对于一个光伏发电系统，我【wǒ】们都希【xī】望它【tā】能【néng】够始终保持【chí】在最大【dà】功率点工作，这样我们的投资收益才能够实【shí】现最大化。但是一个光伏系【xì】统的工作是十【shí】分【fèn】复杂的，往往不能够达到我【wǒ】们理想【xiǎng】中的状【zhuàng】态。
9-21-27日，在【zài】由北极星【xīng】太【tài】阳【yáng】能光伏【fú】网主办的“2017第【dì】三届【jiè】电站质【zhì】量高峰论坛”上【shàng】，来自固德威太阳能学院的院长王五雷【léi】给大家【jiā】分享【xiǎng】了“光伏系统在非最大功率点工作”的【de】几种情况。他表示，在【zài】光伏电站的实际运行过程中，电网调【diào】度要求、功率因【yīn】数限【xiàn】制、功【gōng】率限制、电压【yā】超限【xiàn】等【děng】诸多因素，都会导【dǎo】致光伏系统无【wú】法在最大功率点工作。
明确最大功率点定义
由光伏组件的【de】I-U曲线【xiàn】可以看出光伏组件的输出曲线是非【fēi】线性的，在【zài】同样【yàng】的光【guāng】照条件下不同的工作电压具【jù】有不同的输【shū】出电流，这样当光伏组件工【gōng】作【zuò】在某一个特点的电【diàn】压【yā】Ump时【shí】，它【tā】与【yǔ】光【guāng】伏组件输出【chū】的电流Imp的乘积【jī】即功率P达到最大值，这个工作【zuò】点就是最大【dà】功率点。
电压-功率曲线图
电压-电流曲线图
如上电压-功【gōng】率【lǜ】曲线图所示，曲线【xiàn】的最高点，就【jiù】是我们始终希望光伏系统【tǒng】的【de】工作点，而逆变器寻找【zhǎo】这个最高点的过程就【jiù】是我们【men】熟知的MPPT(最大功率点【diǎn】跟踪)。只【zhī】有【yǒu】当逆变器追踪到了这个点，并将它转换【huàn】出来【lái】，才能得到我们想要的最大功率【lǜ】。
对于光伏系统而言，高【gāo】效运行，往【wǎng】往还有其他几个前提，即安全（包括人身安全和电网安全），稳定【dìng】（无故障运行【háng】），连续（无非故【gù】障停机【jī】）。没【méi】有这三【sān】个前提，单【dān】纯【chún】追求高效的转换，是【shì】不科【kē】学也是不现实的。
光伏发【fā】电系统【tǒng】在”非最大功【gōng】率点工作状【zhuàng】态“的情况，主要有以下7种：
1、防逆流
目前，还【hái】有很多地方【fāng】，由【yóu】于不同的原因，导致光伏发电只能自发自用，余电不允许【xǔ】送入【rù】电网。此时，电网公司要【yào】求光【guāng】伏【fú】并网光伏系统安装【zhuāng】“防逆流【liú】”装置。
固德威单相机防逆流示意图
通过CT实【shí】时监测用电【diàn】情【qíng】况，反馈给逆变器，一旦光伏发电不能全部被负【fù】载消耗掉，逆变器为了保【bǎo】证【zhèng】“不给电网送电”，需要限制自身【shēn】的【de】功【gōng】率【lǜ】输出。这种状【zhuàng】态，是非常典型【xíng】的一种“非最大功率工作状【zhuàng】态”。
2、过压降载(交流侧)
光伏发电系统并入电【diàn】网之后，会抬【tái】升电网电【diàn】压【yā】，若该地区电【diàn】网消纳能【néng】力【lì】有限，或【huò】线路损失太大，就要面【miàn】临过压降载的问题。根据【jù】NBT-32004的光伏逆变器国家标准，当电【diàn】网【wǎng】电压在正常范围(187V~242V)时【shí】，逆变器方可【kě】正常并网运行【háng】。
但当电网电压高【gāo】于设定的限【xiàn】值【zhí】时【shí】(设【shè】定限【xiàn】值要考虑安全【quán】规范，也要【yào】结合【hé】负【fù】载、相关保护器件的耐压值)，为了保证光伏系统继续发电，而不是直接脱网，需通过【guò】限制逆变器的输【shū】出功率来达到目的，在这种状态【tài】下，逆变器实【shí】时跟踪组【zǔ】件的功率曲线【xiàn】，并【bìng】选取“能够保【bǎo】证电压不【bú】超限”的功【gōng】率点【diǎn】来输出，进而系统将工作在“非最【zuì】大功率点”的【de】状态。
