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                逆變器如何匹配182/210硅片尺寸的超高功率組件?
                2022-03-29

                  近年來,以182mm、210mm為典型尺寸的大硅片超高功率組件逐漸進入分布式光伏市場,這兩類組件在電氣參數上有明顯的差異,對逆變器的匹配也具有更高的要求,那么如何設計組串才能匹配182mm硅片與210mm硅片尺寸的超高功率組件呢?

                  首先我們需要了解下組件的相關參數:

                  1、組件參數及開路電壓Voc計算公式

                  組件參數:

                  Isc:短路電流 ;Im:峰值工作電流;Voc:開路電壓 ;Vm:峰值工作電壓Vm≈0.83Voc

                  這幾個參數之間存在的關系就是我們常說的組件I-V特性曲線(下圖),在進行組串設計的時候,通常選擇組件在標準測試條件(STC)下的電性能參數。

                  典型182mm硅片尺寸組件參數:

                  典型210mm硅片尺寸組件參數:

                  在上述組件參數中,與逆變器組串設計相關的兩個重要參數就是電壓和電流。而溫度是影響組件開路電壓Voc的因素,這個因素我們通常稱為溫度系數Kv,觀察上述組件參數可以發現開路電壓(Voc)溫度系數 Kv 是一個負值,這個特性決定了組件的開路電壓會隨著溫度的升高而降低,隨著溫度的降低而升高。因此在設計接入逆變器組件串聯數量前要結合項目的實際環境工況考慮,主要是低溫狀況。

                  開路電壓計算公式為:

                  V=Voc×【1+(T-25)×Kv】

                  V:實際組件開路電壓;Voc:STC條件下組件開路電壓;

                  T:環境溫度;Kv:組件溫度系數

                  在STC條件下,以環境溫度為-10℃時為例計算:

                  (1)182mm硅片尺寸540W組件參數:

                  Voc為49.5V,Kv為-0.265%,開路電壓值則為:

                  V=49.5×【1+(-10-25)×-0.265%】=54.09V

                  (2)210mm硅片尺寸540W組件參數:

                  Voc為37.5V,Kv為-0.25%,開路電壓值則為:

                  V=37.5×【1+(-10-25)×-0.25%】=40.78V

                  逆變器參數及組串設計公式:

                  逆變器參數:

                  最大輸入電壓:逆變器最大直流輸入電壓值,需要考慮實際溫度對組件開路電壓值的影響。

                  MPPT路數:同一路MPPT下的組串接入,數量、朝向、角度要一致。

                  工作電壓范圍:逆變器允許工作的Vmppt電壓范圍。

                  額定工作電壓:逆變器工作電壓越接近額定工作電壓,發電效率越佳。

                  每路MPPT最大輸入電流:每路MPPT下允許的最大工作電流。

                  2、光伏組串設計的一般原則:

                  參考《光伏發電站設計規范(GB 50797-2012)》提出如下組串設計公式,同時滿足兩個條件:

                  光伏組件串聯后的最大開路電壓低于逆變器的最大接入電壓;

                  光伏組件串聯后的MPPT電壓在逆變器的MPPT電壓范圍之內。

                  公式(1)參數含義:Vdcmax:逆變器最大輸入電壓;分母參數同上。

                  公式(2)參數含義:Vmpptmin:逆變器的MPPT輸入最小電壓;Vmpptmax:逆變器的MPPT輸入最大電壓;t′:組件安裝處極限高溫;t:組件安裝處極限低溫;Vpm:組件峰值功率電壓 ;Kv′:組件峰值功率電壓的溫度系數。

                  3、逆變器可接入的組串數量范圍計算

                  以MAX 110KTL3-X LV逆變器為例,假設當地最低氣溫為-10℃,最高溫為50℃;逆變器最大開路電壓為1100V,MPPT電壓在200~1000V。

                  182mm硅片尺寸組件:

                  公式(1):N≤20.3

                  公式(2):5.14≤N≤22

                  故N(取整)的取值范圍是6~20之間,即在考慮當前環溫情況下,逆變器可接入數量為 6~20塊一串。

                  210mm硅片尺寸組件:

                  公式(1):N≤26.9

                  公式(2):6.84≤N≤29.5

                  故N(取整)的取值范圍是7~26之間,即在考慮當前環溫情況下,逆變器可接入數量為 7~26塊一串。

                  4、182mm硅片與210mm硅片尺寸高功率組件接入逆變器差異

                  根據組件的電壓參數以及應用環境溫度,可以得到組串的設計范圍,那么在接入逆變器時還需考慮什么?對比182mm與210mm硅片尺寸組件可以發現電流參數存在差異,182mm硅片尺寸組件相比210mm硅片尺寸組件電壓較高,但峰值電流卻低于后者。210mm硅片尺寸的540W組件峰值電流為17.33A,182mm硅片尺寸的540W組件峰值電流為12.97A,在這里我們需要注意逆變器的一項參數值——每路MPPT最大輸入電流。

                  182mm硅片尺寸高功率組件組串接入逆變器方式:

                  對于182mm硅片尺寸的組件,MAX 110KTL3-X LV機型的組串電流在設計初衷已經考慮接入大功率組件,因此完全適配。

                  上述我們對逆變器接入182mm硅片尺寸的540W組件串聯數量范圍的計算,可得在-10℃~50℃溫度條件下,逆變器可接入數量為 6~20塊一串,綜合建設成本以及組串電壓對逆變器轉換效率等因素的影響,建議18塊一串,單串功率為18*540W=9.72kW,接入組串的串數只需根據設計的容配比來合理取舍,最終平均接入每路MPPT即可。

                  210mm硅片尺寸高功率組件組串接入逆變器方式:

                  而對于210mm硅片尺寸的組件,以MAX 110KTL3-X LV逆變器為例,每路MPPT最大輸入電流為32A,故每路MPPT只能接一串210mm硅片尺寸的組件,因為逆變器為10路MPPT,所以整機最多可接10串組串,即每路MPPT下接一串。若1路MPPT接入了2串組串,根據并聯增加電流,此時理論峰值電流值為34.66A,逆變器會將工作電流限制在32A,會對發電量造成一定損失。

                  結合上述條件下組串范圍計算,一串最大接入26塊,整體考慮建議24塊一串,單串功率為24*540=12.96kW,在接入10串組串的狀況下,亦能滿足工商業項目需求。

                  另外,在實際應用中,也有一套比較常用的算法,在逆變器的參數上,可以看到額定輸入電壓值,所以也可以根據這個值簡單地計算。原則上逆變器Vmppt電壓越接近額定工作電壓,效率越高,發電量收益越好,則串聯數量最佳。


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