集中式與分布式MPPT的比較研究

引言

　　由于電池板不匹配導致能源輸出不理想，致使一些其他項目被放棄。從本質上講，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)，將產生最大功率點(MPP)，從而使來自電池板的太陽能產生最大功率輸出。電池板產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關系的函數。MPPT是一種電子形式的跟蹤技術，利用算法和控制電路來探索這個最大功率點，從而使轉換器電路可以從PV電池中獲取最大功率。

　　在輻射、溫度以及其它電池參數統一的情況下，除了轉換效率差異之外，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。因為參數不統一，局部陰影將導致陣列的不同電池板具有多個MPP。采用集中式MPPT技術時，可能會導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內部混亂，在進行功率配置時停留在局部最高點，并設置在電壓的次優點;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的電源優化器可獨立增強并提高電池板的性能。

　　用于住宅、商業或公用設施的PV陣列通常采用如圖1所示的配置，

　　圖1 采用集中式MPPT的連接電網的PV系統

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

　　在采用電源優化器技術和分布式MPPT的PV陣列(見圖2)中，

　　圖2 采用電源優化器分布式MPPT的連接電網的逆變器

　　每個電池板連接了一個電源優化器裝置。電源優化器進行雙重跟蹤：一方面，它們跟蹤最佳的局部MPP;另一方面，它們將輸入電壓/電流轉換為不同的輸出電壓/電流，以最大限度提高系統中的能源傳輸。電源優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環境并自我調整，直到整行達到最佳值，同時在電池板級別達到局部優化點。目前，只有電源優化器能做到這一點。電源優化器保留了久經驗證的串并聯電池板排列，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，電源優化器架構與現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。電源優化器不只限于提升DC/DC轉換器性能，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致的電池板不匹配。同樣，這意味著電源優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)。電源優化器架構使系統能夠收獲最多的發電量。

　　電源優化器：電池板級別的分布式MPP解決方案

　　前面已經了解到，電池上的陰影以及其它因素造成的電池板不匹配會導致陣列發電的不均勻損耗。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，但數據表明所獲電量仍會有大量的不均勻損耗。

　　結語

　　電源優化器能最大限度提高每塊電池板產生的電量，同時使PV系統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%的發電量。電源優化器解決了集中式系統固有的問題，使總發電量輸出增加多達37%，因此成功減輕了電池板不匹配的問題。