Ágrip
Ósamræmi eininga er einn af helstu tæknilegum flöskuhálsum sem takmarkar endurbætur á raforkuframleiðslu (PV) kerfis skilvirkni. Kjarni þess er "fötuáhrifin" af völdum ósamkvæmra úttaksstrauma PV eininga í röð hringrás. Samkvæmt tölfræði frá Alþjóðaorkumálastofnuninni (IEA) Photovoltaic Power Systems Program (PVPS), er alþjóðlegt meðaltal raforkuframleiðslutap vegna misræmis í PV orkuverum á bilinu 5% til 15%, og getur jafnvel farið yfir 20% í plöntum með flókið landslag eða lélegan rekstur og viðhald. Meðal þeirra er munur á hallahorni helsta orsök ósamræmis í flóknum uppsetningaratburðarás eins og fjallasvæðum og húsþökum, sem er um það bil 40%-60% af heildarmisræmistapi.
1.Grundvallarreglur og eðlisfræðilegir þættir ósamræmis PV eininga
1.1 Rafmagnseinkenni PV eininga
Framleiðslueiginleikar PV-einingarinnar eru ákvörðuð af núverandi-spennu (I-V) feril og afl-spennu (P-V) feril. Undir stöðluðum prófunarskilyrðum (STC: geislun 1000W/m², frumuhiti 25 gráður, AM1.5 litróf), hefur ein eining einstakt hámarksaflpunkt (MPP).
Skammrásarstraumur (Isc) PV-einingarinnar er um það bil í réttu hlutfalli við sólargeislun á yfirborði frumunnar, sem er eðlisfræðilegur grunnur fyrir núverandi misræmi sem stafar af mismun á hallahorni. Formúlan er sett fram sem:
Isc ≈ Isc_STC ×(G/GSTC)
Hvar:
• Isc: Raunverulegur-skammrásarstraumur (A)
• Isc_STC: Skammrásarstraumur- við staðlaðar prófunarskilyrði (A)
• G: Raunveruleg atviksgeislun (W/m²)
• G_STC: Staðlað prófunargeislun (1000W/m²)
Þegar margar einingar eru tengdar í röð til að mynda streng, samkvæmt núverandi lögmáli Kirchhoffs,allar einingar í röð hringrásar verða að virka á sama straumi; á meðan heildarspenna strengsins er jöfn summu rekstrarspenna hverrar einingu. Þessi eiginleiki ákvarðar að raðkerfi eru afar viðkvæm fyrir núverandi mismun.
1.2 Kjarnakerfi misræmisfyrirbærisins
„Tunnuáhrifin“ (einnig þekkt sem „veikasti hlekkurinn“ eða „flöskuhálsáhrifin“) er fullkomin hliðstæða fyrir því sem gerist í raðtengdum-ljósmyndaraeiningum. Ímyndaðu þér röð af tunnum tengdum í keðju, hver með mismunandi getu. Magnið af vatni sem getur flætt í gegnum allt kerfið takmarkast af tunnu með minnstu afkastagetu-óháð því hversu stórar hinar eru.
Í PV streng eru einingar raftengdar í röð, sem þýðir að sami straumur verður að flæða í gegnum þær allar. Einingin sem fær minnsta útgeislun (vegna óákjósanlegs horns) myndar lægsta strauminn. Þetta þvingar allan strenginn til að passa við lægsta afkastamanninn, sem veldur því að -afkastameiri einingarnar virka undir möguleikum sínum. Rafmagnstap getur verið umtalsvert, langt umfram hina einföldu summa einstakra skerðinga.
2. Helstu orsakir ósamræmis PV eininga
The causes of module mismatch are complex and diverse, and can be divided into two categories: congenital mismatch and acquired mismatch.
2.1 Meðfædd misræmi: Mismunur á verksmiðjubreytum
Jafnvel einingar sem framleiddar eru í sömu lotu hafa smá mun á rafafköstum þeirra vegna þátta eins og hreinleika hálfleiðara efnis og sveiflur í framleiðsluferli. Einingaframleiðendur framkvæma venjulega aflflokkun (binning) á einingum, en einingar innan sömu rafhlöðu geta samt haft straummismun innan ±2,5%.
Misræmistapið sem stafar af slíkum færibreytum í verksmiðjunni er venjulega 2%-3%, sem er grundvallarmisræmistap sem ekki er hægt að forðast algjörlega í öllum PV kerfum.
2.2 Áunnið misræmi: Rekstrarumhverfi og rekstrar- og viðhaldsþættir
Þetta er aðalástæðan fyrir því að raunverulegt tap á kerfismisræmi er miklu stærra en grunngildið, sérstaklega þar á meðal:
• Ósamræmi hallahorn og azimut horn(verður greind ítarlega hér að neðan)
• Misræmi í skugga: Föst skygging frá nærliggjandi byggingum, trjám, fjöllum osfrv., og kraftmikil skygging frá skýjum, fuglum osfrv.
