（山东力诺太阳能电力工程有限公司 山东济南 250103）
摘要：太阳能是市场上最有前景的可再生能源之一。由于政府不断的推出激励政策和传统电力成本不断攀升的影响，越来越多的家庭和企事业单位开始不断的关注太阳能光伏发电，利用闲置的屋顶安装光伏发电系统。按照目前的光伏系统价格计算，用户通常在 7-8 年后才能获得投资回报。太阳能光伏系统的投资回报取决于该系统每年的发电量，因此用户需要的光伏系统必须具备高效、可靠和易于维护等特性，从而可以获得最大限度的发电量。
关键词：光伏发电；电源优化器
1、概述
很多安装太阳能光伏系统的用户逐渐意识到部分或间歇性的遮蔽会影响到系统的发电量，特别在领取国家补贴时，能否通过对比发现具有一定的差异。为了有效提高发电量收益，在光伏发电系统中增加一种智能电源优化装置，提升系统发电量。
2、失配问题对光伏发电系统的影响
光伏发电系统是由电池串通过适当的串并联方式组成的，特别是安装在屋顶和工商业厂房上的光伏电站，许多在前期安装时没有考虑到一些未知的不匹配问题，使系统无法发挥应有的潜力，即使设计的非常好的系统由于组件本身的参数因素都会出现失配的现象。有时即使考虑到不匹配问题，也可能会出现一些无法避免的因素，如太阳板被遮挡、空中的云、附近物体的反射、光伏组件所安装的倾斜角和方位角不同、组件表面灰尘和表面温度不均匀等，都会使组件的输出伏安特性曲线呈现多阶梯形状。由于阵列组件的发电效率不同而引起组件的失配问题，导致系统发电效能降低。
许多人并不知道"太阳能电池板或者系统不匹配"这一问题，当电压与电流组合不匹配时，就会出现PV系统失配的问题；事实上，即使太阳能电池阵列只被遮蔽少量面积也会导致25％到50％的功率损失。
3、解决适配对光伏发电系统影响的方案
太阳能模块产生的功率即电流(I)与电压(V)的乘积，在任何既定条件和既定时间下存在一个最佳点，即最大功率点(MPP)，使太阳能模块产生最大功率输出。最大功率点跟踪(MPPT)是一种电子形式的跟踪技术，它利用算法和控制电路来搜索这个最大功率点，从而使转换器电路可以从光伏电池模块中获取最大功率。
功率优化装置直接与光伏组件相连，对每一个光伏组件实施最大功率跟踪，保证每一个光伏组件在任意光照条件下和任意组件特性下的最大功率输出。 由于组件只与功率优化装置相连，光伏组件之间不存在任何的相互连接，能够从根本上消除不同光伏组件之间的影响，避免由于光照条件变化、组件局部遮挡、组件老化以及组件之间特性不一致造成的发电功率损失，实现系统发电功率的最大化。
4、功率优化装置工作原理
功率优化装置综合应用高能效功率电子变换技术、高速数字信号处理与控制技术、先进半导体集成电路技术、数据采集及监控技术、无线通信技术、网络通信与数据处理技术等开发，是一种直流输入、直流输出的组件级别电力电子设备(Module Level Power Electronics，MLPE)，通过和光伏组件的串接，采取一定的算法追踪单个组件的最大功率点(MPP)，按照降压或升降压拓扑的工作原理，用以解决光伏电站由于阴影遮挡或组件电气规格差异对发电量的影响，实现单个组件的最大功率输出，提升系统发电量，是光伏发电优化系统中的关键设备；具有最大能量转换、数据采集、无线通讯、安全管理等功能；可应用在不同规模的并网和离网光伏发电系统中。
该设备具有转换效率最高可达99.5%、实时监控每块光伏组件运行状况、提升光伏系统的安全性、支持多种安装方式、25年寿命设计等特点。
5、对比测试研究
根据美国国家半导体实验室收集的测试和现场试验结果(图1)，同时参考其它研究结果，由于阴影或其它因素造成的电池板不匹配会导致太阳能电池板中功率损耗不均匀，即使只有少量遮蔽也会导致电能大量损失。此外，Chaintreuil、Barruel、Le Pivert、Buttin和Merten在他们名为《阴影对连接电网的PV系统的影响》的论文中也指出：根据太阳能电池阵列的连接方式，晶体硅PV系统电池板阵列上阴影面积达到2.6%时可能导致总电能损失16.7%。据《光子国际》报告，斜屋顶天窗遮挡20%的太阳能电池板阵列就可能使PV系统的输出功率损失达到惊人的81%，系统因此完全丧失价值。
图1.安装电源优化设备光伏系统和传统连接系统的发电量比较
由图1试验数据得出通过电源优化器的光伏发电系统在正常情况下，能够使传统光伏系统增加3.74%的发电量，这说明即使在良好的设计方案下，光伏方阵的各组件间也难免存在比较大的失配现象。
图2.10%阴影条件下电源优化器系统和传统连接系统的发电量对比
图3.30%阴影条件下电源优化器系统和传统连接系统的发电量对比
在同样阴影遮挡的情况下，组串中一块组件遮挡面积为10%时，通过图2表格可以看到连接电源优化装置的系统比传统连接提高发电量7%；如果一块组件遮挡面积为30%，通过图3发现连接电源优化装置的系统比传统连接提高发电量48.8%。
通过实验数据对比，随着阴影部分的增加，电源优化器相应提高的发电效率越高，优势更加明显。
6智能管理监控系统
为了使功率优化装置更加智能化，实现对每个光伏组件的实时监测，在优化器中植入智能监控系统，实时对光伏组件的发电数据和状态进行分析，对异常数据、状态信息做出预警，通过数据服务器存储光伏组件的发电数据和状态信息，同时经过互联网将预警信息发送到数据采集器；同时，数据服务器还将严重的故障和预警信息通过邮件、短信等通知到发电系统的工作人员。
电站工作人员可以登录到基于Web和数据服务器的监控系统， 对发电系统的当前发电量及运行状态等实时监控，同时可以对发电系统的历史数据、发电量以及发电数据进行分析。
7结论
通过测试电源优化装置在光伏系统中的应用，在无阴影和有阴影的情况下电源优化器在方阵中起到了很好的效应，随着光伏电站阵列的增加，组件之间的失配问题会越来越大，同样阴影带来的损失影响也会增大，特别是增加了电源优化装置后的改善效果明显，提升了一定的发电经济效益。
参考文献
[1]李安定. 太阳能光伏发电系统工程[M]. 北京：工业大学出版社，2001：10-20.
[2] 胡立业.分散发电与分布式供能系统[J].上海电力，2005, 1: 28-31
[3] 王斯成.光伏发电的前景和问题.国际电力，1997 第四期
[4] 李东东，林顺福，等家庭智能用电系统研究及智能控制器开发[J].电力系统保护与控制，2013,41,（4）：123-129.
[5] 文升，顾洁，等。分布式电源的准入容量与优化布置的实用方法[J]，电力自动化设备，2012,32（10）：109-115.
[6]王志群，朱守真，周双喜. 分布式电源对配电网电分布的影响[J]. 电力系统自动化，2004，28（16）：
论文作者:徐贵阳,陈润超,周广彦
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/12
标签：光伏论文; 系统论文; 组件论文; 发电量论文; 电源论文; 失配论文; 太阳能论文; 《电力设备》2017年第23期论文;