[发明专利]一项应用在光伏发电系统中的组件级功率优化技术

说明书

技术领域

本发明是一项应用在光伏发电系统中的组件级功率优化技术。

背景技术

传统光伏系统，由于每块太阳能电池板的状态都不同，如制造公差、阴影遮挡、组件受污、以及组件老化等因素，导致每一块光伏电池板产生的功率不一致。而光伏阵列中，同一组串中所有电池板的电流必须相同，如果其中有一块电池板的电流因为遮挡等原因导致功率输出降低，则该电池板的电流会急剧下降，进而导致整个组串的功率输出减少。这种情况类似于水桶的“短板效应”，即组串中最差的太阳能电池板将决定整个光伏系统发电量的大小。

发明内容

本发明通过为电池板增加功率优化电路，使每一块光伏电池板工作在其最大功率点，同时根据阻抗匹配原理来调整其输出电压和电流，从而使得每一串光伏电池板即使在受到不利因素影响下(如制造公差、阴影遮挡、组件受污、以及组件老化等因素)，也都能够以最大功率输出，最大限度地避免组件不一致或受遮挡所产生的光伏发电短板效应，提升光伏系统的整体收益率。具体的说也就是为每块太阳能电池板集成了一个功率优化器，该功率优化器集成了最大功率点跟踪(MPPT)和DC-DC功能。功率优化器追踪相应太阳能电池板的最大功率点，确保能从该太阳能电池板提取最大的电能；并通过DC-DC电路进行电压提升或者电流提升，进行组串内的“阻抗匹配”。最终，该光伏组串中各个功率优化器输出电压虽然不一定相同(电流相同)，但是各自都能够以最大功率进行输出，从而使整个光伏系统的功率输出实现了最大化。

本发明解决其技术问题的核心技术是：

1)分布式MPPT

传统光伏系统假设每块太阳能电池板在同一时间都具备一致的I-V特性，因此，只是在逆变器中对整个系统进行集中式的最大功率点跟踪(MPPT)。实际应用中往往不能满足这样的假设，致使每块太阳能电池板都偏离其最大功率点。

本项目的设计思想是，化集中式MPPT为分布式MPPT。通过光伏组件功率优化电路，实现单点、分布式的最大功率点跟踪，使每块太阳能电池板工作在其最大功率点的同时，利用DC-DC电路来隔离同一组串中其他电池板的相互影响。

2)“阻抗匹配”法

同一组串中，各个功率优化器无需额外的通信电路，利用“阻抗匹配”原理，协调每个功率优化器的输出电压和电流，让每个功率优化器实现最大功率输出，从而使得整个组串向逆变器提供最大电能。

3)组件级别的监控

传统的光伏系统只能监测到组串级别的数据，无法对单个太阳能电池板进行监测和控制。

本项目在功率优化电路的基础上，通过增加可选的通信模块，就可以实现对每个太阳能电池板以及功率优化电路的监测。同时可以控制功率优化电路的输出，确保光伏系统安全可靠运行。