【原创】关于光伏发电功率优化器的讨论
本文内容如题，随着光伏这几年的快速发展，太阳能被认为是最好的化学替代能源之一！今年SNEC上海光伏展与往年也有较大的变化，其中包括光伏系统的各种应用（离网系统的一体化解决方案、光伏烤箱、光伏应急灯、光伏应急通讯等）。本人在本次上海展上看到一种往年没有出现的产品，叫功率优化器，等下会上传图片！其主要作用及具体描述等下传两张图片上来供大家分享！下面先上传3张图片，其中前两张是上海展会拍的现场照片，第三张是我找到的美国国家半导体实验室发布的在回路中的连接图！各位看官请仔细看第三张的连接图哦，等下会有问题要问呢！另外这基本上属于我的处女帖了，希望大家能给点支持哦！
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因为光伏发电系统不可避免的是需要多块电池板的串联，而串联最大的问题就是回路电流必须要一致，当出现同一串电池板因为产品一致性问题不好，阴影遮挡等因素导致部分电池不能发电时，整串的光伏电池效率损失会很严重，而且逆变器特别是集中式的逆变器接入的电池板阵列很多时，会导致各个组串的电池板不能够在自己的最大功率点运行，这些都是对电能和发电量的损失！因此上述的功率优化器主要就是解决或者说是缓解这些问题的！根据专利信息和上海展会现场厂家对产品的描述，功率调节器（上图所示的SMO）本质的功率特点是用DC-DC变换将串联的每块电池板的电流都变成一样大，从而实现整个组串的最大功率输出！
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@zhang_min9861
因为光伏发电系统不可避免的是需要多块电池板的串联，而串联最大的问题就是回路电流必须要一致，当出现同一串电池板因为产品一致性问题不好，阴影遮挡等因素导致部分电池不能发电时，整串的光伏电池效率损失会很严重，而且逆变器特别是集中式的逆变器接入的电池板阵列很多时，会导致各个组串的电池板不能够在自己的最大功率点运行，这些都是对电能和发电量的损失！因此上述的功率优化器主要就是解决或者说是缓解这些问题的！根据专利信息和上海展会现场厂家对产品的描述，功率调节器（上图所示的SMO）本质的功率特点是用DC-DC变换将串联的每块电池板的电流都变成一样大，从而实现整个组串的最大功率输出！
发帖打字好累！真心佩服之前的前辈！转入正题，背景描述大概差不多了，有不明白的地方大家可以回帖发问，我尽量回复清楚！希望能和大家好好的进行技术讨论哦！说到讨论，现在回到正题！现场不少工程师，甚至有一些资深的工程师有这样的疑问？这样能提高单个组串的发电效率肯定没有问题！但是如图3，每个组串最终还是要输出汇流的？如前所述，这种功率优化器旨在使每个组串里的电池有相同的工作电流，那么组串完成后比如导致不同的组串之间电压的不匹配，而不同的组串输出又是直接并联的！最终他们的电压肯定是一样的，对于这种看着矛盾的处理，现场厂家没有对此疑问作出任何有效的回复？因此在此处请大家讨论下：
1、这种电压不匹配对功率的影响有多大？如何更好的解决这种电压不匹配问题？
2、每个电池板加功率优化器，其本身的损耗和成本能否在投资回收周期内解决？
3、增加了如此多的功率优化器（相当于增加了很多的DC-DC模块），其故障率会如何？
