Abstrak
Ketakpadanan modul adalah salah satu kesesakan teknikal teras yang menyekat peningkatan kecekapan penjanaan kuasa sistem fotovoltaik (PV). Intipatinya ialah "kesan baldi" yang disebabkan oleh arus keluaran yang tidak konsisten bagi modul PV dalam litar bersiri. Menurut statistik daripada Program Sistem Kuasa Fotovoltaik (PVPS) Agensi Tenaga Tenaga Antarabangsa (IEA), purata kehilangan penjanaan kuasa global akibat ketidakpadanan dalam loji kuasa PV adalah antara 5% hingga 15%, malah boleh melebihi 20% dalam loji dengan rupa bumi yang kompleks atau operasi dan penyelenggaraan yang lemah. Antaranya, perbezaan sudut kecondongan adalah punca paling dominan ketidakpadanan dalam senario pemasangan yang kompleks seperti kawasan pergunungan dan bumbung, menyumbang kira-kira 40%-60% daripada jumlah kerugian ketidakpadanan.
1.Prinsip Asas dan Mekanisme Fizikal Ketakpadanan Modul PV
1.1 Ciri-ciri Elektrik Modul PV
Ciri keluaran modul PV ditentukan oleh lengkung voltan (I-V) semasa dan lengkung voltan (P-V) dan-kuasanya. Di bawah Keadaan Ujian Standard (STC: sinaran 1000W/m², suhu sel 25 darjah , spektrum AM1.5), satu modul mempunyai Titik Kuasa Maksimum (MPP) yang unik.
Arus litar-pendek (Isc) modul PV adalah lebih kurang berkadar dengan kejadian sinaran suria pada permukaan sel, yang merupakan asas fizikal teras untuk ketidakpadanan semasa yang disebabkan oleh perbezaan sudut kecondongan. Formula dinyatakan sebagai:
Isc ≈ Isc_STC ×(G/GSTC)
di mana:
• Isc: Arus litar-pendek sebenar (A)
• Isc_STC: Arus litar- pintas di bawah keadaan ujian standard (A)
• G: Sinaran kejadian sebenar (W/m²)
• G_STC: Sinaran ujian standard (1000W/m²)
Apabila berbilang modul disambungkan secara bersiri untuk membentuk rentetan, menurut Undang-undang Semasa Kirchhoff,semua modul dalam litar bersiri mesti beroperasi pada arus yang sama; manakala jumlah voltan rentetan adalah sama dengan jumlah voltan operasi setiap modul. Ciri ini menentukan bahawa sistem siri sangat sensitif terhadap perbezaan semasa.
1.2 Mekanisme Teras Fenomena Tidak Padan
"Kesan tong" (juga dikenali sebagai "pautan paling lemah" atau "kesan kesesakan") ialah analogi yang sempurna untuk apa yang berlaku dalam siri-modul PV bersambung. Bayangkan satu siri tong yang disambungkan dalam rantai, setiap satu dengan kapasiti yang berbeza. Jumlah air yang boleh mengalir melalui keseluruhan sistem dihadkan oleh tong dengan kapasiti terkecil-tanpa mengira berapa besar yang lain.
Dalam rentetan PV, modul disambungkan secara elektrik secara bersiri, bermakna arus yang sama mesti mengalir melalui kesemuanya. Modul yang menerima sinaran paling sedikit (disebabkan oleh sudut suboptimum) akan menjana arus terendah. Ini memaksa keseluruhan arus rentetan untuk sepadan dengan prestasi terendah, menyebabkan modul berprestasi tinggi-beroperasi di bawah potensinya. Kehilangan kuasa boleh menjadi besar, jauh melebihi jumlah mudah pengurangan individu.
2. Punca Utama Ketidakpadanan Modul PV
Punca ketidakpadanan modul adalah kompleks dan pelbagai, dan boleh dibahagikan kepada dua kategori: ketidakpadanan kongenital dan ketidakpadanan diperoleh.
