Abstrakts
Moduļu neatbilstība ir viens no galvenajiem tehniskajiem trūkumiem, kas ierobežo fotoelektriskās (PV) sistēmas elektroenerģijas ražošanas efektivitātes uzlabošanu. Tās būtība ir "spaiņa efekts", ko izraisa PV moduļu nekonsekventas izejas strāvas virknē. Saskaņā ar Starptautiskās Enerģētikas aģentūras (IEA) fotoelementu energosistēmu programmas (PVPS) statistiku, pasaulē vidējie elektroenerģijas ražošanas zudumi neatbilstības dēļ PV spēkstacijās svārstās no 5% līdz 15%, un var pat pārsniegt 20% iekārtās ar sarežģītu reljefu vai sliktu darbību un apkopi. Tostarp slīpuma leņķa atšķirība ir dominējošais neatbilstības cēlonis sarežģītos uzstādīšanas scenārijos, piemēram, kalnu apgabalos un jumtos, veidojot aptuveni 40–60% no kopējiem neatbilstības zudumiem.
1.PV moduļu nesakritības pamatprincipi un fiziskie mehānismi
1.1. PV moduļu elektriskie raksturlielumi
PV moduļa izejas raksturlielumus nosaka tā pašreizējā -sprieguma (I-V) līkne un jaudas -sprieguma (P-V) līkne. Standarta testa apstākļos (STC: izstarojums 1000 W/m², elementa temperatūra 25 grādi, AM1,5 spektrs) vienam modulim ir unikāls maksimālais jaudas punkts (MPP).
PV moduļa īssavienojuma strāva (Isc) ir aptuveni proporcionāla saules starojumam uz šūnas virsmas, kas ir galvenais fiziskais pamats pašreizējai neatbilstībai, ko izraisa slīpuma leņķa atšķirības. Formulu izsaka šādi:
Isc ≈ Isc_STC ×(G/GSTC)
Kur:
• Isc: faktiskā īsslēguma{0}}strāva (A)
• Isc_STC: īssavienojuma strāva standarta testa apstākļos (A)
• G: faktiskais krītošais izstarojums (W/m²)
• G_STC: standarta testa izstarojums (1000 W/m²)
Ja vairāki moduļi ir savienoti virknē, lai izveidotu virkni saskaņā ar Kirhhofa pašreizējo likumu,visiem virknes ķēdes moduļiem jādarbojas ar vienādu strāvu; savukārt virknes kopējais spriegums ir vienāds ar katra moduļa darba spriegumu summu. Šis raksturlielums nosaka, ka sērijas sistēmas ir ļoti jutīgas pret strāvas atšķirībām.
1.2. Neatbilstības fenomena galvenais mehānisms
"Mucas efekts" (pazīstams arī kā "vājākais posms" vai "pudeles kakla efekts") ir ideāla līdzība tam, kas notiek sērijveidā -savienotos PV moduļos. Iedomājieties virkni mucu, kas savienotas ķēdē, katrai no tām ir atšķirīga ietilpība. Ūdens daudzumu, kas var plūst cauri visai sistēmai, ierobežo muca ar mazāko ietilpību-neatkarīgi no tā, cik lielas ir citas.
PV virknē moduļi ir elektriski savienoti virknē, kas nozīmē, ka caur tiem visiem jāplūst vienai un tai pašai strāvai. Modulis, kas saņem vismazāko izstarojumu (neoptimālā leņķa dēļ), ģenerēs vismazāko strāvu. Tas liek visas virknes strāvai atbilst zemākajam veiktspējas līmenim, izraisot moduļus ar augstāku veiktspēju -darboties zem potenciāla. Jaudas zudumi var būt ievērojami, ievērojami pārsniedzot vienkāršu atsevišķu samazinājumu summu.
2. Galvenie PV moduļu nesakritības cēloņi
Moduļu neatbilstības cēloņi ir sarežģīti un dažādi, un tos var iedalīt divās kategorijās: iedzimta neatbilstība un iegūtā neatbilstība.
