Abstraktus
Modulio neatitikimas yra viena iš pagrindinių techninių kliūčių, ribojančių fotovoltinės (PV) sistemos energijos gamybos efektyvumo gerinimą. Jo esmė yra „kibiro efektas“, kurį sukelia nenuoseklios PV modulių išėjimo srovės nuoseklioje grandinėje. Remiantis Tarptautinės energetikos agentūros (IEA) fotovoltinių energijos sistemų programos (PVPS) statistika, vidutinis elektros gamybos nuostolis dėl neatitikimo fotovoltinėse elektrinėse svyruoja nuo 5% iki 15%, o sudėtingų reljefų arba prastos eksploatacijos ir priežiūros įrenginiuose gali net viršyti 20%. Tarp jų, pakreipimo kampų skirtumas yra pagrindinė neatitikimo priežastis sudėtinguose įrengimo scenarijuose, pvz., kalnuotose vietovėse ir stoguose, o tai sudaro maždaug 40–60 % visų neatitikimo nuostolių.
1.Pagrindiniai PV modulio nesutapimo principai ir fiziniai mechanizmai
1.1 PV modulių elektrinės charakteristikos
PV modulio išvesties charakteristikas lemia jo srovės-įtampos (I-V) kreivė ir galios-įtampos (P-V) kreivė. Standartinėmis bandymo sąlygomis (STC: apšvita 1000 W/m², elemento temperatūra 25 laipsniai, AM1.5 spektras) vienas modulis turi unikalų didžiausią galios tašką (MPP).
PV modulio trumpojo -jungimo srovė (Isc) yra maždaug proporcinga saulės spinduliuotei, patenkančiai į elemento paviršių, kuris yra pagrindinis fizinis pagrindas dabartiniam neatitikimui, kurį sukelia pasvirimo kampų skirtumai. Formulė išreiškiama taip:
Isc ≈ Isc_STC × (G / GSTC)
Kur:
• Isc: tikroji trumpojo{0} jungimo srovė (A)
• Isc_STC: trumpojo jungimo srovė standartinėmis bandymo sąlygomis (A)
• G: faktinė kritimo apšvita (W/m²)
• G_STC: standartinė bandymo apšvita (1000 W/m²)
Kai keli moduliai yra sujungti nuosekliai, kad sudarytų eilutę, pagal dabartinį Kirchhoff dėsnį,visi nuoseklios grandinės moduliai turi veikti ta pačia srove; o bendra eilutės įtampa lygi kiekvieno modulio darbinių įtampų sumai. Ši charakteristika lemia, kad serijinės sistemos yra ypač jautrios srovės skirtumams.
1.2 Pagrindinis neatitikimo reiškinio mechanizmas
„Statinės efektas“ (taip pat žinomas kaip „silpniausia grandis“ arba „butelio kaklelio efektas“) yra puiki analogija tam, kas vyksta nuosekliai{0}}sujungtuose PV moduliuose. Įsivaizduokite seriją statinių, sujungtų į grandinę, kurių kiekviena turi skirtingą talpą. Vandens kiekį, kuris gali tekėti per visą sistemą, riboja mažiausio talpos statinė-nepriklausomai nuo to, kokios didelės yra kitos.
PV eilutėje moduliai yra elektra sujungti nuosekliai, o tai reiškia, kad per visus juos turi tekėti ta pati srovė. Modulis, gaunantis mažiausią apšvitą (dėl neoptimalaus kampo), generuos mažiausią srovę. Tai priverčia visos eilutės srovę atitikti prasčiausio našumo srovę, todėl didesnio našumo -moduliai veikia žemiau savo potencialo. Galios nuostoliai gali būti dideli, gerokai viršijantys paprastą atskirų sumažinimų sumą.
2. Pagrindinės PV modulio nesutapimo priežastys
Modulio neatitikimo priežastys yra sudėtingos ir įvairios, jas galima suskirstyti į dvi kategorijas: įgimtą neatitikimą ir įgytą neatitikimą.
2.1 Įgimtas neatitikimas: gamyklinių parametrų skirtumai
Netgi toje pačioje partijoje gaminamų modulių elektrinių charakteristikų parametrai šiek tiek skiriasi dėl tokių veiksnių kaip puslaidininkinės medžiagos grynumas ir gamybos proceso svyravimai. Modulių gamintojai paprastai atlieka modulių galios klasifikavimą (sujungimą), tačiau toje pačioje maitinimo dėžėje esančių modulių srovės skirtumai vis tiek gali skirtis ± 2,5 %.