2.1 Ketidakpadanan Kongenital: Perbezaan Parameter Kilang
Malah modul yang dihasilkan dalam kelompok yang sama mempunyai sedikit perbezaan dalam parameter prestasi elektriknya disebabkan oleh faktor seperti ketulenan bahan semikonduktor dan turun naik proses pengeluaran. Pengeluar modul biasanya melakukan penggredan kuasa (binning) pada modul, tetapi modul dalam tong kuasa yang sama mungkin masih mempunyai perbezaan semasa dalam ±2.5%.
Kehilangan ketidakpadanan yang disebabkan oleh perbezaan parameter kilang tersebut biasanya 2%-3%, iaitu kehilangan ketidakpadanan asas yang tidak boleh dielakkan sepenuhnya dalam semua sistem PV.
2.2 Ketidakpadanan yang Diperolehi: Persekitaran Operasi dan Faktor Operasi & Penyelenggaraan
Inilah sebab utama kehilangan ketidakpadanan sistem sebenar adalah lebih besar daripada nilai asas, khususnya termasuk:
• Sudut kecondongan dan sudut azimut tidak konsisten(akan dianalisis secara mendalam di bawah)
• Tidak padan teduhan: Teduhan tetap daripada bangunan sekeliling, pokok, gunung, dsb., dan teduhan dinamik daripada awan, burung, dsb.
• Kekotoran dan penuaan tidak sepadan: Kekotoran yang tidak sekata seperti habuk, salji, najis burung pada permukaan modul dan perbezaan kadar penuaan selepas -operasi jangka panjang
• Suhu tidak sepadan: Suhu tidak sekata disebabkan oleh keadaan pelesapan haba yang berbeza bagi modul
3.-Mekanisme dan Analisis Kuantitatif Ketidakpadanan yang Disebabkan oleh Perbezaan Sudut Kecondongan
Ketidakpadanan sudut kecondongan merujuk kepada sudut kecondongan pemasangan yang tidak konsisten (sudut antara satah modul dan satah mendatar) modul yang berbeza dalam rentetan siri yang sama, menghasilkan jumlah sinaran suria yang berbeza yang diterima oleh setiap modul, dan dengan itu perbezaan dalam arus keluaran. Ini adalah jenis ketidakpadanan yang paling biasa dan mudah diabaikan dalam PV pergunungan dan sistem PV atas bumbung teragih.
3.1 Sebab utama perbezaan sudut pemasangan memburukkan lagi keadaan ini:
• Variasi sinaran: Modul yang dicondongkan pada sudut yang berbeza menangkap kurang cahaya matahari langsung, terutamanya semasa waktu puncak. Contohnya, pada bumbung cerun dengan nada yang berbeza-beza, modul yang menghadap ke selatan-pada kecondongan optimum mungkin berprestasi baik, manakala yang lain pada sudut yang lebih cetek atau lebih curam kurang berprestasi.
• Kesan Harian dan Bermusim: Sudut mempengaruhi bukan sahaja output puncak tetapi prestasi sepanjang hari. Kecondongan tidak-seragam membawa kepada lengkung IV yang tidak padan (ciri-voltan semasa), meningkatkan kehilangan ketidakpadanan.
• Penggabungan dengan Faktor Lain: Perbezaan sudut boleh memburukkan kesan teduhan atau kecerunan suhu, kerana modul bersudut buruk mungkin memanaskan secara berbeza.
3.2 Korelasi Kuantitatif Antara Perbezaan Sudut Kecondongan dan Arus Keluaran Modul
Kita boleh mengukur hubungan antara perbezaan sudut kecondongan dan perbezaan arus dengan mengira dengan tepat jumlah sinaran satah pada sudut kecondongan yang berbeza. MengambilKawasan latitud 30 darjah N(Lembangan Sungai Yangtze di China) sebagai contoh, jadual berikut menunjukkan jumlah sinaran tahunan dan perbezaan arus litar-pendek untuk sudut kecondongan pemasangan berbeza berbanding dengan sudut kecondongan optimum (kira-kira 30 darjah ):
Sudut Kecondongan Pemasangan (ijazah) | Sinaran Jumlah Tahunan (kWj/m²) | Perbezaan Sinaran Berbanding Sudut Kecondongan Optimum (%) | Pendek-Perbezaan Arus Litar (%) |
| 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 (Optimum) | 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 |
Kesimpulan Utama:
1. Dalam kawasan latitud 30 darjah N, bagi setiap sisihan 5 darjah dari sudut kecondongan optimum, sinaran tahunan berkurangan kira-kira 2%-4%, bersamaan dengan penurunan 2%-4% dalam arus litar pintas.