• Óhreinindi og öldrun ósamræmi: Ójöfn óhreinindi eins og ryk, snjór, fuglaskítur á yfirborði einingarinnar og munur á öldrun eftir langa-aðgerð
• Ósamræmi við hitastig: Ójafnt hitastig sem stafar af mismunandi hitaleiðniskilyrðum eininga
3. Í-dýpt vélbúnaður og magngreining á misræmi af völdum hallahornsmuna
Ósamræmi hallahorns vísar til ósamræmis uppsetningarhallahorna (hornið milli einingaplansins og lárétta plansins) mismunandi eininga í sömu röð streng, sem leiðir til mismunandi magns af sólargeislun sem hver eining tekur á móti og þar með mismun á útstreymi. Þetta er algengasta og auðvelt að gleymast tegund misræmis í fjöllum PV og dreifðum PV kerfum á þaki.
3.1 Helstu ástæður fyrir því að munur á uppsetningarhorni eykur þetta:
• Geislunarafbrigði: Eining sem hallar undir annað horn fangar minna beint sólarljós, sérstaklega á álagstímum. Til dæmis, á hallandi þaki með mismunandi halla, gætu suður-einingar með bestu halla reynst vel, á meðan aðrar í grynnri eða brattari hornum standa sig illa.
• Dagleg og árstíðabundin áhrif: Horn hafa ekki bara áhrif á hámarksafköst heldur frammistöðu yfir daginn. Ó-jöfn halla leiða til ósamræmdra IV ferla (straumeiginleika-spennu), sem eykur ósamræmistap.
• Samsetning með öðrum þáttum: Hornamunur getur versnað skuggaáhrif eða hitastigshalla, þar sem einingar með illa horn geta hitnað öðruvísi.
3.2 Magnbundin fylgni milli hallahornsmismuns og einingaúttaksstraums
Við getum mælt sambandið milli hallahornsmunar og straummismunar með því að reikna nákvæmlega út heildargeislun plansins við mismunandi hallahorn. Að taka30 gráðu N breiddarsvæði(Yangtze-áin í Kína) sem dæmi sýnir eftirfarandi tafla árlega heildargeislun og skammhlaupsstraumsmismun fyrir mismunandi hallahorn uppsetningar miðað við ákjósanlegasta hallahornið (u.þ.b. 30 gráður):
Uppsetning hallahorn (gráða) | Árleg heildargeislun (kWh/m²) | Geislunarmunur miðað við besta hallahorn (%) | Straummismunur- skammhlaups (%) |
| 10 | 1285 | -12.3 | -12.3 |
| 15 | 1352 | -7.7 | -7.7 |
| 20 | 1401 | -4.4 | -4.4 |
| 25 | 1432 | -2.3 | -2.3 |
| 30 (ákjósanlegur) | 1466 | 0 | 0 |
| 35 | 1451 | -1.0 | -1.0 |
| 40 | 1420 | -3.1 | -3.1 |
| 45 | 1373 | -6.3 | -6.3 |
| 50 | 1312 | -10.5 | -10.5 |
Helstu niðurstöður:
1. Á 30 gráðu N breiddarsvæðinu, fyrir hvert 5 gráðu frávik frá ákjósanlegu hallahorni, minnkar árleg útgeislun um það bil 2%-4%, sem samsvarar 2%-4% lækkun á skammhlaupsstraumi.
2. Þegar hallahornsmunurinn nær 20 gráðum (td 30 gráður á móti 10 gráðum) getur árlegur straummunur farið yfir 12%.
3. Straummunur er mun meiri en árlegur meðalmunur. Til dæmis, á hádegi á sumarsólstöðum, er sólarhæðarhornið um það bil 83,5 gráður, en þá er bein geislun sem eining með 10 gráðu hallahorni tekur við um 15% hærri en sú sem eining með 30 gráðu hallahorni fær; en á hádegi á vetrarsólstöðum er sólhæðarhornið um það bil 36,5 gráður og bein útgeislun sem eining með 10 gráðu hallahorni tekur við er um 25% lægri en sú sem eining með 30 gráðu hallahorni fær.
4. Samanburður á almennum lausnum fyrir ósamræmi eininga
Með það að markmiði að einingamisræmisvandamálið, hafa ýmsar lausnir verið þróaðar í greininni, þar sem kjarnahugmyndin er aðrjúfa takmörkunina um að "raðstraumar verða að vera í samræmi"eðalágmarka núverandi mun.
4.1 Sérstök hönnunarfínstilling fyrir misræmi í hallahorni
Þetta er einfaldasta og lægsta-kostnaðarlausnin og einnig ráðstöfunin sem öll verkefni ættu fyrst að nota:
1. Innleiða stranglega „sama hallahorn, sama streng“ meginregluna: Þetta er gullna reglan til að koma í veg fyrir misræmi í hallahorni. Einingar með sama hallahorn og azimuth horn ættu að vera tengdar í röð í sama streng og einingar með mismunandi hallahorn/stefnu má aldrei vera tengdar í röð saman.
2. Styttu strengjalengdina hæfilega: Á svæðum með mikinn mun á hallahorni getur það dregið úr höggsviði misræmis með því að stytta strengjalengdina á viðeigandi hátt (úr 22-24 einingar í 18-20 einingar).
