揭秘：多MPPT对大型荒漠电站发电量影响

 在光伏发电系统设计中，MPPT（Maximum Power Point Tracking）数量——即最大功率点跟踪数量，是关键设计要素。当前业内在探讨集中型方案和组串型方案的优劣，“MPPT数量增长是否能给电站所带来的边际收益”是重要评判维度之一。

笔者从组件失配的产生、多MPPT方案可以解决哪些组件失配、多MPPT的组串型方案和少MPPT的集中型方案的发电量对比，几个方面与大家一起用数据来剖析其中奥秘。

在光伏系统中，将光能转化为电能的是光伏组件，而客观存在的组件失配，一定程度上降低了光伏系统的发电量。采用多MPPT方案，可以一定程度上降低组件失配影响。

一、组件失配是什么

每块组件都有自己的P-V特性曲线，该曲线会随着光照强度、环境温度的变化而变化。

不同厂家、不同型号、以及不同生产批次的光伏组件，P-V特性曲线并不完全一致；在不同光照、不同温度以及不同衰减下，各组件的特性曲线也会不一致。简单来说，一个阵列内同一时间不同组件的P-V特性曲线不一致，就是组件失配。由失配的组件进行串联或并联，形成新的组合功率曲线，如图二所示。新组合曲线的最大功率输出，将小于组合前各功率曲线最大功率输出之和，这就是组件失配导致的功率损失。

二、光伏系统中失配产生的原因

光伏阵列一般采用同一厂商同一批次型号，选择同倾斜角度进行光伏阵列设计建设，由于各组件P-V特性曲线一致，基本可以认为电站运营初期没有失配情况发生。经过一段时间的运行，光伏组件将出现不同程度的失配情况，讨论较多的有以下三种情况。

组件正常衰减的离散性

通常来说，光伏组件在第一年的衰减约为2%，以后每年衰减约为0.7%，国标规定25年的生命周期内衰减不超过20%。仅仅是组件衰减并不会导致失配，导致失配的是各块组件的衰减的离散性，即衰减程度的不一致性，离散性越大，失配程度越高。例如，在某个组串运行5年后，大部分组件衰减了5%，仅有1块组件衰减了7%，那么失配就仅在该7%衰减组件与其他组件串联时产生，其他同步衰减5%的组件之间没有失配。

在同一阵列内一般采用同一批次的光伏组件，衰减离散性相对较小，影响比较小。其中一种衰减是由PID（Potential Induced Degradation）引发的，使用有抗PID功能的逆变器，可以一定程度恢复组件的衰减，进一步降低组件衰减的离散性。

组件非正常损坏

少数情况下，由于异物粘着组件表面导致局部温升，形成热斑进而导致组件的非正常损毁。损毁的组件可能会导致整个串联组件断路，也可能会通过旁路二极管保持串联后的组串继续工作。

由于非正常破损是直接减少串联组件或电池片，并非改变组件P-V特性曲线，工作中的各组件特性仍旧一致。旁路二极管作为负载带来一定损失，串联会产生小幅度失配。

光照强度不均匀

由于组件表面的灰尘积累、阴影遮挡等原因，各组件接受的光照强度不一致，导致同一时间下各组件的P-V特性曲线出现差异，形成失配。光照强度被遮挡的程度不同，所形成的失配的程度也不同。

值得注意的是，灰尘积累虽然对光照影响较大，但由于分布均匀，对组件的失配影响反而较小；以云为主的光照遮挡阴影，影响覆盖范围有很强的随机性，且光照强度差异可能较大，是光伏阵列内组件失配的主要原因。

三、多MPPT方案可以解决哪些失配

MPPT是光伏系统核心设备光伏逆变器的主要功能之一，通过不断调整逆变器自身的等效电阻值，影响所跟踪的组件的电压电流值，寻找并保持系统工作在P-V特性曲线的最高功率点。MPPT对发电量的影响来自两个方面：MPPT对复杂曲线的动态静态精确跟踪能力，这取决于逆变器厂商对跟踪算法的积累和专利；对光伏阵列进行解耦的多MPPT方案设计，这是针对组件失配的发电功率提升方案。

