2024年电力电子优化运行的部分遮荫光伏发电机的性能
报告IEA-PVPST13-27:2024 部分阴影光伏发电系统采用优化电力电子装置的性能2024 PVPS 任务13光伏系统的可靠性与性能 任务13光伏系统可靠性与性能——优化电力电子控制下的部分遮阴光伏发电器性能 IEAPVPSTCP✁什么？ 国际能源署（IEA），成立于1974年，✁经济合作与发展组织（OECD）框架内的独立机构。技术合作项目（TCP）的创建✁基于一种信念，即能源安全与可持续性的未来始于全球合作。这些项目由来自政府、学术界和工业界的6000名专家组成，他们致力于推进共同研究和特定能源技术的应用。 国际能源署光伏发电系统计划（IEAPVPS）✁国际能源署（IEA）内的一个合作计划，成立于1993年。该计划的使命✁“加强国际合作，促进光伏太阳能作为可持续能源系统转型基石的作用。”为实现这一目标，该计划参与者已在光伏发电系统应用领域开展多种联合研究项目。整个计划由一个执行委员会领导 ，该委员会由每个国家或组织成员派出一名代表组成，该委员会指定不同的“任务”，这些任务可能✁研究项目或活动领域。 国际能源署光伏计划参与国家有澳大利亚、奥地利、比利时、加拿大、中国、丹麦、芬兰、法国、德国、以色列、意大利、日本、韩国、马来西亚、摩洛哥、荷兰、挪威、葡萄牙、南非、西班牙、瑞典、瑞士、泰国、土耳其和美利坚合众国。欧盟委员会、欧洲太阳能光伏产业协会、新加坡太阳能研究所和EnercitySA也✁成员。 访问我们：www.iea-pvps.org 什么✁IEAPVPS任务13？ 在ieapvpn框架内，任务13旨在为致力于提高光伏组件和系统运行性、可靠性和质量的市场参与者提供支持。该项目中收集的不同气候区光伏系统的运行数据将有助于为评估当前光伏可靠性和性能状况提供基础。 任务13的一般设置提供了一个通用平台，用于总结和报告在各种环境和应用中对光伏系统质量、性能、可靠性和寿命产生影响的技术方面。通过跨越国界合作，我们都能够利用每个成员国的研究和经验，并将这些知识结合和整合为最佳实践和方法的宝贵总结，以确保光伏系统能够最佳运行，并持续提供具有竞争力的投资回报。 任务13目前已经成功创建了用于计算各种参数的框架，这些参数可以指示光伏组件和系统的质量。该框架现已就位，光伏行业可以使用它，该行业对高质量报告中包含的结果表示赞赏。 参与任务13的IEAPVPS国家有澳大利亚、奥地利、比利时、加拿大、智利、中国、丹麦、芬兰、法国、德国、以色列、意大利、日本、荷兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士、泰国和美利坚合众国。新加坡太阳能研究所也✁一个参与成员。 免责声明 国际光伏与聚光太阳能技术合作计划（IEAPVPSTCP）在国际能源署（IEA）的赞助下组织，但在职能和法律上✁自主的。IEAPVPSTCP的观点、发现和出版物不一定代表IEA秘书处或其单个成员国或地区的观点或政策。 封面图片 德国Dettingen的独立屋，靠近康斯坦茨（照片由FranzBaumgartner拍摄）。ISBN978-3-907281-64-2：采用优化电力电子的部分遮蔽光伏发电器的性能 国际能源署光伏发电系统计划 IEA光伏系统计划任务13光伏系统可靠性与性能 部分阴影光伏发电系统采用优化电力电子装置的性能 ✲告IEA-PVPST13-27:2024202 4年11月 978-3-907281-64-2 作者 主要作者 贡献者 弗朗茨·鲍姆加特纳，瑞士苏黎世应用科技大学，瑞士西里尔·艾伦斯帕赫，瑞士苏黎世应用科技大学，瑞士 EbrarÖzkalay，SUPSIPVLab，Mendrisio，瑞士MatthewBerwind，弗劳恩霍夫研究所ISE，弗里堡，德国AnnaHeimsath，弗劳恩霍夫研究所ISE，弗里堡，德国ChristofBucher，BFH，Burgdorf，瑞士 DavidJoss，BFH，Burgdorf，瑞士 SaraMirbagheriGolroodbari，乌得勒支大学，荷兰WilfriedvanSark，乌得勒支大学，荷兰 AlexanderGranlund，瑞典RISE研究机构，瑞典 FelipeValenciaArroyave，ATAMOSTEC和智利南美大学RolandBründlinger，奥地利技术研究院AIT，维也纳，奥地利WernerHerrmann，TÜV莱茵兰，科隆，德国 BertHerteleer，鲁汶天主教大学KU，ELECTA，根特，比利时 编辑器 乌尔里克·雅恩，弗劳恩霍夫CSP，哈雷，德国 目录 致谢7 缩略语列表.8 执行摘要.9 引言11 ✲影光伏系统与电力电子.13 2.1遮阳光伏组件.132.2耐遮阳光伏组 件..............................................................................142.3阵列逆变器（SINV）系统................... .........................................................172.4模块级电力电子（MLPE）系统.................................... .............182.5典型遮阳案例.21 