前言

通常情況下，考慮到投資收益的最大化，我們總是希望光伏系統(tǒng)始終保持在最大功率點(diǎn)工作。然而在電網(wǎng)調(diào)度要求、功率因數(shù)限制、功率限制、電壓超限等諸多因素的影響或要求下：光伏系統(tǒng)并非始終工作在最大功率點(diǎn)。從表面上看，這些限制因素影響了投資收益，事實(shí)上，卻是為了保證電網(wǎng)穩(wěn)定、或滿足負(fù)載需求、甚至是偶爾需要通過(guò)限功率保證系統(tǒng)正常工作的必要手段。這也從另一層面上說(shuō)明，光伏系統(tǒng)工作的復(fù)雜和多樣性。

本文就將闡述光伏系統(tǒng)的“各種非最大功率工作狀態(tài)”，希望光伏人更好的了解不同的光伏應(yīng)用場(chǎng)景。

明確最大功率點(diǎn)定義

由于光伏組件的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(dāng)光伏組件工作在某一個(gè)特點(diǎn)的電壓Ump時(shí)，它與光伏組件輸出的電流Imp的乘積即功率P達(dá)到最大值，這個(gè)工作點(diǎn)就是最大功率點(diǎn)。為方便查看，這里采用電壓-功率曲線圖：

圖1 組件功率電壓曲線

如上圖所示，曲線的最高點(diǎn)，就是我們始終希望光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn)，而逆變器尋找這個(gè)最高點(diǎn)的過(guò)程就是我們熟知的MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤)。然而光伏系統(tǒng)并非始終工作在最大功率點(diǎn)，接下來(lái)我們介紹五種典型的“非最大功率”狀態(tài)。

一、過(guò)壓降載(交流側(cè))

光伏發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)，若該地區(qū)電網(wǎng)消納能力有限，或線路損失太大，會(huì)導(dǎo)電網(wǎng)電壓抬升。根據(jù)NBT-32004的光伏逆變器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)電網(wǎng)電壓在正常范圍(187V~242V)時(shí)，逆變器方可正常并網(wǎng)運(yùn)行。

但當(dāng)電網(wǎng)電壓高于設(shè)定的限值時(shí)(設(shè)定限值要考慮安全規(guī)范，也要結(jié)合負(fù)載、相關(guān)保護(hù)器件的耐壓值)，為了保證光伏系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)電，而不是直接脫網(wǎng)，需通過(guò)限制逆變器的輸出功率來(lái)達(dá)到目的，在這種狀態(tài)下，逆變器實(shí)時(shí)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(diǎn)來(lái)輸出，進(jìn)而系統(tǒng)將工作在“非最大功率點(diǎn)”的狀態(tài)。

當(dāng)然，這并不是電網(wǎng)電壓超限的唯一解決方案，詳情見(jiàn)鏈接【光伏系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題之電壓超限】

二、防逆流

目前，還有很多地方，由于不同的原因，導(dǎo)致光伏發(fā)電只能自發(fā)自用，余電不允許送入電網(wǎng)。此時(shí)，電網(wǎng)公司要求光伏并網(wǎng)光伏系統(tǒng)安裝“防逆流”裝置。以固德威單相機(jī)為例：

圖2 固德威單相機(jī)防逆流示意圖

通過(guò)CT實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用電情況，反饋給逆變器，一旦光伏發(fā)電不能全部被負(fù)載消耗掉，逆變器為了保證‘不給電網(wǎng)送電’，也需要限制自身的功率輸出。這種狀態(tài)，也是我們要說(shuō)的第二種“非最大功率工作狀態(tài)”。

三、直流超配限載

“超配比”已經(jīng)是為光伏人廣泛接受的概念。實(shí)際光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)“超配”可以提高我們的投資收益。當(dāng)然，不同光照地區(qū)，建議的超配比也不同。

如果超配過(guò)大，則會(huì)出現(xiàn)下圖的情況：

圖3 直流側(cè)限載監(jiān)控圖

因此，結(jié)合不同地區(qū)的光照情況，合理設(shè)計(jì)“超配比”，可以避免光伏系統(tǒng)的“非最大功率工作狀態(tài)”。

四、陰影遮擋

綠色曲線是無(wú)遮擋、光照正常的情況下，組件的功率特性曲線。而在陰影遮擋的時(shí)候，組件的功率特性曲線會(huì)出現(xiàn)多波峰的情況(紅色曲線)。如下圖所示：

圖4 不同時(shí)間段MPPT追蹤示意圖

這是如果逆變器沒(méi)有合適的“陰影掃描算法”，光伏系統(tǒng)可能工作在“非最大功率狀態(tài)”LMPP。

五、政策限載或電網(wǎng)調(diào)度

政策限載或接受電網(wǎng)的調(diào)度，也是光伏系統(tǒng)工作在非最大功率狀態(tài)的重要原因。以德國(guó)政府為例，其提出的能源法中要求光伏電站按照裝機(jī)容量的70%發(fā)電運(yùn)行或者接受電網(wǎng)調(diào)度，并且在新的德國(guó)安規(guī)中可能會(huì)作為強(qiáng)制要求項(xiàng)，在電網(wǎng)發(fā)出該指令時(shí)，逆變器會(huì)出現(xiàn)不工作最大功率點(diǎn)的情況。

同時(shí)隨著能源互聯(lián)網(wǎng)、微電網(wǎng)等局域性獨(dú)立電網(wǎng)概念的提出，為確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，光伏系統(tǒng)也可能頻繁出現(xiàn)不工作在最大功率點(diǎn)的情況。

總結(jié)

本文從過(guò)壓降載、防逆流、直流超配限載、陰影遮擋、政策限載或電網(wǎng)調(diào)度五個(gè)方面給光伏人介紹了光伏系統(tǒng)工作在非最大功率點(diǎn)的應(yīng)用場(chǎng)景。

這些應(yīng)用場(chǎng)景從狹義上來(lái)看，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的發(fā)電量造成影響，實(shí)則為了保證電網(wǎng)穩(wěn)定、或滿足負(fù)載需求，所采取的一種必要手段。同時(shí)也說(shuō)明了逆變器在各種光伏應(yīng)用場(chǎng)景中的重要性。

文章來(lái)源： 固德威光伏社區(qū)