2.1. Iedzimta neatbilstība: rūpnīcas parametru atšķirības
Pat moduļiem, kas ražoti vienā partijā, ir nelielas atšķirības to elektriskās veiktspējas parametros tādu faktoru dēļ kā pusvadītāju materiāla tīrība un ražošanas procesa svārstības. Moduļu ražotāji parasti veic moduļu jaudas klasifikāciju (grupēšanu), taču moduļiem tajā pašā barošanas tvertnē joprojām var būt strāvas atšķirības ±2,5% robežās.
Šādu rūpnīcas parametru atšķirību radītais neatbilstības zudums parasti ir 2%-3%, kas ir pamata nesakritības zudums, no kura nevar pilnībā izvairīties visās PV sistēmās.
2.2. Iegūtā neatbilstība: darbības vide un ekspluatācijas un apkopes faktori
Tas ir galvenais iemesls, kāpēc faktiskais sistēmas neatbilstības zudums ir daudz lielāks par pamatvērtību, tostarp:
• Nekonsekventi slīpuma leņķi un azimuta leņķi(tiks padziļināti analizēts zemāk)
• Ēnojumu neatbilstība: fiksēts ēnojums no apkārtējām ēkām, kokiem, kalniem utt. un dinamisks ēnojums no mākoņiem, putniem utt.
• Netīrības un novecošanas neatbilstība: nevienmērīgs netīrums, piemēram, putekļi, sniegs, putnu izkārnījumi uz moduļa virsmas un novecošanas ātruma atšķirības pēc ilgstošas{0}}darbības
• Temperatūras neatbilstība: Nevienmērīga temperatūra, ko izraisa dažādi moduļu siltuma izkliedes apstākļi
3. Padziļināts mehānisms un kvantitatīvā analīze par neatbilstību, ko izraisa slīpuma leņķa atšķirības
Slīpuma leņķa neatbilstība attiecas uz nekonsekventiem uzstādīšanas slīpuma leņķiem (leņķis starp moduļa plakni un horizontālo plakni) dažādiem moduļiem vienā un tajā pašā virknē, kā rezultātā katrs modulis saņem atšķirīgu saules starojuma daudzumu un līdz ar to arī izejas strāvas atšķirības. Šis ir visizplatītākais un viegli nepamanāmais neatbilstības veids kalnu FE un sadalītās jumta PV sistēmās.
3.1 Galvenie iemesli, kāpēc uzstādīšanas leņķa atšķirības to pastiprina:
• Apstarošanas izmaiņas: modulis, kas noliekts citā leņķī, uztver mazāk tiešu saules staru, it īpaši pīķa stundās. Piemēram, uz slīpa jumta ar atšķirīgu slīpumu uz dienvidiem vērstiem moduļiem ar optimālu slīpumu var darboties labi, savukārt citiem, kas atrodas seklākos vai stāvākos leņķos, veiktspēja ir zemāka.
• Ikdienas un sezonas ietekme: Leņķi ietekmē ne tikai maksimālo jaudu, bet arī veiktspēju visas dienas garumā. Nevienmērīgi slīpumi rada neatbilstošas IV līknes (strāvas-sprieguma raksturlielumi), palielinot nesakritības zudumus.
• Salikšana ar citiem faktoriem: Leņķu atšķirības var pasliktināt ēnojuma efektus vai temperatūras gradientus, jo slikti leņķi moduļi var uzkarst atšķirīgi.
3.2. Kvantitatīvā korelācija starp slīpuma leņķa starpību un moduļa izejas strāvu
Mēs varam kvantitatīvi noteikt saistību starp slīpuma leņķa starpību un strāvas starpību, precīzi aprēķinot kopējo plaknes izstarojumu dažādos slīpuma leņķos. Ņemot30 grādu Z platuma reģions(Jangdzi upes baseins Ķīnā), piemēram, tālāk esošajā tabulā ir parādīta ikgadējā kopējā izstarojuma un īssavienojuma{0}}strāvas atšķirības dažādiem uzstādīšanas slīpuma leņķiem attiecībā pret optimālo slīpuma leņķi (aptuveni 30 grādi):
Uzstādīšanas slīpuma leņķis ( grāds ) | Ikgadējais kopējais izstarojums (kWh/m²) | Izstarojuma atšķirība attiecībā pret optimālo slīpuma leņķi (%) | Īssavienojuma-strāvas starpība (%) |
| 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 (Optimāls) | 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 |
Galvenie secinājumi:
1. 30 grādu N platuma apgabalā par katru 5 grādu novirzi no optimālā slīpuma leņķa gada izstarojums samazinās par aptuveni 2%-4%, kas atbilst īsslēguma strāvas samazinājumam par 2%–4%.