Dėl tokių gamyklinių parametrų skirtumų atsirandantys neatitikimo nuostoliai paprastai yra 2–3%, o tai yra pagrindinis neatitikimo nuostolis, kurio negalima visiškai išvengti visose PV sistemose.
2.2 Įgytas neatitikimas: veikimo aplinka ir veikimo bei priežiūros veiksniai
Tai yra pagrindinė priežastis, kodėl tikrasis sistemos neatitikimo nuostolis yra daug didesnis nei pagrindinė vertė, įskaitant:
• Nenuoseklūs pasvirimo kampai ir azimuto kampai(bus išsamiai išanalizuota žemiau)
• Šešėlių neatitikimas: fiksuotas šešėlis nuo aplinkinių pastatų, medžių, kalnų ir kt. ir dinaminis šešėlis nuo debesų, paukščių ir kt.
• Užteršimo ir senėjimo neatitikimas: Netolygus nešvarumas, pvz., dulkės, sniegas, paukščių išmatos ant modulio paviršiaus ir senėjimo greičio skirtumai po ilgo{0}}naudojimo
• Temperatūros neatitikimas: Netolygi temperatūra, kurią sukelia skirtingos modulių šilumos išsklaidymo sąlygos
3. Išsami mechanizmas ir kiekybinė neatitikimo, kurį sukelia pakreipimo kampų skirtumai, analizė
Pasvirimo kampo neatitikimas reiškia nenuoseklius tos pačios serijos modulių įrengimo posvyrio kampus (kampą tarp modulio plokštumos ir horizontalios plokštumos), dėl kurių kiekvienas modulis gauna skirtingą saulės spinduliuotės kiekį, taigi ir išėjimo srovės skirtumus. Tai yra labiausiai paplitęs ir lengvai nepastebimas neatitikimas kalnuotose PV ir paskirstytose ant stogo PV sistemose.
3.1 Pagrindinės priežastys, dėl kurių montavimo kampų skirtumai tai apsunkina:
• Apšvitos kitimas: kitu kampu pakreiptas modulis fiksuoja mažiau tiesioginių saulės spindulių, ypač piko valandomis. Pavyzdžiui, ant nuožulnaus stogo, kurio nuolydis yra įvairus, į pietus nukreipti moduliai, esant optimaliam pasvirimui, gali veikti gerai, o kiti, esantys seklesniu ar statesniu kampu, yra prastesni.
• Kasdienis ir sezoninis poveikis: kampai turi įtakos ne tik didžiausiai galiai, bet ir našumui visą dieną. Dėl ne-vienodo pakreipimo atsiranda nesutampančių IV kreivių (srovės-įtampos charakteristikos), todėl didėja neatitikimo nuostoliai.
• Sujungimas su kitais veiksniais: kampų skirtumai gali pabloginti šešėlio poveikį arba temperatūros gradientus, nes blogai kampuoti moduliai gali įkaisti skirtingai.
3.2 Kiekybinė koreliacija tarp pakreipimo kampo skirtumo ir modulio išėjimo srovės
Mes galime kiekybiškai įvertinti ryšį tarp pasvirimo kampo skirtumo ir srovės skirtumo, tiksliai apskaičiuodami bendrą plokštumos apšvitą skirtingais pasvirimo kampais. Paėmusi30 laipsnių šiaurės platumos regionas(Kinijos Jangdzės upės baseinas), kaip pavyzdį, šioje lentelėje parodytas metinis bendras apšvitos ir trumpojo jungimo -srovių skirtumai, esant skirtingiems įrenginio pasvirimo kampams, palyginti su optimaliu pasvirimo kampu (apie 30 laipsnių):
Montavimo pasvirimo kampas ( laipsnis ) | Bendra metinė apšvita (kWh/m²) | Apšvitos skirtumas, palyginti su optimaliu pakreipimo kampu (%) | Trumposios-grandinės srovės skirtumas (%) |
| 10 | 1285 | -12.3 | -12.3 |
| 15 | 1352 | -7.7 | -7.7 |
| 20 | 1401 | -4.4 | -4.4 |
| 25 | 1432 | -2.3 | -2.3 |
| 30 (optimalus) | 1466 | 0 | 0 |
| 35 | 1451 | -1.0 | -1.0 |
| 40 | 1420 | -3.1 | -3.1 |
| 45 | 1373 | -6.3 | -6.3 |
| 50 | 1312 | -10.5 | -10.5 |
Pagrindinės išvados:
1. 30 laipsnių Š platumos srityje kas 5 laipsnių nuokrypis nuo optimalaus pasvirimo kampo metinė apšvita sumažėja maždaug 2 % - 4 %, o tai atitinka 2 % - 4 % trumpojo jungimo srovės sumažėjimą.
