用分布式电源优化器优化PV系统

用分布式电源优化器优化PV系统

安装太阳能发电或者光伏(PV)系统在时间和资金方面都需要大量的前期投资，但与其它低风险投资相比，该方案的预计投资回报相当可观，其优点包括显著降低电费和提升投资回报率。据称，一旦太阳能系统开始投入运行，PV系统的拥有者就能轻松享用25年。但事实真是如此吗？

不幸的是，许多太阳能系统的拥有者对新装PV系统的工作方式，以及太阳能系统性能可能降低的情况却一无所知。事实上，许多人并不知道"太阳能电池板或者系统不匹配"这一问题，对于树木和烟囱等物体对系统输出功率造成的潜在破坏性影响知之甚少甚至毫不知情。当电压与电流组合不匹配时，就会出现PV系统不匹配的问题；造成此问题的原因有很多，例如局部遮蔽、飘动的云、附近物品的反射、各种不同的倾斜角和方向、表面污染以及太阳能电池阵列上的温度变化。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。

在评估光伏(PV)系统的性能时，通常的做法是假设一些典型的辐照度、温度及模块参数条件，而且这些条件在PV系统阵列的所有电池和模块上都保持一致。但是，阵列局部遮蔽、不同的模块倾斜角度等许多情况，都会使这些因素在阵列甚至单独的光伏电池板串中出现显著的变化，导致太阳能电池板不匹配和系统性能下降，使得实际性能将与预期水平存在巨大差距。

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%(图2)。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3)。

图1：由于阴影或其它因素造成的电池板不匹配导致太阳能电池板中功率损耗不均匀。(来源：美国国家半导体实验室)

图2：遮蔽条件下电池板阵列的性能差异.(来源：《阴影对连接电网的PV系统的影响》)

图3：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%。(来源：《光子国际》，2009年9月(单串配置))

在系统安装时未发现的不匹配问题，将导致许多PV系统无法达到最大电能产能，降低了系统拥有者的投资回报率。此外，已知的不匹配问题也可能因为电能产能不理想而导致整个项目的失败。这些不匹配问题都造成了PV系统的产能不足，以及太阳能设备部署空间未能得到充分利用。如果能够充分利用那些部分时段会受阴影遮蔽的的屋顶空间(例如在护墙附近，或者在屋顶的一些机械设备的四周)，太阳能发电系统的安装率可以增加10%到20%。有些居民用户的位置已被树木(不能砍伐)或附近的建筑完全遮蔽，因此很难估计此类场所能够获得的太阳能。根据Greenberg Quinlan Rosner Research公司于2009年1月开展的一次调查，150位受访的安装人员承认这是一个取决于场地的问题，54%的安装人员均表示安装现场不能有任何遮蔽阴影。选择“通过设计解决这一问题”的安装人员表示平均成本会提高19%。此外，根据加利福尼亚公共事业委员会在2009年6月进行的一项研究，参与加州太阳能计划的各个计量场所的平均年产能持续低于PV系统的预期产能(图4)。

图4 ：参与加州太阳能计划的各个计量场所的平均年产能持续低于PV系统的预期产能。(来源：加利福尼亚公共事业委员会“Itron智能电网协同架构影响评估”)