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@zhang_min9861
发帖打字好累！真心佩服之前的前辈！转入正题，背景描述大概差不多了，有不明白的地方大家可以回帖发问，我尽量回复清楚！希望能和大家好好的进行技术讨论哦！说到讨论，现在回到正题！现场不少工程师，甚至有一些资深的工程师有这样的疑问？这样能提高单个组串的发电效率肯定没有问题！但是如图3，每个组串最终还是要输出汇流的？如前所述，这种功率优化器旨在使每个组串里的电池有相同的工作电流，那么组串完成后比如导致不同的组串之间电压的不匹配，而不同的组串输出又是直接并联的！最终他们的电压肯定是一样的，对于这种看着矛盾的处理，现场厂家没有对此疑问作出任何有效的回复？因此在此处请大家讨论下：1、这种电压不匹配对功率的影响有多大？如何更好的解决这种电压不匹配问题？2、每个电池板加功率优化器，其本身的损耗和成本能否在投资回收周期内解决？3、增加了如此多的功率优化器（相当于增加了很多的DC-DC模块），其故障率会如何？
先写3帖吧，呵呵手都敲酸了！本讨论没有对错之分，仅仅供大家一起讨论，不同的观点相互汇聚，最终总能擦出火花的！另外请各位大虾们多多指点，能让我第一次发帖别那么快往下沉就好！
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@zhang_min9861
先写3帖吧，呵呵手都敲酸了！本讨论没有对错之分，仅仅供大家一起讨论，不同的观点相互汇聚，最终总能擦出火花的！另外请各位大虾们多多指点，能让我第一次发帖别那么快往下沉就好！
虽然没人回复，我还是先说下自己的理解吧！从逆变器角度看，其并不能直接识别光伏电池组串的最大功率点，而是通过扰动比较去找当前最佳功率点（为了有所区分，我把电池板理论的最大功率输出点叫最大功率点，把逆变器经过比较得出的工作点叫做最佳功率点），理论分析，如果所有外设条件与理论一致，最大功率点和最佳功率点应该是一个点，但是往往因为现场环境等各种因素的不同，尤其是当有阴影遮挡出现时，肯定会出现某个组串的功率输出下降，按照专利说法，这个时候功率调节器可以起作用，能有效避免因部分遮挡造成的过多功率损失或者连带损失！
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@zhang_min9861
虽然没人回复，我还是先说下自己的理解吧！从逆变器角度看，其并不能直接识别光伏电池组串的最大功率点，而是通过扰动比较去找当前最佳功率点（为了有所区分，我把电池板理论的最大功率输出点叫最大功率点，把逆变器经过比较得出的工作点叫做最佳功率点），理论分析，如果所有外设条件与理论一致，最大功率点和最佳功率点应该是一个点，但是往往因为现场环境等各种因素的不同，尤其是当有阴影遮挡出现时，肯定会出现某个组串的功率输出下降，按照专利说法，这个时候功率调节器可以起作用，能有效避免因部分遮挡造成的过多功率损失或者连带损失！
的确是个问题,假设一片树叶或者阴影挡住了某一个电池板.
而出于串联状态的所有电池板依然会有电流流过.
那这个没发电的电池板是不是也有相同的电流留过呢?
没发电,却有电流,会不会损坏太阳能电池板?或者缩短寿命?
