起部分遮挡造成在面板上的电池有不同强度的光照。发生这种情况可能从建筑本身遮荫灯柱烟囱树木云锋污垢雪等轻型障碍。遮荫对任何组件将减少其产出的一部分但这一减少的幅度会根据组件的电气配置而有所不同。显然任何有阴影的电池或模块的输出会降低因为光线强度下降了。然而由于这有阴影电池或模块是电气连接到其他电池与无阴影模块其性能也会减少因为这基本上可以算是不匹配的情况。例如如果在一个单一的模块串联有部分阴影其输出电流将减小这可决定整个串的工作点。另外可以是用模块的旁路二极管造成该模块停止生产功率。部分阴影的结晶太阳能电池组件将导致太阳能电池组件对的输出大幅度降低。一个完全遮挡模块可减少太阳能电池组件的输出40至95。 如果几个模块都被遮挡串电压可能会降低到开路串电压低于其它串工作点电压的地步欠压情况导致该串到组没有贡献输出。带有遮挡的串的输出减少远大于由照明面积减少造成的输出减少。这是由于无阴影部分的输出是通过有阴影部分的在被严重遮挡而不能维持工作电压的串中有光照的电池的输出减少还有保持工作电压的模块的功率减少因为其没有工作在各自的峰值功率点。 对于住宅系统防止所有遮阳是不可能避免的因为没有严格限制的大小阵列以致在任何时候都有输出损失。在这些系统中部分遮光损失估计为每年5至25的电力损失。 MPP的效率损失 MPPT的性能是一个非常重要的光伏系统的特性因为光伏系统比如其他基于可再生能源的系统必须在每一个时刻从可再生资源收取最大的可用能量。MPPT算法的宏观效率是它能否使逆变器每时每刻工作在最大功率点MPP。为了实现这一目标要实现MPPT算法准确地跟踪MPP的变化比如光照温度因素部分阴影造成的变化。显然幅度与变化与动态MPP系统会使精度受到严重影响。 MPP系统损失的发生是由于两个主要因素1、静态损耗造成MPP算法无法定位阵列的峰值功率点。在某些情况下MPPT算法本身可以锁定局部极大值。2、动态损耗造成MPPT算法无法以合适的速度跟踪峰值功率点的变化。 光伏系统的静态损耗的主要原因是组件自身功率曲线的峰值。阴影遮挡导致阵列的功率曲线表现出多个最大功率点。更具体地说两个或多个峰值功率点出现在曲线上其中不同的模块运行在不同的峰值功率点。大多数MPPT算法的设计时并没有效地处理当高峰是在本地锁定时局部峰值的最大功率追踪最大功率跟踪效率会显著下降。图5显示静态测量的4个不同逆变器的MPPT效率。该结果显示不同的损失在1至10。 动态损耗和跟踪速度与MPPT算法的准确度直接相关。