北京科诺伟业科技股份有限公司、北京鉴衡认证中心的研究人员王哲、刘莉敏等,在2015年第2期《电气技术》杂志上撰文,探索一种串联式中高压光伏方阵及系统实现方法,目的是解决组件串联数量受光伏组件的耐压≤1000V所限的问题。为提高发电功率,目前采用若干台的汇流设备将大量的光伏组串进行并联的方法,具有电缆应用数量多、传输电流大、配套设备多及损耗严重等缺点。
本方案提出一种光伏发电系统串联式中高压方阵解决方案,利用光伏组串高压隔离功率调节模块具有的最大功率点跟踪MPPT、DC/DC、安全监控、高压隔离(隔离电压>Uxmax)等特点,将若干光伏组串进行高压隔离,再通过组串之间再串联实现串联式高压光伏方阵,该方案去除了汇流设备及升压变压器,可提高逆变、直流设备输入电压,减小传输电流,增大发电功率,降低传输损耗及设备故障率,同时满足不同功率光伏组串功率的再串联,实现光伏直流高压传输的目的。
太阳能光伏电站在国家的政策激励下飞速发展,装机容量已达到20GW。光伏发电站的容量取决于光伏电池板的数量,光伏组件通过光伏组串/阵列组成光伏发电系统的模块单元,典型应用串联数量最多20~22块,这取决于组件承受的耐压,目前国内、外组件串联后的组串电压≤1000V。
为提高发电功量,目前国内、外都采两种方式:
一是用大量光伏组串/阵列经直流汇流设备并联增大电流提高功率输出,在经逆变器逆变交流输出,此方法也被称为集中式详见图1。该方式要求组串性能参数相近,但无法实现组串独立MPPT最大功率点自动跟踪,造成部分功率损失。对电站建设条件复杂、面积有限的光伏发电站,如屋顶、荒山坡岭等,为满足各组串电压相等,组串设计时必须考虑取舍,造成资源浪费。
二是采用一种组串型逆变器,将2~3组组串直接输入组串型逆变器中,实现每组组串的独立MPPT最大功率点跟踪,再并联由组串式逆变器逆变交流输出,此类型功率较小(<30kW),为增加功率需由多台组串型逆变器经交流汇流设备并联输出详见图2。两种类型其实质都是组串之间的并联,存在大电流传输线路及汇流设备损耗大,电缆数量、故障多等诸多问题。同时两种逆变设备均为电流型器件,也存在损耗大的问题。