2. Apabila perbezaan sudut kecondongan mencapai 20 darjah (cth, 30 darjah vs 10 darjah ), perbezaan arus tahunan boleh melebihi 12%.
3. Perbezaan arus segera adalah lebih besar daripada perbezaan purata tahunan. Sebagai contoh, pada waktu tengah hari pada solstis musim panas, sudut ketinggian suria adalah lebih kurang 83.5 darjah , pada masa itu sinaran langsung yang diterima oleh modul dengan sudut kecondongan 10 darjah adalah kira-kira 15% lebih tinggi daripada yang diterima oleh modul dengan sudut kecondongan 30 darjah; manakala pada waktu tengah hari pada solstis musim sejuk, sudut ketinggian suria adalah lebih kurang 36.5 darjah, dan sinaran langsung yang diterima oleh modul dengan sudut kecondongan 10 darjah adalah kira-kira 25% lebih rendah daripada yang diterima oleh modul dengan sudut kecondongan 30 darjah.
4. Perbandingan Penyelesaian Arus Perdana untuk Ketakpadanan Modul
Bertujuan kepada masalah ketidakpadanan modul, pelbagai penyelesaian telah dibangunkan dalam industri, yang idea terasnya adalah untukmelanggar sekatan bahawa "arus siri mesti konsisten"ataumeminimumkan perbezaan semasa.
4.1 Pengoptimuman Reka Bentuk Khas untuk Tidak Padan Sudut Kecondongan
Ini ialah penyelesaian kos-yang paling asas dan paling rendah, dan juga ukuran yang harus diterima pakai oleh semua projek dahulu:
1. Laksanakan prinsip "sudut kecondongan yang sama, rentetan yang sama" dengan tegas: Ini ialah peraturan emas untuk mengelakkan ketidakpadanan sudut kecondongan. Modul dengan sudut kecondongan dan sudut azimut yang sama hendaklah disambung secara bersiri dalam rentetan yang sama, dan modul dengan sudut/orientasi kecondongan berbeza tidak boleh disambungkan secara bersiri bersama-sama.
2. Memendekkan panjang rentetan dengan munasabah: Di kawasan yang mempunyai perbezaan sudut kecondongan yang besar, memendekkan panjang rentetan dengan sewajarnya (daripada 22-24 modul kepada 18-20 modul) boleh mengurangkan julat kesan ketidakpadanan.
3. Optimumkan pembahagian saluran MPPT penyongsang: Sambungkan rentetan dari zon sudut kecondongan berbeza ke saluran MPPT yang berbeza, supaya setiap saluran MPPT hanya menjejak titik kuasa maksimum rentetan dengan sudut kecondongan yang sama.
4.2 Penyongsang Tali: Penyongsang Berbilang-MPPT
Penyongsang pusat tradisional biasanya hanya mempunyai 1-2 saluran MPPT, manakala penyongsang rentetan moden biasanya dilengkapi dengan berbilang saluran MPPT bebas (6-12 atau lebih). Setiap saluran MPPT boleh menjejak titik kuasa maksimum rentetan yang berbeza secara bebas, dengan itu mengehadkan kesan ketidakpadanan kepada satu saluran MPPT.
Kesan pada ketidakpadanan sudut kecondongan: Boleh menyelesaikan masalah ketidakpadanan dengan berkesan antara zon sudut kecondongan yang berbeza, tetapi masih tidak dapat menyelesaikan perbezaan sudut kecondongan dalam rentetan dalam zon yang sama.
4.3 Modul-Teknologi Elektronik Kuasa Tahap (MLPE).
Pada masa ini, ini merupakan penyelesaian teknikal yang paling berkesan untuk menyelesaikan ketidakpadanan sudut kecondongan, terutamanya termasuk pengoptimum kuasa dan mikroinverter:
1. Pengoptimum Kuasa
Pengoptimum kuasa dipasang di belakang setiap modul, sepadan satu-ke-satu dengan modul. Ia boleh melaraskan voltan dan arus operasi setiap modul secara bebas, menjadikan setiap modul berfungsi pada titik kuasa maksimumnya sendiri, dan kemudian mengeluarkan arus terus ke litar siri.