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@zhang_min9861
虽然没人回复，我还是先说下自己的理解吧！从逆变器角度看，其并不能直接识别光伏电池组串的最大功率点，而是通过扰动比较去找当前最佳功率点（为了有所区分，我把电池板理论的最大功率输出点叫最大功率点，把逆变器经过比较得出的工作点叫做最佳功率点），理论分析，如果所有外设条件与理论一致，最大功率点和最佳功率点应该是一个点，但是往往因为现场环境等各种因素的不同，尤其是当有阴影遮挡出现时，肯定会出现某个组串的功率输出下降，按照专利说法，这个时候功率调节器可以起作用，能有效避免因部分遮挡造成的过多功率损失或者连带损失！
还是继续说这个思路吧，不能无疾而终呀！其实是发出来讨论的帖子，让大家一起来共同进步，没有想到好少人问呀！继续我自己的理解吧！简单的说 ，如果电路中没有功率变换器，那么我们可以把从逆变器输入的直流到一个个小的电池片的整个系统环节看成是很多电池片的组串模型！以时下最流行的大型电站举例，那么就是一个个不到1W的小电池片组成到逆变器输入端约800V/500KW的组串，不同系统间的区别在于是先串后并还是先并后串，而过程中的功率损失除了常规的功率损失外，还有就是系统配置时的功率损失，以及本文开头说到的不同功率板间的工艺差异等造成的电池板最终输出特性差异，串联的电池板最终电流就是最小的那个电流，在光伏发展的前期，可能大家的目光更多的是关注一些设备本身的效率和稳定性，但是随着光伏产业的发展，早期问题已经在很大程度上得以解决，而且随着产业的越来越贫民化，大家对光伏发电系统的关注点越来越多，因此如何提高系统的发电量，如何设计系统方便施工现场的安装与调试成为今年上海SNEC光伏展的主题之一！今年去光伏展最大的感触是光伏真的已经快大众化了，大家都在想着怎么让光伏更好的走进大家家庭中（离网系统、应急系统、甚至便携式烧水、烧烤、充电等等都在光伏展上亮相了）。
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@zhang_min9861
还是继续说这个思路吧，不能无疾而终呀！其实是发出来讨论的帖子，让大家一起来共同进步，没有想到好少人问呀！继续我自己的理解吧！简单的说，如果电路中没有功率变换器，那么我们可以把从逆变器输入的直流到一个个小的电池片的整个系统环节看成是很多电池片的组串模型！以时下最流行的大型电站举例，那么就是一个个不到1W的小电池片组成到逆变器输入端约800V/500KW的组串，不同系统间的区别在于是先串后并还是先并后串，而过程中的功率损失除了常规的功率损失外，还有就是系统配置时的功率损失，以及本文开头说到的不同功率板间的工艺差异等造成的电池板最终输出特性差异，串联的电池板最终电流就是最小的那个电流，在光伏发展的前期，可能大家的目光更多的是关注一些设备本身的效率和稳定性，但是随着光伏产业的发展，早期问题已经在很大程度上得以解决，而且随着产业的越来越贫民化，大家对光伏发电系统的关注点越来越多，因此如何提高系统的发电量，如何设计系统方便施工现场的安装与调试成为今年上海SNEC光伏展的主题之一！今年去光伏展最大的感触是光伏真的已经快大众化了，大家都在想着怎么让光伏更好的走进大家家庭中（离网系统、应急系统、甚至便携式烧水、烧烤、充电等等都在光伏展上亮相了）。
貌似有点跑题，不过写着写着就想写写自己的感想了！呵呵
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@zhang_min9861
发帖打字好累！真心佩服之前的前辈！转入正题，背景描述大概差不多了，有不明白的地方大家可以回帖发问，我尽量回复清楚！希望能和大家好好的进行技术讨论哦！说到讨论，现在回到正题！现场不少工程师，甚至有一些资深的工程师有这样的疑问？这样能提高单个组串的发电效率肯定没有问题！但是如图3，每个组串最终还是要输出汇流的？如前所述，这种功率优化器旨在使每个组串里的电池有相同的工作电流，那么组串完成后比如导致不同的组串之间电压的不匹配，而不同的组串输出又是直接并联的！最终他们的电压肯定是一样的，对于这种看着矛盾的处理，现场厂家没有对此疑问作出任何有效的回复？因此在此处请大家讨论下：1、这种电压不匹配对功率的影响有多大？如何更好的解决这种电压不匹配问题？2、每个电池板加功率优化器，其本身的损耗和成本能否在投资回收周期内解决？3、增加了如此多的功率优化器（相当于增加了很多的DC-DC模块），其故障率会如何？
