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SolarMagic芯片组为太阳能发电系统实现智能化

2010-09-06 17:13
龙凰
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  长期以来,老化、失配及阴影等问题一直困扰着生产太阳能发电设备的公司,并严重阻碍了太阳能应用的普及。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等。

  一篇由Chaintreuil、Barruel、Le Pivert、Buttin和Merten共同撰写的名为《阴影对连接电网的光伏系统的影响》的论文显示,“依据目前太阳能电池阵列的连接方式,当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%。另据《光子国际》报告,如果斜屋顶天窗遮挡20%的电池板阵列,就可能使光伏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。

  “利用灵活的电源管理技术提高太阳能系统的发电效率,并确保单位发电成本降至最低,这就是我们开发SolarMagic技术的初衷所在。”美国国家半导体公司(NSC)亚太区核心市场业务发展总监张耀强先生表示。

  自2009年5月推出SolarMagic电源优化器(SMO)以来,共有600套总发电量达100 MWp的太阳能系统利用该产品进行监控及管理系统的操作。日前,该公司又推出了一款内含据称效率最高可达99.5%的350W三模式电源转换器的芯片组SM3320,且已取得UL及CE有关元件方面的认证,并开始批量供货。

  目前搭建光伏系统的常用方式,是将多组串联的电池板并联,并向连接电网的逆变器输入。“但在SolarMagic技术中,NSC创造性的采用了分布式最大功率点跟踪系统(MPPT),从而能够独立地增强并提高电池板的性能。”张耀强进一步解释说,“在辐射、温度以及其它电池参数统一的情况下,除了转换效率差异之外,分布式和集中式这两种最大功率点跟踪系统在性能方面并没有差异。然而,在存在局部阴影的情况下,电池板不匹配将成为最大的问题。”

  来自NSC SolarMagic的相关技术文章显示,在具有集中MPPT功能的标准并网配置情况下,如果其中一个组列的两个电池板被遮蔽,集中式MPPT将无法设置直流电压,因此无法令两个组列的输出功率都达到最大(图1)。在高直流电压点(M1),MPPT使未遮蔽组列的输出功率达到最大;在低直流电压点(M2),MPPT将使遮蔽组列的输出功率达到最大: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。阵列的多个最大功率点可能导致集中式MPPT配置的额外损失,因为最大功率点跟踪器可能得到错误信息停止在局部最大点处,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。

  而在采用SMO技术和分布式MPPT技术的光伏系统电池板阵列中,每个电池板连接了一个电源优化器装置。电源优化器进行双重跟踪:一方面,它们跟踪最佳的局部MPP;另一方面,它们将输入电压/电流转换为不同的输出电压/电流,以最大限度提高系统中的能源传输。除了提升直流/直流转换器的性能外,电源优化器还有能力处理功率变化,从而使安装人员能够设计串列长度和形状不同的系统,或者采用不同的模块安装方向,使阵列应用更为灵活。

  

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

  图2显示了采用SolarMagic技术的典型光伏系统:该组列通常由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、定向倾斜或集聚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。

  通过集成最大功率点算法和混合信号技术,SolarMagic优化器模块使得整个组列具有相同的输出电流,从而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最大功率点的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。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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