光伏阵列是由21（或者22）块组件串联形成组串，再由多个组串并联组成，P-V特性曲线也是先串联再并联生成阵列的特性曲线。多MPPT方案解决组件失配，就是通过阵列解耦让更多的MPPT来分别跟踪，单个MPPT跟踪的组件越少，组件失配损失越低。

对阵列的解耦首先从解耦组串并联开始。以组串为最小单位进行解耦，可以解决组串并联失配损失，解耦越细，并联失配损失越低。这也是集中型和组串型方案的主要区别。

当对组串并联解耦进行到极限，即每一组串由一个MPPT单独进行跟踪时，可以完全解决并联失配。进一步解决组件失配就需要从串联失配着手，以组件为最小单位进行解耦，解耦越细，串联失配损失越低。只有微型逆变器方案可以实现解决串联失配。

四、多种光照遮挡情况下组串型和集中型对比

微型逆变器成本很高，虽然微逆方案可以完全解决失配功率损失问题，但其经济性很差。在此，发电量提升比较将以组串型方案对比集中型方案为主。通过模拟仿真，对同一光伏阵列下接入MPPT数量、光照遮挡或组件衰减程度、失配组件分布情况等多个变量分别组合，推演多MPPT配置方案所能给光伏阵列带来的发电量提升。

在101个组串、每个组串21块组件、每个组件235W功率组成光伏阵列中，设定采用30KW/MPPT的组串型接入方案（即共17个MPPT接入），与500KW/MPPT的集中型方案（即1个MPPT接入）进行比较。选择变量包括：

1）正常光照强度：理论最强光照1000w/m2和最常见强度光照700w/m2分别作为参照基准；

2）遮挡后的光照强度：在每种参照基准下均匀选择四种遮挡后的光照强度；

3）遮挡影响组件范围：发生如下五种大面积光照遮挡的情况，横坐标代表组件数，纵坐标代表组串数，灰色区域代表遮挡覆盖区域。

通过该情景设计下的结果比较分析，在遮挡光照强度为正常光照强度一半时，组串型较集中型方案提升发电量比例最高；在所有组串均被均匀遮挡时，组串型和集中型方案发电量一样。

将方案调整为每3个组串接入一个MPPT的主流组串型方案，进一步进行多种情景模拟发现：在遮挡正好整体均匀影响一半组串的每一块组件，且光照强度为正常强度一半时，组串型较集中型的发电量提升比例达到最高极值，0.406%。

五、衰减组件随机分布情况下组串型和集中型对比

同样选取以上光伏阵列进行仿真模拟。101个组串、每个组串21块组件、每个组件235W功率组成光伏阵列；假定在所有组件中，有25%的组件有10%的衰减，其他组件均无衰减，以此极端的组件衰减离散性推算组串型较集中型发电量提升比例。如图所示，衰减组件在阵列中完全随机分布。

仍然以每3个组串接入一个MPPT的主流组串型方案，比较所有组串接入一个MPPT的集中型方案。根据仿真计算，该组串型方案较集中型方案的发电量提升比例为0.01%。

六、实测数据对比验证

对模拟仿真计算进行实测检验，进一步验证仿真结果。

选用阳光电源组串型逆变器SG30KTL和集中型逆变器SG500MX作为测试机型，这两款机型均为市场主流的成熟机型，市场保有量均超过10000台，产品稳定性和技术优越性方面均为市场所推崇。

通过选择2-3种光照遮挡情景和遮挡光照强度进行实地检测比较，测试结果与仿真数据基本吻合。

小结：在大型荒漠电站中，组件失配的主要原因是云层阴影形成的局部光照遮挡。

光照遮挡影响下，组串型较集中型发电量最多可以提升0.406%；组件衰减失配影响下，组串型较集中型发电量最多可以提升0.01%。当前组串型逆变器市场价格较集中型高70-85%。

在地势平坦的大型荒漠光伏电站中，综合发电量和投资成本，集中型方案较组串型方案有显着优势。