光伏系统

组成

　　光伏系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器等设备组成。其各部分设备的作用是：

　　(1)太阳能电池方阵：在有光照情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生"光生电压"，这就是"光生伏打效应"。在光生伏打效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。

　　(2)蓄电池组：其作用是储存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。

　　(3)控制器：自动控制电力的选择，在市电、太阳能电、蓄电池电之间选择，对蓄电池充电。

　　(4)逆变器：是将直流电转换成交流电的设备。

工作原理

　　在光照条件好的情况下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。一部分供给电力系统使用，一部分通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将光能转换而来的电能储存起来。在光照条件达不到要求时，蓄电池组再通过逆变器提供电力系统所需的电力。

工作条件

　　在光伏电站使用环境中，光照条件好时(白天)，太阳能电池组件接收太阳光，输出电能，一部分直流和交流负载工作，另一部分供给蓄电池充电;光照条件不好时(夜晚或阴雨天)，太阳能电池组件无法工作，蓄电池组供电，供给直流或交流负载，蓄电池是处于循环状态，所以，在这种使用环境下，蓄电池的寿命为循环寿命。

　　应用于光伏系统中的蓄电池的工作条件和蓄电池应用在其它场合的工作条件不同。其主要区别可以概括为以下几点:

　　(1)充电率非常小, 由于成本，位置空间等问题，太阳电池投入数量会受到很大的限制，为了保证电力系统的正常使用，往往提供给蓄电池的充电电力变得十分有限，平均充电电流一般为0.05C10～0.1C10,很少达到0.1C10A。

　　(2)放电率非常小,太能系统设计时需要考虑到负载容量，最长后备时间，配置的蓄电池容量较大，而实际使用过程中负载相对设计负载小得多，蓄电池放电率通常为C20～C240,或者更小。

　　(3)由于受到自然资源的限制,蓄电池只有在有日照时才能充电:即充电时间受到限制。

　　(4)不能按给定的充电规律对蓄电池进行充电。

分布式功率点跟踪系统可提高效率

　　按照目前的光伏系统价格计算，用户通常在 7-8 年后才能获得投资回报。政府激励政策和光伏系统的使用寿命必须能持续20 年或更久。太阳能光伏系统的投资回报取决于该系统每年的发电量，因此用户需要的光伏系统必须具备高效、可靠和易于维护等特性，从而可以获得限度的发电量。

　　如今，很多安装太阳能光伏系统的用户已经意识到部分或间歇性的遮蔽会影响到系统的发电量。

　　部分阴影遮蔽对太阳能光伏系统的影响：

　　当树木、烟囱或其他物体投射的阴影遮挡住光伏系统时，就会导致系统造成“失配”问题。即使光伏系统只受到一点点阴影的遮挡都会导致发电量的大幅下跌。部分遮蔽导致的系统失配对发电量的实际影响很难通过简单的计算公式获得。因为影响系统发电量的因素很多，包括内部电池模块间互连、模块定向、光伏电池组间的串并联问题以及逆变器的配置等。光伏模块通过多个电池串相互连接而成，每个电池串被称为一个“组列”。每个组列由一个旁路二极管来保护，以免一个或多个电池被遮蔽或损坏时导致整个电池串因为过热而受到损坏。这些串联或并联的电池组列能够使电池板产生相对较高的电压或电流。

　　光伏阵列由串联在一起的光伏模块通过并联构成。每串光伏模块的的电压必须低于逆变器的输入电压额定值。

　　当光伏系统部分被遮蔽时，未被遮蔽的电池中的电流流经被遮蔽部分的旁路二极管。

　　当光伏阵列受到遮蔽而出现上述情况时，会产生一条具有多个峰值的 V-P 电气曲线。图 1 显示了具有集中式功率点跟踪系统( MPPT) 功能的标准并网配置，其中一个组列的两个电池板被遮蔽。集中式 MPPT无法设置直流电压，因此无法令两个组列的输出功率都达到。在高直流电压点 (M1)，MPPT 使未遮蔽组列的输出功率达到。在低直流电压点 (M2)，MPPT 将使遮蔽组列的输出功率达到：旁路二极管绕过遮蔽电池板，此组列的未遮蔽电池板将提供全量电流。阵列的多个 MPP 可能导致集中功率点跟踪（MPPT）配置的额外损失，因为功率点跟踪器可能得到错误信息停止在局部点处，并稳定在具有V-P特征的次优点。

　　图 1：具有集中 MPPT 功能的标准并网配置，其中一个组列的两个电池板被遮蔽。

　　不同的案例研究和现场测试证明，部分遮蔽对光伏系统的发电量具有严重的影响。通过使用分布式 MPPT 控制可以减轻遮蔽对系统的不利影响。

　　利用分布式 MPPT 限度降低系统失配问题：

　　为了使阵列中每一个太阳能光伏电池板的电力输出都达到值，美国国家半导体开发了 SolarMagic?技术。通过该技术，即使阵列中其他电池板出现失配问题时，每块电池板仍然能输出的电力。SolarMagic 技术运用算法和先进的混合信号技术能够监控并优化每块太阳能光伏电池板的产能，因而能够补偿高达50[%]的因失配问题而产生的发电量损失。SolarMagic 电源优化器可快速、轻松地安装在传统太阳能光伏系统中。

　　图 2 显示了采用 SolarMagic?技术的典型光伏系统：

　　该系统拥有由n个模块并联形成的两个组列，为便于演示，图中每个组列仅显示3个光伏模块，但组列通常由 5 到 12 个模块并联构成以获得 500-800V 的组列电压。

　　组列 A 的所有模块没有照射失调问题，每个模块都具有相同的特征，且照射均匀。

　　组列 B 的所有模块由于遮蔽、定向倾斜或*了更多的灰尘而具有不同的特征或照射失调。每个模块的输出在 SolarMagic?优化器（SMO）模块的输入点相连。每个 SMO 的输出采用与组列 A模块相同的串联方式。

　　图 2：采用 SolarMagic 功率优化器的光伏系统的简化光伏接线图。

　　SolarMagic?优化器模块具有高效集成的电源电路，采用限度提高各光伏模块输出功率的功率点算法。因此，整个组列具有相同的输出电流，极大减少了热斑问题和采用内部旁路模式。每个 SMO 模块将调节其输出电压以符合整体的总线电压。

　　结果是整个光伏系统将呈现具有单一功率点的 I-V 曲线，简化中央逆变器的操作，并尽可能降低失配带来的发电量损失。

　　下表汇总了太阳能光伏系统受到部分遮蔽后的现场测试结果，一列显示了 SolarMagic技术对损失能量的补充百分比。