2. Kai pasvirimo kampo skirtumas pasiekia 20 laipsnių (pvz., 30 laipsnių prieš 10 laipsnių), metinis srovės skirtumas gali viršyti 12%.
3. Momentiniai srovių skirtumai yra daug didesni nei metiniai vidutiniai skirtumai. Pavyzdžiui, vasaros saulėgrįžos vidurdienį saulės aukščio kampas yra maždaug 83,5 laipsnio, o tuo metu tiesioginė apšvita, kurią gauna modulis, kurio pasvirimo kampas yra 10 laipsnių, yra maždaug 15 % didesnis nei modulio su 30 laipsnių pasvirimo kampu; tuo tarpu žiemos saulėgrįžos vidurdienį saulės aukščio kampas yra maždaug 36,5 laipsnio, o tiesioginė apšvita, kurią gauna modulis, kurio pasvirimo kampas yra 10 laipsnių, yra maždaug 25% mažesnis nei modulio su 30 laipsnių pasvirimo kampu.
4. Modulio neatitikimo pagrindinių sprendimų palyginimas
Siekiant išspręsti modulių neatitikimo problemą, pramonėje buvo sukurti įvairūs sprendimai, kurių pagrindinė idėja yrasulaužyti apribojimą, kad „nuoseklios srovės turi būti nuoseklios“arbasumažinti srovės skirtumus.
4.1 Specialus dizaino optimizavimas pasvirimo kampo neatitikimui
Tai pats paprasčiausias ir mažiausią{0}}kainą kainuojantis sprendimas, taip pat priemonė, kurią pirmiausia turėtų taikyti visi projektai:
1. Griežtai įgyvendinkite principą „tas pats pasvirimo kampas, ta pati styga“.: Tai yra auksinė taisyklė, padedanti išvengti pakreipimo kampo neatitikimo. Moduliai su tuo pačiu pasvirimo kampu ir azimuto kampu turi būti nuosekliai sujungti toje pačioje eilutėje, o moduliai su skirtingais pasvirimo kampais / orientacijomis niekada neturi būti nuosekliai sujungti kartu.
2. Pagrįstai sutrumpinkite stygos ilgį: Srityse, kuriose yra dideli pakreipimo kampų skirtumai, tinkamai sutrumpinus stygos ilgį (nuo 22–24 modulių iki 18–20 modulių), gali sumažėti neatitikimo smūgio diapazonas.
3. Optimizuokite keitiklio MPPT kanalų padalijimą: Prijunkite stygas iš skirtingų pakreipimo kampo zonų prie skirtingų MPPT kanalų, kad kiekvienas MPPT kanalas sektų tik maksimalų stygų galios tašką su tuo pačiu kampu.
Kinijos žemės saulės PV sistemos gamintojų tiekėjų gamykla - didmeninė prekyba - Dongshuo New Energy
4.2 Styginių keitiklis: keli{0}}MPPT keitikliai
Tradiciniai centriniai keitikliai paprastai turi tik 1-2 MPPT kanalus, o šiuolaikiniai styginiai inverteriai paprastai turi kelis nepriklausomus MPPT kanalus (6-12 ar net daugiau). Kiekvienas MPPT kanalas gali savarankiškai sekti maksimalų skirtingų stygų galios tašką, taip apribodamas neatitikimo poveikį vienam MPPT kanalui.
Poveikis pakreipimo kampo neatitikimui: gali veiksmingai išspręsti skirtingų pakreipimo kampų zonų neatitikimo problemą, bet vis tiek negali išspręsti pakreipimo kampų skirtumų toje pačioje zonoje esančiose eilutėse.