2. Kad slīpuma leņķa starpība sasniedz 20 grādus (piemēram, 30 grādi pret 10 grādiem), gada strāvas atšķirība var pārsniegt 12%.
3. Momentānās strāvas atšķirības ir daudz lielākas nekā gada vidējās atšķirības. Piemēram, vasaras saulgriežu pusdienlaikā saules augstuma leņķis ir aptuveni 83,5 grādi, un šajā laikā tiešais izstarojums, ko saņem modulis ar 10 grādu slīpuma leņķi, ir par aptuveni 15% lielāks nekā modulis ar 30 grādu slīpuma leņķi; savukārt ziemas saulgriežu pusdienlaikā saules augstuma leņķis ir aptuveni 36,5 grādi, un tiešais starojums, ko saņem modulis ar 10 grādu slīpuma leņķi, ir par aptuveni 25% mazāks nekā modulis ar 30 grādu slīpuma leņķi.
4. Moduļu neatbilstības galveno risinājumu salīdzinājums
Tiecoties uz moduļu nesakritības problēmu, nozarē ir izstrādāti dažādi risinājumi, kuru pamatideja irpārkāpt ierobežojumu, ka "sērijveida strāvām jābūt konsekventām"vaisamazināt strāvas atšķirības.
4.1 Īpaša dizaina optimizācija slīpuma leņķa neatbilstībai
Šis ir visvienkāršākais un viszemāko{0}}izmaksu risinājums, kā arī pasākums, kas vispirms ir jāizmanto visos projektos:
1. Stingri īstenojiet principu "tāds pats slīpuma leņķis, viena virkne".: Šis ir zelta likums, lai novērstu slīpuma leņķa neatbilstību. Moduļi ar vienādu slīpuma leņķi un azimuta leņķi ir jāsavieno virknē vienā virknē, un moduļus ar dažādiem slīpuma leņķiem/orientācijām nekad nedrīkst virknē savienot kopā.
2. Saprātīgi saīsiniet auklas garumu: apgabalos ar lielām slīpuma leņķu atšķirībām, attiecīgi saīsinot virknes garumu (no 22-24 moduļiem līdz 18-20 moduļiem), var samazināt neatbilstības trieciena diapazonu.
3. Optimizējiet invertora MPPT kanālu sadalījumu: savienojiet virknes no dažādām slīpuma leņķa zonām ar dažādiem MPPT kanāliem, lai katrs MPPT kanāls izsekotu tikai to virkņu maksimālo jaudas punktu, kurām ir vienāds slīpuma leņķis.
4.2 Stīgu invertors: Vairāki-MPPT pārveidotāji
Tradicionālajiem centrālajiem invertoriem parasti ir tikai 1-2 MPPT kanāli, savukārt mūsdienu stīgu invertori parasti ir aprīkoti ar vairākiem neatkarīgiem MPPT kanāliem (6-12 vai pat vairāk). Katrs MPPT kanāls var neatkarīgi izsekot dažādu virkņu maksimālajam jaudas punktam, tādējādi ierobežojot nesakritības ietekmi uz vienu MPPT kanālu.
Ietekme uz slīpuma leņķa neatbilstību: var efektīvi atrisināt neatbilstības problēmu starp dažādām slīpuma leņķa zonām, taču joprojām nevar atrisināt slīpuma leņķa atšķirības virknēs tajā pašā zonā.
43. modulis-līmeņa spēka elektronikas (MLPE) tehnoloģija
Šis šobrīd ir visefektīvākais tehniskais risinājums slīpuma leņķa neatbilstības risināšanai, galvenokārt ietverot jaudas optimizētājus un mikroinvertorus:
1. Jaudas optimizētājs
Jaudas optimizētāji ir uzstādīti katra moduļa aizmugurē, kas atbilst vienam-pret-vienam ar moduļiem. Tas var neatkarīgi regulēt katra moduļa darba spriegumu un strāvu, liekot katram modulim darboties ar savu maksimālo jaudas punktu un pēc tam izvadīt līdzstrāvu sērijas ķēdē.
