为何光伏组件串联数量不能太低?

组件串联后,只要开压低于逆变器的最大接入电压,工作电压在逆变器的MPPT电压范围之内,这就够了吗?

注意!最有方案已定是满足上述两条件后,以尽可能最大的数量进行串联。

一、光伏组串设计的一般原则

光伏项目中,光伏组件的串联数量如何选择?

一般情况下,我们参考《光伏发电站设计规范(GB 50797-2012)》中的规定,要同时满足两个条件:

条件1:光伏组件串联后的最大开路电压低于逆变器的最大接入电压

为何光伏组件串联数量不能太低?
如果光伏组件串联后的最大开路电压超过逆变器的最大接入电压,则逆变器会烧毁。

条件2:光伏组件串联后的MPPT电压在逆变器的MPPT电压范围之内。

为何光伏组件串联数量不能太低?
如果光伏组件串联后的MPPT电压在逆变器的MPPT电压范围之外,则影响项目的发电量。

那是不是同时满足上述两个条件,就是最优方案了呢?

不是!

二、某户用项目设计案例

某户用项目,由于户用场地原因,选择了12片300Wp光伏组件、3.6kW逆变器,参数如下图所示。

1)光伏组件参数

为何光伏组件串联数量不能太低?
从上表可以看出,组件的关键参数如下:

Voc=39.85V Vmpp=32.26V

Imp=9.30A Isc=9.75A

Voc温度系数:-0.3%/ ℃

2)逆变器参数

为何光伏组件串联数量不能太低?
从上表可以看出,逆变器的关键参数如下:

最大直流输入电压600V

MPPT电压范围80~500V

3)当地的环境参数

极端高温35.4℃

极端低温-19.8℃

通过环境参数计算获得

最大开路电压:

39.85V*[1+((-19.8)-25)*(-0.3%)]=45.21V

根据条件1公式:

600 ÷ 45.21=13.3

因此,最多串联13个光伏组件。

根据条件2公式:

最大MPPT电压:

32.26V*[1+((-19.8)-25)*(-0.3%)]=36.6V

最小MPPT电压:

32.26V*[1+(35.4-25)*(-0.3%)]=31.25V

通过MPPT电压范围80~500V计算获得

串联个数是3~13个

综合条件1、条件2,光伏组件串联的数量为3~13个。

本项目的12片光伏组件,安装上最初采用了2✖️6的串联方案,即6个组件串成一个支路,分2个支路进入逆变器。

采用该方案,逆变器的后台监控数据如下表所示。

为何光伏组件串联数量不能太低?
从上表可以发现两个问题:

1)两个支路之间,存在匹配损失。

2)逆变器的直流电压始终在200V以内。

上述方案满足两个条件:1)开压低于600V 最大接入电压,2)工作电压在80~500V的MPPT电压范围之内,但该接线方案会影响逆变器工作效率。

三、Boost工作影响效率

逆变器的内部构造如下图。

为何光伏组件串联数量不能太低?
上图中,你逆变器的直流母线电压一般要达到输出交流电压的1.414倍及以上。如果低于此值,则Boost升压电路工作。

以单相220V为例,直流母线电压要达到311V。

当采用6个组件串联的方案,逆变器的电压始终保持在311V以内,因此Boost需要工作,同时会发热,影响转换效率。

然而,Boost电路本身虽然有效率损失,但能够大大提升并网光伏逆变器在实际应用中的适应性。

如果将上述光伏组件串联方案修改为12个光伏组件串联成一路,则逆变器的监控参数如下表所示。

为何光伏组件串联数量不能太低?
从上表可以看出,12个组件串联成一路,逆变器的电压始终保持在311V以上,Boost不需要工作,减少效率损失。

1)计算组件“最小MPPT电压”时,组件温度不是环境最高温35.4℃,而一般是比环境温度高20-25摄氏度,可取60℃。

2)很多逆变器企业标的MPPT电压范围,有的写到80-500V,那是偷换概念,因为80V时根本不能满载工作。应当按满载MPPT电压范围来计算组串数量下限

3)计算每路MPPT可并联串数还要看其额定输入电流,并除以组件的Impp得出最大串数

4)两路或多路MPPT的逆变器,每个MPPT还有限制功率的,需要在此范围内连接输入组件数量。

四、结论

通过上述分析可以发现:

与12串的方案相比,6串的方案虽然能保证逆变器正常工作,但会在一定程度上影响系统效率,从而减少发电量。

在大型项目中,一个支路的光伏组件越多,并联支路数量越少,可以减少汇流箱的用量、组件~汇流箱电缆的用量。

因此,在光伏项目设计中,光伏组件串联后,只要同时满足两个条件:开压低于逆变器的最大接入电压,工作电压在逆变器的MPPT电压范围之内,

光伏组件应该以尽可能最大的数量进行串联。

FR: 智汇光伏

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