个人感觉，多此一举，理论上任何外接设备也改变不了组件本身的特性，包括最大功率跟踪，也只是在设备本身及外部条件的限制下输出最大功率。个人觉得除最大功率跟踪外，其他的东西只会增加损耗，增加故障率，增加投资，有害无益。应该是忽悠概念的玩意。
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@sunpeng
个人感觉，多此一举，理论上任何外接设备也改变不了组件本身的特性，包括最大功率跟踪，也只是在设备本身及外部条件的限制下输出最大功率。个人觉得除最大功率跟踪外，其他的东西只会增加损耗，增加故障率，增加投资，有害无益。应该是忽悠概念的玩意。
终于看到有不同的意见了，是否概念暂且不提，其实认同你的一个说法，无论怎么加外部电路，不能改变电池本身特性！加外围设备的目的是为了让电池板更好的工作在最大功率状态！增加投资和增加故障率也是对的！但是不能说有害无益，仔细分析其实肯定是能增加发电量的，因此准确的说应该是有利有弊，关键还是怎么去权衡利弊！最近一直在研究怎么提高光伏发电的能量问题！个人感觉还是靠谱的，就跟现在晶硅的电站在搞跟踪一样，只是由于技术、产品稳定性等方面的原因还没有大批量的使用！
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@zhang_min9861
还是继续说这个思路吧，不能无疾而终呀！其实是发出来讨论的帖子，让大家一起来共同进步，没有想到好少人问呀！继续我自己的理解吧！简单的说，如果电路中没有功率变换器，那么我们可以把从逆变器输入的直流到一个个小的电池片的整个系统环节看成是很多电池片的组串模型！以时下最流行的大型电站举例，那么就是一个个不到1W的小电池片组成到逆变器输入端约800V/500KW的组串，不同系统间的区别在于是先串后并还是先并后串，而过程中的功率损失除了常规的功率损失外，还有就是系统配置时的功率损失，以及本文开头说到的不同功率板间的工艺差异等造成的电池板最终输出特性差异，串联的电池板最终电流就是最小的那个电流，在光伏发展的前期，可能大家的目光更多的是关注一些设备本身的效率和稳定性，但是随着光伏产业的发展，早期问题已经在很大程度上得以解决，而且随着产业的越来越贫民化，大家对光伏发电系统的关注点越来越多，因此如何提高系统的发电量，如何设计系统方便施工现场的安装与调试成为今年上海SNEC光伏展的主题之一！今年去光伏展最大的感触是光伏真的已经快大众化了，大家都在想着怎么让光伏更好的走进大家家庭中（离网系统、应急系统、甚至便携式烧水、烧烤、充电等等都在光伏展上亮相了）。
接上面继续，逆变器通过实时扰动输入电压来确定输入功率（及光伏板的输出功率）最大化，根据现阶段MPPT的水平，默认为这个是比较准的（正规的逆变器厂家99%）肯定是没有问题的！那么如果因出现个别组串阻挡时，如果没有功率优化器，那么势必导致因这个个别组串造成别的组串电压不匹配，造成能量损失！这个我想大家理解起来是没有问题的，毋庸置疑的！
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@zhang_min9861
接上面继续，逆变器通过实时扰动输入电压来确定输入功率（及光伏板的输出功率）最大化，根据现阶段MPPT的水平，默认为这个是比较准的（正规的逆变器厂家99%）肯定是没有问题的！那么如果因出现个别组串阻挡时，如果没有功率优化器，那么势必导致因这个个别组串造成别的组串电压不匹配，造成能量损失！这个我想大家理解起来是没有问题的，毋庸置疑的！
如果装了功率优化器的话，能实时的调整个细节话的输出电压电流，使各个组串更好的去满足当前逆变器的最佳电压！这里一定需要强调的是功率优化器不是万能的，并不能让每块电池板都一定可以工作在最佳工作点，终究还是有损失的，这点也是很多人比较难以理解的!我这么按照自己的思路来解释也不知道是否一定合理！所以我的标题是关于功率优化器的讨论！这个地方有个数据可以跟大家共享下，根据美国和尚德的试验应用数据，这个功率优化器可以补偿约50%因日照不同、遮挡等造成的MPPT功率损失！
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