光伏系統并非始終工作在最大功率點

作者: | 發布日期: 2018 年 07 月 06 日 9:28 | 分類: 新能源知識

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始終保持在最大功率點工作。然而在電網調度要求、功率因數限制、功率限制、電壓超限等諸多因素的影響或要求下:光伏系統并非始終工作在最大功率點。從表面上看,這些限制因素影響了投資收益,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。這也從另一層面上說明,光伏系統工作的復雜和多樣性。

本文就將闡述光伏系統的“各種非最大功率工作狀態”,希望光伏人更好的了解不同的光伏應用場景。

明確最大功率點定義

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。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,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)。然而光伏系統并非始終工作在最大功率點,接下來我們介紹五種典型的“非最大功率”狀態。

一、過壓降載(交流側)

光伏發電系統并入電網,若該地區電網消納能力有限,或線路損失太大,會導電網電壓抬升。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。

當然,這并不是電網電壓超限的唯一解決方案,詳情見鏈接【光伏系統常見問題之電壓超限】

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。以固德威單相機為例:

圖2 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’,也需要限制自身的功率輸出。這種狀態,也是我們要說的第二種“非最大功率工作狀態”。

三、直流超配限載

“超配比”已經是為光伏人廣泛接受的概念。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,建議的超配比也不同。

如果超配過大,則會出現下圖的情況:

圖3 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”。

四、陰影遮擋

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。而在陰影遮擋的時候,組件的功率特性曲線會出現多波峰的情況(紅色曲線)。如下圖所示:

圖4 不同時間段MPPT追蹤示意圖

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

五、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,其提出的能源法中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。

總結

本文從過壓降載、防逆流、直流超配限載、陰影遮擋、政策限載或電網調度五個方面給光伏人介紹了光伏系統工作在非最大功率點的應用場景。

這些應用場景從狹義上來看,會對系統的發電量造成影響,實則為了保證電網穩定、或滿足負載需求,所采取的一種必要手段。同時也說明了逆變器在各種光伏應用場景中的重要性。

文章來源: 固德威光伏社區

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