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逆变器如何匹配182/210硅片尺寸的超高功率组件?
2022-03-29

  近年来,以182mm、210mm为典型尺寸的大硅片超高功率组件逐渐进入分布式光伏市场,这两类组件在电气参数上有明显的差异,对逆变器的匹配也具有更高的要求,那么如何设计组串才能匹配182mm硅片与210mm硅片尺寸的超高功率组件呢?

  首先我们需要了解下组件的相关参数:

  1、组件参数及开路电压Voc计算公式

  组件参数:

  Isc:短路电流 ;Im:峰值工作电流;Voc:开路电压 ;Vm:峰值工作电压Vm≈0.83Voc

  这几个参数之间存在的关系就是我们常说的组件I-V特性曲线(下图),在进行组串设计的时候,通常选择组件在标准测试条件(STC)下的电性能参数。

  典型182mm硅片尺寸组件参数:

  典型210mm硅片尺寸组件参数:

  在上述组件参数中,与逆变器组串设计相关的两个重要参数就是电压和电流。而温度是影响组件开路电压Voc的因素,这个因素我们通常称为温度系数Kv,观察上述组件参数可以发现开路电压(Voc)温度系数 Kv 是一个负值,这个特性决定了组件的开路电压会随着温度的升高而降低,随着温度的降低而升高。因此在设计接入逆变器组件串联数量前要结合项目的实际环境工况考虑,主要是低温状况。

  开路电压计算公式为:

  V=Voc×【1+(T-25)×Kv】

  V:实际组件开路电压;Voc:STC条件下组件开路电压;

  T:环境温度;Kv:组件温度系数

  在STC条件下,以环境温度为-10℃时为例计算:

  (1)182mm硅片尺寸540W组件参数:

  Voc为49.5V,Kv为-0.265%,开路电压值则为:

  V=49.5×【1+(-10-25)×-0.265%】=54.09V

  (2)210mm硅片尺寸540W组件参数:

  Voc为37.5V,Kv为-0.25%,开路电压值则为:

  V=37.5×【1+(-10-25)×-0.25%】=40.78V

  逆变器参数及组串设计公式:

  逆变器参数:

  最大输入电压:逆变器最大直流输入电压值,需要考虑实际温度对组件开路电压值的影响。

  MPPT路数:同一路MPPT下的组串接入,数量、朝向、角度要一致。

  工作电压范围:逆变器允许工作的Vmppt电压范围。

  额定工作电压:逆变器工作电压越接近额定工作电压,发电效率越佳。

  每路MPPT最大输入电流:每路MPPT下允许的最大工作电流。

  2、光伏组串设计的一般原则:

  参考《光伏发电站设计规范(GB 50797-2012)》提出如下组串设计公式,同时满足两个条件:

  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;

  光伏组件串联后的MPPT电压在逆变器的MPPT电压范围之内。

  公式(1)参数含义:Vdcmax:逆变器最大输入电压;分母参数同上。

  公式(2)参数含义:Vmpptmin:逆变器的MPPT输入最小电压;Vmpptmax:逆变器的MPPT输入最大电压;t′:组件安装处极限高温;t:组件安装处极限低温;Vpm:组件峰值功率电压 ;Kv′:组件峰值功率电压的温度系数。

  3、逆变器可接入的组串数量范围计算

  以MAX 110KTL3-X LV逆变器为例,假设当地最低气温为-10℃,最高温为50℃;逆变器最大开路电压为1100V,MPPT电压在200~1000V。

  182mm硅片尺寸组件:

  公式(1):N≤20.3

  公式(2):5.14≤N≤22

  故N(取整)的取值范围是6~20之间,即在考虑当前环温情况下,逆变器可接入数量为 6~20块一串。

  210mm硅片尺寸组件:

  公式(1):N≤26.9

  公式(2):6.84≤N≤29.5

  故N(取整)的取值范围是7~26之间,即在考虑当前环温情况下,逆变器可接入数量为 7~26块一串。

  4、182mm硅片与210mm硅片尺寸高功率组件接入逆变器差异

  根据组件的电压参数以及应用环境温度,可以得到组串的设计范围,那么在接入逆变器时还需考虑什么?对比182mm与210mm硅片尺寸组件可以发现电流参数存在差异,182mm硅片尺寸组件相比210mm硅片尺寸组件电压较高,但峰值电流却低于后者。210mm硅片尺寸的540W组件峰值电流为17.33A,182mm硅片尺寸的540W组件峰值电流为12.97A,在这里我们需要注意逆变器的一项参数值——每路MPPT最大输入电流。

  182mm硅片尺寸高功率组件组串接入逆变器方式:

  对于182mm硅片尺寸的组件,MAX 110KTL3-X LV机型的组串电流在设计初衷已经考虑接入大功率组件,因此完全适配。

  上述我们对逆变器接入182mm硅片尺寸的540W组件串联数量范围的计算,可得在-10℃~50℃温度条件下,逆变器可接入数量为 6~20块一串,综合建设成本以及组串电压对逆变器转换效率等因素的影响,建议18块一串,单串功率为18*540W=9.72kW,接入组串的串数只需根据设计的容配比来合理取舍,最终平均接入每路MPPT即可。

  210mm硅片尺寸高功率组件组串接入逆变器方式:

  而对于210mm硅片尺寸的组件,以MAX 110KTL3-X LV逆变器为例,每路MPPT最大输入电流为32A,故每路MPPT只能接一串210mm硅片尺寸的组件,因为逆变器为10路MPPT,所以整机最多可接10串组串,即每路MPPT下接一串。若1路MPPT接入了2串组串,根据并联增加电流,此时理论峰值电流值为34.66A,逆变器会将工作电流限制在32A,会对发电量造成一定损失。

  结合上述条件下组串范围计算,一串最大接入26块,整体考虑建议24块一串,单串功率为24*540=12.96kW,在接入10串组串的状况下,亦能满足工商业项目需求。

  另外,在实际应用中,也有一套比较常用的算法,在逆变器的参数上,可以看到额定输入电压值,所以也可以根据这个值简单地计算。原则上逆变器Vmppt电压越接近额定工作电压,效率越高,发电量收益越好,则串联数量最佳。


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