3. Fínstilltu MPPT rásaskiptingu inverter: Tengdu strengi frá mismunandi hallahornssvæðum við mismunandi MPPT rásir, þannig að hver MPPT rás fylgist aðeins með hámarksaflpunkti strengja með sama hallahorni.
4.2 String Inverter: Margir-MPPT Inverters
Hefðbundnir miðlægir invertarar hafa venjulega aðeins 1-2 MPPT rásir, en nútíma strengjainvertarar eru yfirleitt búnir mörgum sjálfstæðum MPPT rásum (6-12 eða jafnvel meira). Hver MPPT rás getur sjálfstætt fylgst með hámarksaflpunkti mismunandi strengja og takmarkað þannig áhrif misræmis við eina MPPT rás.
Áhrif á misræmi í hallahorni: Getur í raun leyst misræmisvandamálið milli mismunandi hallahornsvæða, en getur samt ekki leyst hallahornsmuninn innan strengja á sama svæði.
4.3 Module-Level Power Electronics (MLPE) tækni
Þetta er eins og er áhrifaríkasta tæknilausnin til að leysa misræmi í hallahorni, aðallega þar með talið aflhagræðingartæki og örinvertara:
1. Power Optimizer
Aflhagræðingartæki eru settir upp aftan á hverja einingu, sem samsvarar einum-í-einni með einingunum. Það getur sjálfstætt stillt rekstrarspennu og straum hverrar einingu, þannig að hver eining virkar á eigin hámarksaflpunkti og gefur síðan út jafnstraum í raðrásina.
Áhrif á misræmi í hallahorni: Getur alveg útrýmt straummisræmi af völdum hallahornsmunar innan strengsins, sem gerir hverri einingu kleift að gefa út hámarksstraum sinn. Mæld gögn sýna að í fjalllendum virkjunum með mikinn hallahallamun getur notkun aflhagræðingartækja aukið orkuöflun um 15%-20%.
2. Örinverter
Örinvertarar eru settir beint upp á bak hverrar einingu og umbreyta jafnstraumsútgangi einingarinnar beint í riðstraum, sem síðan er tengdur samhliða ristinni. Hver eining er sjálfstæð raforkuframleiðsla eining, algjörlega laus við röð núverandi takmarkana.
Áhrif á misræmi í hallahorni: Leysir algjörlega öll vandamál með misræmi í hallahorni og hver eining getur virkað sjálfstætt óháð hallahornsmuninum.
Fyrirtækið okkar getur veitt allar þær lausnir og heildarkerfi sem nefnd eru hér að ofan. Ef þú þarft þá, vinsamlegast hafðu samband við okkur!
Með stöðugri framþróun PV tækni eru lausnir á ósamræmisvandamálinu einnig stöðugt að nýjungar og þróast:
1. Meiri skilvirkni MLPE tækni: Umbreytingarskilvirkni nýrra-kynslóðar orkufínstillingar og örinvertara hefur farið yfir 99%, með enn frekar minni sjálf-orkunotkun og stöðugt lækkandi kostnaði.
2. Snjall mát tækni: Að samþætta aflhagræðingartæki eða örinvertera við einingar til að mynda snjalleiningar, einfalda uppsetningarferlið og bæta áreiðanleika kerfisins.
3. Stafræn tvíburatækni: Notkun stafrænnar tvíburatækni til að smíða sýndarlíkan af PV orkuverinu, líkja nákvæmlega eftir misræmistapi við mismunandi vinnuaðstæður og átta sig á snemmtækri viðvörun og bestu stjórn.
4. Ný rafhlöðutækni: Svo sem einingar með ristum, hálf-skornar einingar, sneiðar einingar o.s.frv., draga úr áhrifum skyggingar og misræmis með frumuskiptingu og fínstilltum tengingaraðferðum. Til dæmis geta hálf-klipptar einingar dregið úr orkutapi af völdum skyggingar um það bil 50%.
Ósamræmi eininga er óhjákvæmilegt fyrirbæri í PV kerfum,þar á meðal er munur á hallahorni aðalorsök misræmis í flóknum uppsetningaratburðarás, og raforkuframleiðslutapið sem af þessu hlýst getur orðið meira en 15%. Munur á hallahorni leiðir beint til ósamkvæmra úttaksstrauma einingar með því að hafa áhrif á magn sólargeislunar sem einingarnar taka á móti og takmarka síðan orkuframleiðslu alls strengsins í gegnum "fötuáhrif" raðrásarinnar.
Fyrir mismunandi gerðir PV orkuvera ætti að velja viðeigandi misræmislausn í samræmi við þætti eins og landslagsaðstæður, stærð hallahalla og fjárfestingaráætlun. Jarð-orkuver geta gefið fjöl-MPPT strenga inverterum forgang; fyrir flóknar aðstæður eins og fjalllendi og húsþök með miklum mun á hallahorni, mun rafeindatækni á einingarstigi- skila umtalsverðum umbótum í raforkuframleiðslu og fjárfestingarávöxtun.
