【太阳能、光伏】7个原因 导致光伏系统并非始终工作在最大功率点

电力18讯：

 　　对于一个光伏发电系统，我们都希望它能够始终保持在最大功率点工作，这样我们的投资收益才能够实现最大化。但是一个光伏系统的工作是十分复杂的，往往不能够达到我们理想中的状态。

　　2017年10月26日-27日，在由北极星太阳能光伏网主办的“2017第三届电站质量高峰论坛”上，来自固德威太阳能学院的院长王五雷给大家分享了“光伏系统在非最大功率点工作”的几种情况。他表示，在光伏电站的实际运行过程中，电网调度要求、功率因数限制、功率限制、电压超限等诸多因素，都会导致光伏系统无法在最大功率点工作。

　　明确最大功率点定义

　　由光伏组件的I-U曲线可以看出光伏组件的输出曲线是非线性的，在同样的光照条件下不同的工作电压具有不同的输出电流，这样当光伏组件工作在某一个特点的电压Ump时，它与光伏组件输出的电流Imp的乘积即功率P达到最大值，这个工作点就是最大功率点。

电压-功率曲线图

电压-电流曲线图

　　如上电压-功率曲线图所示，曲线的最高点，就是我们始终希望光伏系统的工作点，而逆变器寻找这个最高点的过程就是我们熟知的MPPT(最大功率点跟踪)。只有当逆变器追踪到了这个点，并将它转换出来，才能得到我们想要的最大功率。

　　对于光伏系统而言，高效运行，往往还有其他几个前提，即安全(包括人身安全和电网安全)，稳定(无故障运行)，连续(无非故障停机)。没有这三个前提，单纯追求高效的转换，是不科学也是不现实的。

　　光伏发电系统在”非最大功率点工作状态“的情况，主要有以下7种：

　　1、防逆流

　　目前，还有很多地方，由于不同的原因，导致光伏发电只能自发自用，余电不允许送入电网。此时，电网公司要求光伏并网光伏系统安装“防逆流”装置。

固德威单相机防逆流示意图

　　通过CT实时监测用电情况，反馈给逆变器，一旦光伏发电不能全部被负载消耗掉，逆变器为了保证“不给电网送电”，需要限制自身的功率输出。这种状态，是非常典型的一种“非最大功率工作状态”。

　　2、过压降载(交流侧)

　　光伏发电系统并入电网之后，会抬升电网电压，若该地区电网消纳能力有限，或线路损失太大，就要面临过压降载的问题。根据NBT-32004的光伏逆变器国家标准，当电网电压在正常范围(187V~242V)时，逆变器方可正常并网运行。

　　但当电网电压高于设定的限值时(设定限值要考虑安全规范，也要结合负载、相关保护器件的耐压值)，为了保证光伏系统继续发电，而不是直接脱网，需通过限制逆变器的输出功率来达到目的，在这种状态下，逆变器实时跟踪组件的功率曲线，并选取“能够保证电压不超限”的功率点来输出，进而系统将工作在“非最大功率点”的状态。

　　这种情况是大家所不想看到的，也有一些解决方案。但是这种状态实际上对收益仍旧是有保障的。

　　3、直流超配限载

　　“超配比”已经是为光伏人广泛接受的概，这个概念指的是组件对比逆变器的额定功率比。实际光伏系统设计“超配”可以提高我们的投资收益。当然，不同光照地区，如一类、二类、三类地区，建议的超配比也不同。

　　如果超配过大，则会出现下图的情况：

直流侧限载监控图

　　因此，结合不同地区的光照情况，合理设计“超配比”，可以避免光伏系统的“非最大功率工作状态”。

　　4、阴影遮挡

　　阴影遮挡对PR具有很大影响。如图中所示，绿色曲线是无遮挡、光照正常的情况下，组件的功率特性曲线。红色曲线是在阴影遮挡的时候，组件的功率特性曲线会出现多波峰的情况。

不同时间段MPPT追踪示意图

　　当逆变器遇到这种情况(阴影遮挡)时，如果逆变器没有合适的“阴影扫描算法”，使用常规的算法会难以找到最大功率点。同时，由于具有多个波峰，波峰高度不同，逆变器可能追到到最低的那个点，系统损失相对更大。另外，尽管一些逆变器能够在电压范围内全局扫描追踪最大功率点，保证光伏系统的输出。实际上最好的方案还是没有阴影遮挡。

　　5、政策限载或电网调度

　　政策限载或接受电网的调度，也是光伏系统工作在非最大功率状态的重要原因。以德国政府为例，2013年在VDE-AR-N4105规范中提出，要求所有的逆变器必须兼容电网给的通讯的指令，要求光伏电站按照装机容量的70%发电运行或者接受电网调度。并且在新的德国安规中可能会作为强制要求项，在电网发出该指令时，逆变器会出现不工作最大功率点的情况。

　　同时随着能源互联网+、微电网等局域性独立电网概念的提出，为确保整个系统的稳定运行，光伏系统也可能频繁出现不工作在最大功率点的情况。

　　6、无功补偿

　　在工商业分布式应用领域，会有一部分项目前期设计时，没有充分考虑并网点问题以及厂区现有的无功补偿条件。尽管逆变器能够承担一定的无功补偿功能，但这会导致有功输出降低。

　　7、储能场景

　　未来，光伏发电系统或许会和储能有更多的结合。当白天日光充沛时，将光伏系统所发的电，存储于蓄电池，晚上用电高峰期便可以使用。但是蓄电池的充放电会有一些损耗。逆变器此时需要担负检测负载用电需求的重任。

　　光伏系统是极其复杂和多样的。表面上看，电网调度要求、功率因数限制、功率限制、电压超限等限制因素会影响投资收益。事实上，却是为了保证电网稳定、或满足负载需求、甚至是偶尔需要通过限功率保证系统正常工作的必要手段。