淺談如何對光伏太陽能發(fā)電系統(tǒng)進行優(yōu)化？

優(yōu)化光伏太陽能發(fā)電系統(tǒng)是每個光伏EPC工程商都關(guān)心的問題，優(yōu)化系統(tǒng)首先就先優(yōu)化太陽能光伏組件上的微型逆變器，因為每塊光伏組件配備的單獨微型逆變器使得系統(tǒng)能夠適應(yīng)不斷變化的負荷及不同的天氣條件，進而為單塊組件乃至整個系統(tǒng)提供較佳的緩緩效率。

微型逆變器還可以簡化布線，也是說可以有著更低的安裝成本。優(yōu)化的目的是將太陽能發(fā)電系統(tǒng)變得更有效率，整個系統(tǒng)收回投資的時間達到更短。 

電源逆變器是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵電子組件。在商業(yè)應(yīng)用中，這些組件連接光伏（PV）面板、儲存電能的電池以及本地電力分配系統(tǒng)或公用事業(yè)電網(wǎng)。 

在一個典型的太陽能采集系統(tǒng)中，多個太陽能板并聯(lián)到一個逆變器，該逆變器將來自多個光伏電池的可變直流輸出轉(zhuǎn)換成干凈的50Hz 或60Hz 正弦波逆變電源。

設(shè)計的主要目標是盡可能提高轉(zhuǎn)換效率。這是一個復(fù)雜且需反復(fù)的過程，它涉及較大功率點跟蹤算法（MPPT）以及執(zhí)行相關(guān)算法的實時控制器。

1.較大化電源轉(zhuǎn)換效率

未采用MPPT 算法的逆變器簡單地將光伏模塊與電池直接連接起來，迫使光伏模塊工作在電池電壓。幾乎無一例外的是，電池電壓不是采集較多可用太陽能的理想值。

實線表示的是電壓與電流（PV AMPS）之比。

但采用MPPT 算法后，情況發(fā)生了根本變化。在本例中，模塊能實現(xiàn)較大輸出功率的電壓是17V。因此，MPPT 算法的職責是使模塊工作在17V，這樣一來，無論電池電壓是多少，都能從模塊獲取全部75W 的功率。

高效DC/DC 電源轉(zhuǎn)換器將控制器輸入端的17V 電壓轉(zhuǎn)換為輸出端的電池電壓。由于DC/DC 轉(zhuǎn)換器將電壓從17V 降至12V，本例中，支持MPPT 功能的系統(tǒng)內(nèi)電池充電電流是：

（VMODULE/VBATTERY）×IMODULE，或（17V/12V）×4.45A =6.30A。

假設(shè)DC/DC 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率是100％，則充電電流將增加1.85A（或42％）。

雖然本例假設(shè)逆變器處理的是來自單個太陽能面板的能量，但傳統(tǒng)系統(tǒng)通常是一個逆變器連接多個面板。取決于應(yīng)用的不同，這種拓撲既有優(yōu)點又有缺點。

2.MPPT 算法

主要有三種類型的MPPT 算法：擾動-觀察法、電導(dǎo)增量法和恒定電壓法。前兩種方法通常稱為“爬山”法，因為它們基于如下事實：

在MPP 的左側(cè)，曲線呈上升趨勢（dP/dV》0），而在MPP 右側(cè)，曲線下降（dP/dV 《0）。

擾動-觀察（P＆O）法是較常用的。該算法按給定方向擾動工作電壓并采樣dP/dV。如果dP/dV 為正，算法就“明白”它剛才是在朝著MPP調(diào)整電壓。然后，它將一直朝這個方向調(diào)整電壓，直到dP/dV 變負。

P＆O 算法很容易實現(xiàn)，但在穩(wěn)態(tài)運行中，它們有時會在MPP 附近產(chǎn)生振蕩。而且它們的響應(yīng)速度也慢，甚至在迅速變化的氣候條件下還有可能把方向搞反。

電導(dǎo)增量（INC）法使用光伏陣列的電導(dǎo)增量dI/dV 來計算dP/dV的正負。INC 能比P＆O 更準確地跟蹤迅速變化的光輻照狀況。但與P&O 一樣，它也可能產(chǎn)生振蕩并被迅速變化的大氣條件所“蒙騙”。其另一個缺點是，增加的復(fù)雜性會延長計算時間并降低采樣頻率。

第三種方法“ 恒壓法” 則基于如下事實： 一般來說，VMPP/VOC0.76。該方法的問題來源于它需要瞬間把光伏陣列的電流調(diào)為0 以測量陣列的開路電壓。然后，再將陣列的工作電壓設(shè)置為該測定值的76％。但在陣列斷開期間，可用能量被浪費掉了。人們還發(fā)現(xiàn)，雖然開路電壓的76％是個很好的近似值，但也并非總是與MPP 一致。

由于沒有一個MPPT 算法可以成功地滿足所有常見的使用環(huán)境要求，許多設(shè)計工程師會讓系統(tǒng)先*估環(huán)境條件再選擇較適合當時環(huán)境條件的算法。事實上，有許多MPPT 算法可用，太陽能面板制造商提供他們自己算法的情況也屢見不鮮。