Kesan pada ketidakpadanan sudut kecondongan: Boleh menghapuskan sepenuhnya ketidakpadanan semasa yang disebabkan oleh sebarang perbezaan sudut kecondongan dalam rentetan, membolehkan setiap modul mengeluarkan arus maksimumnya. Data yang diukur menunjukkan bahawa dalam loji kuasa pergunungan dengan perbezaan sudut kecondongan yang besar, penggunaan pengoptimum kuasa boleh meningkatkan penjanaan kuasa sebanyak 15%-20%.
2. Penukar mikro
Microinverter dipasang terus di belakang setiap modul, menukar keluaran arus terus oleh modul terus kepada arus ulang alik, yang kemudiannya disambungkan selari dengan grid. Setiap modul ialah unit penjanaan kuasa bebas, bebas sepenuhnya daripada sekatan semasa siri.
Kesan pada ketidakpadanan sudut kecondongan: Selesaikan sepenuhnya semua masalah ketidakpadanan sudut kecondongan, dan setiap modul boleh berfungsi secara bebas tanpa mengira perbezaan sudut kecondongan.
Syarikat kami boleh menyediakan semua penyelesaian dan sistem lengkap yang dinyatakan di atas. Jika anda memerlukannya, sila hubungi kami!
7. Trend Pembangunan Masa Depan
Dengan kemajuan berterusan teknologi PV, penyelesaian kepada masalah ketidakpadanan modul juga sentiasa berinovasi dan membangun:
1. Teknologi MLPE kecekapan lebih tinggi: Kecekapan penukaran bagi-pengoptimum kuasa dan mikroinverter generasi baharu telah melebihi 99%, dengan penggunaan kuasa sendiri-yang dikurangkan lagi dan kos yang semakin berkurangan.
2. Teknologi modul pintar: Mengintegrasikan pengoptimum kuasa atau mikroinverter dengan modul untuk membentuk modul pintar, memudahkan proses pemasangan dan meningkatkan kebolehpercayaan sistem.
3. Teknologi berkembar digital: Menggunakan teknologi kembar digital untuk membina model maya loji kuasa PV, mensimulasikan kerugian ketidakpadanan dengan tepat di bawah keadaan kerja yang berbeza, dan merealisasikan amaran awal dan kawalan optimum.
4. Teknologi bateri baharu: Seperti modul kayap, modul separuh-potongan, modul hirisan, dsb., mengurangkan kesan teduhan dan ketidakpadanan melalui pembahagian sel dan kaedah sambungan yang dioptimumkan. Contohnya, modul separuh potong-boleh mengurangkan kehilangan kuasa yang disebabkan oleh teduhan sebanyak kira-kira 50%.
Ketakpadanan modul ialah fenomena yang tidak dapat dielakkan dalam sistem PV,antaranya perbezaan sudut kecondongan adalah punca utama ketidakpadanan dalam senario pemasangan yang kompleks, dan kehilangan penjanaan kuasa yang terhasil boleh mencapai lebih daripada 15%. Perbezaan sudut kecondongan secara langsung membawa kepada arus keluaran modul yang tidak konsisten dengan menjejaskan jumlah sinaran suria yang diterima oleh modul, dan kemudian mengehadkan penjanaan kuasa keseluruhan rentetan melalui "kesan baldi" litar siri.
Untuk jenis loji kuasa PV yang berbeza, penyelesaian ketidakpadanan yang paling sesuai hendaklah dipilih mengikut faktor seperti keadaan rupa bumi, saiz perbezaan sudut kecondongan dan belanjawan pelaburan. Loji kuasa-tanah boleh memberi keutamaan kepada penyongsang rentetan berbilang-MPPT; untuk senario yang kompleks seperti kawasan pergunungan dan bumbung dengan perbezaan sudut kecondongan yang besar, teknologi elektronik kuasa tahap modul{3}}akan membawa peningkatan penjanaan kuasa dan pulangan pelaburan yang ketara.
