【導(dǎo)讀】MPPT即最大功率點跟蹤。因為光伏電池的利用率不僅與其內(nèi)部特性有關(guān)，還受環(huán)境如日照、溫度等因素的影響，其輸出特性與電池板溫度以及光照、強度有很強的關(guān)聯(lián)性，且具有非線性特性。
集散式方案在不改變傳統(tǒng)集中式能量匯集、集中并網(wǎng)的穩(wěn)定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)情況下，把MPPT功能從逆變器前置到匯流箱，使得每個“集散式匯流箱”（集散式方案對直流匯流設(shè)備的專業(yè)叫法，在“匯流箱”前面加了“集散式”以示區(qū)別）最多能做到每2路組串對應(yīng)1路MPP跟蹤，這樣一個16路進線的集散式匯流箱具有8路MPPT跟蹤，如果1兆瓦方陣需要配置12臺16路進線的集散式匯流箱，那么1MW方陣則具有差不多100路MPP跟蹤，相比于集中式的1MW最多只有8路MPP跟蹤，集散式大幅增加了MPPT數(shù)量，從而極大減少了并聯(lián)失配對光伏電站發(fā)電量的影響。
MPPT
MPPT（Maximum Power Point Tracing），即最大功率點跟蹤。因為光伏電池的利用率不僅與其內(nèi)部特性有關(guān)，還受環(huán)境如日照、溫度等因素的影響，其輸出特性與電池板溫度以及光照、強度有很強的關(guān)聯(lián)性，且具有非線性特性。
根據(jù)光伏電池參數(shù)，在相同溫度、不同光照條件下，光伏電池的典型I-V和P-V特性如圖1所示。
圖1 相同溫度、不同光照條件下，光伏電池的I-V和P-V特性
根據(jù)光伏電池參數(shù)，在相同光照強度、不同溫度情況下，光伏電池的典型I-V和P-V特性如圖2所示：
圖2 相同光照強度、不同溫度情況下典型I-V特性和P-V特性
當(dāng)溫度相同時，隨著輻照度的增加，光伏電池的開路電壓幾乎不變；當(dāng)輻照度相同時，隨著溫度的增加，光伏電池的短路電流幾乎不變。可見溫度變化主要影響光伏電池輸出電壓，輻照度變化時主要影響光伏電池的輸出電流。光照及溫度變化不大的情況下，光伏電池近似看作一個直流源。
從上述典型光伏電池的P-V特性曲線可以看出，為了最大的利用率，光伏電池需要運行在不同且唯一的最大功率點(MPP -- Maximum Power Point)上。因此，對于所有的光伏發(fā)電系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)尋求光伏電池陣列的最優(yōu)工作狀態(tài)，以最大限度地將光能轉(zhuǎn)化為電能，最大功率點會唯一對應(yīng)一個工作電壓，這個就是最大功率點電壓，因為光伏電池陣列的最大功率點工作電壓會受到日照強度、器件結(jié)溫、外部負(fù)載等因素導(dǎo)致變化，所以MPPT功能就是實時跟蹤最大功率點電壓，讓光伏電池組件一直工作在最大功率點電壓上，使得最大限度的利用光伏電池板的發(fā)電能力。
多路MPPT對發(fā)電量的提升
因為光伏電池陣列是單位光伏電池組串組成的，每個組串都有自己的工作電壓，電壓很大概率上不一致，如果以傳統(tǒng)的集中式方案的話，組串在匯流箱能量匯集時并聯(lián)會發(fā)生一次并聯(lián)失配，匯流箱到逆變器能量并聯(lián)時再發(fā)生一次并聯(lián)失配，嚴(yán)重影響光伏電池組件的發(fā)電效率。如下圖3所示，單路MPPT的情況下，光伏電池組件受到各種因素的影響，會導(dǎo)致出現(xiàn)兩個或多個波峰的情況，跟蹤到任何一個波峰都會對發(fā)電量造成損失。而如果多路MPPT的情況下，能精確跟蹤到每一個組串的特性，形成多條MPPT曲線，使得每串光伏電池組串最大效能的發(fā)揮作用。
圖3 單路MPPT曲線對比
導(dǎo)致光伏組串并聯(lián)失配的因素很多，如陰影遮擋、組件出廠產(chǎn)品的不一致性和衰減的不一致性、光伏電池組件由于受地形所限導(dǎo)致的傾斜角不一致、光伏電站大區(qū)域內(nèi)溫度和光照不一致等等。如果采用一個MW方陣只有一個MPPT跟蹤的話，則并聯(lián)失配影響會非常大。如果說陰影遮擋、溫度/光照不一致、組件性能不一致等都是概率性因素，那在山地等復(fù)雜地形，光伏電池板安裝的傾斜角不一致導(dǎo)致的并聯(lián)損失基本上是確定性的因素了。
集散式的多路MPPT技術(shù)設(shè)計，精細到每2個光伏組串對應(yīng)1個MPPT跟蹤，在集散式匯流箱再經(jīng)過升壓后穩(wěn)壓輸出，解決了并聯(lián)失配的問題。如下圖4所示，多路MPPT能形成多條MPPT曲線跟蹤，每2個組串形成一個MPPT曲線，這樣的精細化使得每2個組串都最大效能發(fā)揮作用，解決光伏電站并聯(lián)失配問題，大大提升光伏電站的發(fā)電量，從而大大提升電站的收益。
圖4 多路MPPT曲線
有研究機構(gòu)曾經(jīng)用軟件對多路MPPT的效果進行了實測，選取了內(nèi)蒙的一個光伏電站現(xiàn)場，其測試得出結(jié)論，多路MPPT確實能提升不少發(fā)電量。
圖5 多路MPPT軟件測試效果圖
上圖5是監(jiān)控軟件截圖，從圖中看出功率單元2和功率單元3的輸出功率一致，而功率單元2和功率單元3的輸入電壓卻相差很大（單元2的輸入電壓621V，單元3的輸入電壓586V），充分證明了即使是相同電池串的配置，也可能由于電站現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境而導(dǎo)致最大功率點電壓不一致。
小結(jié)
隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)日新月異的發(fā)展，從原來傳統(tǒng)的集中式每個1MW方陣最多只有8路MPPT發(fā)展到集散式的1MW方陣具有200路MPPT，是人類追求卓越，精益求精的真實寫照。集散式方案從數(shù)量級上提升了MPPT數(shù)量，極致的精細化最大功率點跟蹤，極大的減少了光伏電站電池組件的并聯(lián)失配問題，從很多機構(gòu)測試得出的數(shù)據(jù)來看，至少能提升3%的發(fā)電量。如果在山地、領(lǐng)跑者基地、屋頂彩鋼瓦項目等，提升的發(fā)電量會更高，更加適合地形復(fù)雜，光伏電池板傾斜角無法安裝一致的項目現(xiàn)場應(yīng)用。
大江東去浪淘沙，相信集散式方案會在光伏并網(wǎng)電站中占有很重要的一席之地。
