集中式與分布式MPPT的比較研究

引言

　　由于電池板不匹配導(dǎo)致能源輸出不理想，致使一些其他項目被放棄。從本質(zhì)上講，存在固有空間利用不足和能源提供不足的問題。

　　分布式MPPT與集中式MPPT

　　在任何既定條件和既定時間下，光伏(PV)電池具有單個工作點值電流(I)和電壓(V)，將產(chǎn)生最大功率點(MPP)，從而使來自電池板的太陽能產(chǎn)生最大功率輸出。電池板產(chǎn)生的功率是施加的電壓乘以電流(P=V×I)。電池的單個MPP是電流與電壓之間的指數(shù)關(guān)系的函數(shù)。MPPT是一種電子形式的跟蹤技術(shù)，利用算法和控制電路來探索這個最大功率點，從而使轉(zhuǎn)換器電路可以從PV電池中獲取最大功率。

　　在輻射、溫度以及其它電池參數(shù)統(tǒng)一的情況下，除了轉(zhuǎn)換效率差異之外，分布式MPPT和集中式MPPT的性能之間沒有差異。然而，在存在局部陰影的情況下，電池板不匹配將成為最大的問題。因為參數(shù)不統(tǒng)一，局部陰影將導(dǎo)致陣列的不同電池板具有多個MPP。采用集中式MPPT技術(shù)時，可能會導(dǎo)致更多的不均勻損失。這是由于以下兩個原因：首先，集中式MPPT內(nèi)部混亂，在進行功率配置時停留在局部最高點，并設(shè)置在電壓的次優(yōu)點;其次，在非正常的條件下，MPP的電壓點差別可能非常大，超出了集中式MPPT的工作范圍和電壓范圍。由于電池板之間的差別很大，正是在這些情況下，采用分布式MPPT的電源優(yōu)化器可獨立增強并提高電池板的性能。

　　用于住宅、商業(yè)或公用設(shè)施的PV陣列通常采用如圖1所示的配置，

　　圖1 采用集中式MPPT的連接電網(wǎng)的PV系統(tǒng)

　　其中采用的集中式逆變器不僅將太陽能從直流轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)使用的交流，而且提供集中式MPPT。在這類配置中，多行PV電池板并聯(lián)在一起，為連接電網(wǎng)的逆變器提供輸入。集中式逆變器不僅具有將直流轉(zhuǎn)換為交流的主要功能，而且包含MPPT控制器，通過調(diào)節(jié)其輸入阻抗，根據(jù)MPPT算法可使PV陣列產(chǎn)生的電量一直保持最大化。

　　在采用電源優(yōu)化器技術(shù)和分布式MPPT的PV陣列(見圖2)中，

　　圖2 采用電源優(yōu)化器分布式MPPT的連接電網(wǎng)的逆變器

　　每個電池板連接了一個電源優(yōu)化器裝置。電源優(yōu)化器進行雙重跟蹤：一方面，它們跟蹤最佳的局部MPP;另一方面，它們將輸入電壓/電流轉(zhuǎn)換為不同的輸出電壓/電流，以最大限度提高系統(tǒng)中的能源傳輸。電源優(yōu)化器以間接的方式互相通信，它們具有認知和自我組織能力，可以檢測自己的IV環(huán)境并自我調(diào)整，直到整行達到最佳值，同時在電池板級別達到局部優(yōu)化點。目前，只有電源優(yōu)化器能做到這一點。電源優(yōu)化器保留了久經(jīng)驗證的串并聯(lián)電池板排列，并通過只將DC/DC和MPPT功能分布到電池板來進行改進。與此同時，電源優(yōu)化器架構(gòu)與現(xiàn)有的多級逆變器完美兼容，實際上將使它們更高效地運行，因為總線電壓可保持更高且更恒定。電源優(yōu)化器不只限于提升DC/DC轉(zhuǎn)換器性能，它們既能處理多余能源的情況，也能處理能源減少的情況。這意味著可像處理各種陰影那樣處理由于反射的多余光線導(dǎo)致的電池板不匹配。同樣，這意味著電源優(yōu)化器有能力處理功率變化，方法是給某行添加電池板(使該行產(chǎn)生更多的電量)或從某行減少一塊或兩塊電池板(從而減少電量)。電源優(yōu)化器架構(gòu)使系統(tǒng)能夠收獲最多的發(fā)電量。

　　電源優(yōu)化器：電池板級別的分布式MPP解決方案

　　前面已經(jīng)了解到，電池上的陰影以及其它因素造成的電池板不匹配會導(dǎo)致陣列發(fā)電的不均勻損耗。安裝人員可通過一些安裝技巧(如圍繞陰影設(shè)計、根本不安裝或者安裝更小的陣列)解決電池板不匹配的問題，但將導(dǎo)致能源輸出降低。

　　接線盒中的旁路二極管，使整行電池和模塊短路，理論上可將不匹配的影響減輕到某種程度，方法是使電流繞過有陰影的電池，從而減少電壓通過模塊的損失。但這是不夠完善的解決方案。現(xiàn)在的所有電池板都配備旁路二極管，雖然它們可防止整行電池板完全崩潰，但數(shù)據(jù)表明所獲電量仍會有大量的不均勻損耗。

　　結(jié)語

　　電源優(yōu)化器能最大限度提高每塊電池板產(chǎn)生的電量，同時使PV系統(tǒng)的能源傳輸效率最高，挽回由于電池板不匹配問題損失的多達57%的發(fā)電量。電源優(yōu)化器解決了集中式系統(tǒng)固有的問題，使總發(fā)電量輸出增加多達37%，因此成功減輕了電池板不匹配的問題。