Ietekme uz slīpuma leņķa neatbilstību: var pilnībā novērst strāvas neatbilstību, ko izraisa jebkura slīpuma leņķa atšķirība virknē, ļaujot katram modulim izvadīt maksimālo strāvu. Izmērītie dati liecina, ka kalnu spēkstacijās ar lielām slīpuma leņķu atšķirībām jaudas optimizētāju izmantošana var palielināt elektroenerģijas ražošanu par 15%-20%.
2. Mikroinvertors
Mikroinvertori ir tieši uzstādīti katra moduļa aizmugurē, pārveidojot moduļa līdzstrāvas izvadi tieši maiņstrāvā, kas pēc tam tiek savienota paralēli tīklam. Katrs modulis ir neatkarīgs enerģijas ražošanas bloks, kas ir pilnībā brīvs no sērijas strāvas ierobežojumiem.
Ietekme uz slīpuma leņķa neatbilstību: pilnībā atrisina visas slīpuma leņķa neatbilstības problēmas, un katrs modulis var darboties neatkarīgi neatkarīgi no slīpuma leņķa atšķirības.
Mūsu uzņēmums var nodrošināt visus iepriekš minētos risinājumus un kompleksās sistēmas. Ja jums tie ir nepieciešami, lūdzu, sazinieties ar mums!
7. Nākotnes attīstības tendences
Nepārtraukti attīstoties PV tehnoloģijai, arī moduļu neatbilstības problēmas risinājumi tiek pastāvīgi ieviesti jauninājumi un attīstība:
1. Augstākas efektivitātes MLPE tehnoloģija: Jaunās -paaudzes jaudas optimizētāju un mikroinvertoru konversijas efektivitāte ir pārsniegusi 99%, ar vēl vairāk samazinātu pašpatēriņu-un izmaksas, kas nepārtraukti samazinās.
2. Viedo moduļu tehnoloģija: jaudas optimizētāju vai mikroinvertoru integrēšana ar moduļiem, lai izveidotu viedos moduļus, vienkāršojot instalēšanas procesu un uzlabojot sistēmas uzticamību.
3. Digitālā dvīņu tehnoloģija: izmantojot digitālo dvīņu tehnoloģiju, lai izveidotu PV spēkstacijas virtuālo modeli, precīzi simulējot nesakritības zudumus dažādos darba apstākļos un realizējot agrīnu brīdināšanu un optimālu kontroli.
4. Jauna akumulatora tehnoloģija: piemēram, šindeļu moduļi,{0}}pusgriezti moduļi, sagriezti moduļi utt., samazina ēnojuma un neatbilstības ietekmi, izmantojot šūnu segmentāciju un optimizētas savienojuma metodes. Piemēram, uz pusi -sagriezti moduļi var samazināt ēnojuma radītos enerģijas zudumus par aptuveni 50%.
Moduļu neatbilstība ir neizbēgama parādība PV sistēmās,starp kuriem slīpuma leņķa atšķirība ir galvenais nesakritības cēlonis sarežģītos uzstādīšanas scenārijos, un rezultātā elektroenerģijas ražošanas zudumi var sasniegt vairāk nekā 15%. Slīpuma leņķu atšķirības tieši noved pie nekonsekventām moduļu izejas strāvām, ietekmējot moduļu saņemto saules starojuma daudzumu, un pēc tam ierobežo visas virknes enerģijas ražošanu, izmantojot virknes ķēdes "spaiņa efektu".
Dažāda veida PV spēkstacijām vispiemērotākais neatbilstības risinājums jāizvēlas atbilstoši tādiem faktoriem kā reljefa apstākļi, slīpuma leņķa atšķirības lielums un investīciju budžets. Uz zemes-montētas spēkstacijas var dot priekšroku vairāku-MPPT virkņu invertoriem; sarežģītos scenārijos, piemēram, kalnu apgabalos un jumtos ar lielām slīpuma leņķu atšķirībām, moduļu-līmeņa spēka elektronikas tehnoloģija nodrošinās ievērojamus enerģijas ražošanas uzlabojumus un ieguldījumu atdevi.