这种情况是大家所不想看到的，也有一【yī】些【xiē】解决【jué】方案。但是这【zhè】种状态实际上对收益仍【réng】旧【jiù】是有保障【zhàng】的。
3、直流超配限载
“超配比【bǐ】”已经【jīng】是为光伏人【rén】广【guǎng】泛接【jiē】受【shòu】的概，这个【gè】概念指的是组件对比逆变器的额定功率比。实际光伏系【xì】统设【shè】计“超配”可以提【tí】高我们的投资收益。当然【rán】，不【bú】同光照地区，如一类、二【èr】类、三【sān】类地区【qū】，建议的超配【pèi】比也不同。
如果超配过大，则会出现下图的情况：
直流侧限载监控图
因此【cǐ】，结合不同地区的【de】光照【zhào】情况【kuàng】，合理设计“超配比”，可【kě】以避【bì】免光伏系统的“非最大功率工【gōng】作状态【tài】”。
4、阴影遮挡
阴影遮挡对PR具有很大影响。如图【tú】中所示，绿色曲线是无【wú】遮挡、光照正【zhèng】常的情【qíng】况下，组件的【de】功率特性曲线。红【hóng】色曲【qǔ】线是【shì】在【zài】阴影遮挡【dǎng】的时【shí】候，组件的功【gōng】率特性【xìng】曲线会出现多波峰的情【qíng】况。
不同时间段MPPT追踪示意图
当逆【nì】变器遇到这种情况（阴影遮挡）时，如果【guǒ】逆【nì】变器没有合适的“阴影扫描算【suàn】法【fǎ】”，使【shǐ】用【yòng】常规的算法会难以找到最大功【gōng】率【lǜ】点。同【tóng】时，由于具有多个波峰，波【bō】峰【fēng】高度【dù】不同，逆变器可能追到到最低的【de】那个【gè】点，系统损失相对更大。另外【wài】，尽管一些逆变器能够在电【diàn】压范【fàn】围【wéi】内全局【jú】扫描追踪最大【dà】功率点，保证【zhèng】光【guāng】伏系统【tǒng】的输出。实际上最好的方案还是没有阴影遮挡。
5、政策限载或电网调度
政策限载或接受电网的调度，也【yě】是光【guāng】伏系统【tǒng】工作在非最【zuì】大功率状态的重要原因。以德国政府为例，2013年在VDE-AR-N4105规【guī】范中提出【chū】，要【yào】求所有的逆变器【qì】必【bì】须兼容电网给的通讯的指令，要求光伏电站按照装【zhuāng】机容量的70%发电运【yùn】行或【huò】者接【jiē】受电网调度。并且在新【xīn】的德国【guó】安规【guī】中可能【néng】会作【zuò】为强【qiáng】制【zhì】要求项，在电网发出该指令时，逆变器【qì】会【huì】出现不工作最【zuì】大功【gōng】率【lǜ】点的【de】情况。
同【tóng】时【shí】随着能源互联【lián】网、微电网等局【jú】域性【xìng】独立电【diàn】网概念的提出【chū】，为确保整个系统的稳定【dìng】运行，光伏【fú】系统【tǒng】也可能频繁出现不【bú】工作在最大功率点【diǎn】的情况。
6、无功补偿
在工商【shāng】业分布式应用领域，会有一部分【fèn】项目【mù】前期【qī】设计时，没有充【chōng】分考虑并网点问题以及厂区现有【yǒu】的无功补【bǔ】偿条件。尽【jìn】管逆变器能够承担一定的无【wú】功【gōng】补偿功能【néng】，但这会导致有【yǒu】功【gōng】输出降【jiàng】低。
7、储能场景
未来，光【guāng】伏发电【diàn】系统或【huò】许会和【hé】储能有【yǒu】更多【duō】的【de】结合【hé】。当白【bái】天日光【guāng】充沛【pèi】时，将光伏系统所发的电，存储于【yú】蓄电池，晚上用电高峰期【qī】便可以使用。但是蓄电池的【de】充放电会有一【yī】些损耗【hào】。逆变器【qì】此时需【xū】要担负检测负载用电需求的重任。
光伏系统【tǒng】是极其复杂和多样的。表【biǎo】面上看【kàn】，电网调【diào】度【dù】要求、功率因数限制、功率限【xiàn】制、电压超【chāo】限【xiàn】等限制【zhì】因素会影响【xiǎng】投资收益。事实【shí】上，却是为了保证【zhèng】电【diàn】网稳【wěn】定、或满足【zú】负载需求、甚至是偶尔需要通【tōng】过限功率保证【zhèng】系统正常工【gōng】作的【de】必要手段。