Kinijos žemės saulės PV sistemos gamintojų tiekėjų gamykla - didmeninė prekyba - Dongshuo New Energy
4.3 Modulis-Level Power Electronics (MLPE) technologija
Šiuo metu tai yra efektyviausias techninis sprendimas sprendžiant pakreipimo kampo neatitikimą, daugiausia apimantis galios optimizatorius ir mikroinverterius:
1. Galios optimizatorius
Galios optimizavimo priemonės yra įdiegtos kiekvieno modulio gale, atitinkančios vieną-prie-vieną su moduliais. Jis gali savarankiškai reguliuoti kiekvieno modulio darbinę įtampą ir srovę, kad kiekvienas modulis veiktų savo didžiausiu galios tašku, o tada išvesti nuolatinę srovę į serijinę grandinę.
Poveikis pakreipimo kampo neatitikimui: gali visiškai pašalinti srovės neatitikimą, kurį sukelia bet koks pasvirimo kampo skirtumas eilutėje, todėl kiekvienas modulis gali išvesti maksimalią srovę. Išmatuoti duomenys rodo, kad kalnuotose elektrinėse su dideliais pasvirimo kampų skirtumais galios optimizatorių naudojimas gali padidinti energijos gamybą 15%-20%.
2. Mikroinverteris
Mikroinverteriai yra tiesiogiai sumontuoti kiekvieno modulio gale, modulio nuolatinę srovę paverčiant kintamąja srove, kuri vėliau prijungiama lygiagrečiai su tinklu. Kiekvienas modulis yra nepriklausomas energijos gamybos blokas, visiškai be serijinės srovės apribojimų.
Poveikis pakreipimo kampo neatitikimui: visiškai išsprendžia visas pakreipimo kampo neatitikimo problemas, o kiekvienas modulis gali veikti savarankiškai, nepaisant pasvirimo kampo skirtumo.
Mūsų įmonė gali pateikti visus aukščiau paminėtus sprendimus ir pilnas sistemas. Jei jums jų reikia, susisiekite su mumis!
7. Ateities plėtros tendencijos
Nuolat tobulėjant PV technologijai, modulių neatitikimo problemos sprendimai taip pat nuolat tobulinami ir tobulinami:
1. Didesnio efektyvumo MLPE technologija: Naujos{0}}kartos energijos optimizatorių ir mikroinverterių konversijos efektyvumas viršijo 99 %, toliau mažėjant savaiminiam- energijos suvartojimui ir nuolat mažėjant sąnaudoms.
2. Išmaniųjų modulių technologija: galios optimizatorių arba mikroinverterių integravimas su moduliais, kad būtų suformuoti išmanieji moduliai, supaprastinamas diegimo procesas ir pagerinamas sistemos patikimumas.
3. Skaitmeninė dvynių technologija: naudojant skaitmeninę dvynių technologiją kuriant virtualų fotovoltinės elektrinės modelį, tiksliai imituojant neatitikimo nuostolius skirtingomis darbo sąlygomis ir įgyvendinant išankstinį įspėjimą bei optimalią kontrolę.
4. Nauja akumuliatoriaus technologija: pvz., skiediniai moduliai, perpus{0}}supjaustyti moduliai, supjaustyti moduliai ir kt., sumažina šešėlių ir neatitikimų poveikį, naudojant ląstelių segmentavimą ir optimizuotus ryšio metodus. Pavyzdžiui, perpus-perpjauti moduliai gali maždaug 50 % sumažinti energijos nuostolius, atsirandančius dėl šešėliavimo.
Modulių neatitikimas yra neišvengiamas reiškinys PV sistemose,tarp kurių pakreipimo kampo skirtumas yra pagrindinė neatitikimo sudėtingų įrengimo scenarijų priežastis, o dėl to energijos gamybos nuostoliai gali siekti daugiau nei 15 proc. Pasvirimo kampų skirtumai tiesiogiai lemia nenuoseklias modulių išėjimo sroves, darydami įtaką modulių gaunamai saulės spinduliuotei, o tada apriboja visos eilutės energijos generavimą per serijinės grandinės „kibiro efektą“.
Įvairių tipų PV elektrinėms tinkamiausias neatitikimo sprendimas turėtų būti parinktas atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip reljefo sąlygos, pasvirimo kampo skirtumo dydis ir investicijų biudžetas. Antžeminės-elektrinės gali teikti pirmenybę kelių-MPPT styginiams keitikliams; sudėtinguose scenarijuose, pvz., kalnuotose vietovėse ir stoguose su dideliais pasvirimo kampų skirtumais, modulio lygio galios elektronikos technologija žymiai pagerins energijos gamybą ir atneš investicijų grąžą.
