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在光伏系統(tǒng)中，將光能轉(zhuǎn)化為電能的是光伏組件，而客觀存在的組件失配，一定程度上降低了光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。采用多MPPT方案，可以一定程度上降低組件失配影響。

一、組件失配是什么

每塊組件都有自己的P-V特性曲線，該曲線會(huì)隨著光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度的變化而變化，如圖一所示。


不同廠家、不同型號(hào)、以及不同生產(chǎn)批次的光伏組件，P-V特性曲線并不完全一致；在不同光照、不同溫度以及不同衰減下，各組件的特性曲線也會(huì)不一致。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，一個(gè)陣列內(nèi)同一時(shí)間不同組件的P-V特性曲線不一致，就是組件失配。由失配的組件進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，形成新的組合功率曲線，如圖二所示。新組合曲線的最大功率輸出，將小于組合前各功率曲線最大功率輸出之和，這就是組件失配導(dǎo)致的功率損失。
二、光伏系統(tǒng)中失配產(chǎn)生的原因

光伏陣列一般采用同一廠商同一批次型號(hào)，選擇同傾斜角度進(jìn)行光伏陣列設(shè)計(jì)建設(shè)，由于各組件P-V特性曲線一致，基本可以認(rèn)為電站運(yùn)營(yíng)初期沒(méi)有失配情況發(fā)生。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，光伏組件將出現(xiàn)不同程度的失配情況，討論較多的有以下三種情況。

組件正常衰減的離散性

通常來(lái)說(shuō)，光伏組件在第一年的衰減約為2%，以后每年衰減約為0.7%，國(guó)標(biāo)規(guī)定25年的生命周期內(nèi)衰減不超過(guò)20%。僅僅是組件衰減并不會(huì)導(dǎo)致失配，導(dǎo)致失配的是各塊組件的衰減的離散性，即衰減程度的不一致性，離散性越大，失配程度越高。例如，在某個(gè)組串運(yùn)行5年后，大部分組件衰減了5%，僅有1塊組件衰減了7%，那么失配就僅在該7%衰減組件與其他組件串聯(lián)時(shí)產(chǎn)生，其他同步衰減5%的組件之間沒(méi)有失配。

在同一陣列內(nèi)一般采用同一批次的光伏組件，衰減離散性相對(duì)較小，影響比較小。其中一種衰減是由PID（PotentialInducedDegradation）引發(fā)的，使用有抗PID功能的逆變器，可以一定程度恢復(fù)組件的衰減，進(jìn)一步降低組件衰減的離散性。

組件非正常損壞

少數(shù)情況下，由于異物粘著組件表面導(dǎo)致局部溫升，形成熱斑進(jìn)而導(dǎo)致組件的非正常損毀。損毀的組件可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)串聯(lián)組件斷路，也可能會(huì)通過(guò)旁路二極管保持串聯(lián)后的組串繼續(xù)工作。

由于非正常破損是直接減少串聯(lián)組件或電池片，并非改變組件P-V特性曲線，工作中的各組件特性仍舊一致。旁路二極管作為負(fù)載帶來(lái)一定損失，串聯(lián)會(huì)產(chǎn)生小幅度失配。

光照強(qiáng)度不均勻

由于組件表面的灰塵積累、陰影遮擋等原因，各組件接受的光照強(qiáng)度不一致，導(dǎo)致同一時(shí)間下各組件的P-V特性曲線出現(xiàn)差異，形成失配。光照強(qiáng)度被遮擋的程度不同，所形成的失配的程度也不同。

值得注意的是，灰塵積累雖然對(duì)光照影響較大，但由于分布均勻，對(duì)組件的失配影響反而較??；以云為主的光照遮擋陰影，影響覆蓋范圍有很強(qiáng)的隨機(jī)性，且光照強(qiáng)度差異可能較大，是光伏陣列內(nèi)組件失配的主要原因。


三、多MPPT方案可以解決哪些失配

MPPT是光伏系統(tǒng)核心設(shè)備光伏逆變器的主要功能之一，通過(guò)不斷調(diào)整逆變器自身的等效電阻值，影響所跟蹤的組件的電壓電流值，尋找并保持系統(tǒng)工作在P-V特性曲線的最高功率點(diǎn)。MPPT對(duì)發(fā)電量的影響來(lái)自兩個(gè)方面：MPPT對(duì)復(fù)雜曲線的動(dòng)態(tài)靜態(tài)精確跟蹤能力，這取決于逆變器廠商對(duì)跟蹤算法的積累和專利；對(duì)光伏陣列進(jìn)行解耦的多MPPT方案設(shè)計(jì)，這是針對(duì)組件失配的發(fā)電功率提升方案。

光伏陣列是由21（或者22）塊組件串聯(lián)形成組串，再由多個(gè)組串并聯(lián)組成，P-V特性曲線也是先串聯(lián)再并聯(lián)生成陣列的特性曲線。多MPPT方案解決組件失配，就是通過(guò)陣列解耦讓更多的MPPT來(lái)分別跟蹤，單個(gè)MPPT跟蹤的組件越少，組件失配損失越低。

對(duì)陣列的解耦首先從解耦組串并聯(lián)開(kāi)始。以組串為最小單位進(jìn)行解耦，可以解決組串并聯(lián)失配損失，解耦越細(xì)，并聯(lián)失配損失越低。這也是集中型和組串型方案的主要區(qū)別。

當(dāng)對(duì)組串并聯(lián)解耦進(jìn)行到極限，即每一組串由一個(gè)MPPT單獨(dú)進(jìn)行跟蹤時(shí)，可以完全解決并聯(lián)失配。進(jìn)一步解決組件失配就需要從串聯(lián)失配著手，以組件為最小單位進(jìn)行解耦，解耦越細(xì)，串聯(lián)失配損失越低。只有微型逆變器方案可以實(shí)現(xiàn)解決串聯(lián)失配。



小結(jié)：在大型荒漠電站中，組件失配的主要原因是云層陰影形成的局部光照遮擋。

通過(guò)采用多MPPT方案可以降低光伏陣列內(nèi)的組件失配影響。采用組串型方案可以一定程度解決并聯(lián)失配，但對(duì)串聯(lián)失配無(wú)影響；采用微型逆變器方案可以同時(shí)解決并聯(lián)失配和串聯(lián)失配。