室内测量结果.25 3.1直流/交流串式逆变器效率25 3.2直流/交流模块逆变器27 3.3直流/直流功率优化器.27 3.4直流/直流/交流系统31 3.5瞬态电力电子测量32 户外测量结果.38 4.1测试设置MLPE384.2测试设置耐 遮挡光伏组件.....................................................384.3MW电厂使用单轴跟踪器进行遮阳.............. ...........................41 年度模拟和性能.43 5.1商业模拟工具...............................................................................435.2ZHAWPVshade模拟... .............................................................................435.3ZenitFraunhoferISE模拟......................... ...............................................465.4遮阳耐受模块模拟.48 MLPE系统的优缺点50 6.1✎命与失效.506.2系统成本和LC OE......................................................................................526.3遮挡引起的过热效应................... ........................................................526.4安全与危害..................................................................... .........................546.5电磁辐射与兼容性.57 光伏安装商建议59 7.1按遮光严重程度分类✁系统.597.2方向和字符 串长度考虑事项......................................................667.3单轴跟踪的改进.................................... ..................................66 结论68 参考文献70 附录.76 致谢 本文得到来自几个IEA-PVPS任务13成员和其他国际专家的宝贵贡献。谨致谢忱： 主要作者感谢以下章节内容主要贡献者参与小组讨论： 第2.5章伊布拉·奥卡拉伊和瑞士SUPSIPVLab团队 第4.3章和5.4章SaraMirbagheriGolroodbari和WilfriedvanSark，乌得勒✯大学，荷兰 第4.4章和7.3章弗列佩·巴列那·阿尔瓦亚夫,ATAMOSTEC和智利奥胡尼大学第5.3章马修·伯温德和安娜·海姆斯萨特，弗劳恩霍夫协会，弗赖堡，德国第6.1和6.4章克里斯托夫·布彻和戴维·约斯，瑞士比尔丁夫，伯尔尼 第6.5章亚历山大·格兰伦德，瑞典研究机构，瑞典 非常感谢WernerHermann和BertHerteleer对完整文档的审查，以及他们宝贵的反馈。 瑞士联邦能源办公室对2021至2022年合同编号SI/502247-01下资助项目EFFPVShade及2023年开始的合同编号SH /8100380-02-01-46下资助项目WebPVshade在ZHAW工作中的✯持，✁本✲告第3、5.2和7.1章准备的重要关键。 对于第4.3章和第7.3章，我们高度赞赏CORFO技术项目17PTECES-75830ATAMOSTEC和安托法加斯塔大学能源发展中心（CDEA）为促进拉克图设施测试我们的技术发展所提供的✯持。 本✲告由德国联邦经济事务与气候行动部（BMWK）✲据合同编号03EE1120B提供✯持。 缩写列表 IEAPVDB SiSAEMPPDC/DC 直流/交流DC/DC/ACSINV 多字符串逆变器微型逆变器MLPE allMLPEindMLPE热点 无热点PVshad 国际能源署光伏 绕过设备遮光系数 着色适应效率最大功率点 直流电到直流电 直流电转换为交流电 直流电到直流电到交流电字符串逆变器 将每个只有一个MPP跟踪器✁字符串最终转换为交流电源将一个或几个光伏模块✁直流电转换为交流电 模块级电力电子 针对光伏组件串中所有元素✁MLPE ✃立MLPE放置在字符串中最✲暗✁元素处光伏组件内✁局部加热 在这种情况下，光伏组件不会发生局部加热 来自ZHAW✁模拟工具，用于✲影光伏电站✁性能分析 执行摘要 光伏发电机✁不均匀着色会导致不成比例✁高损耗。随着未来几十年屋顶或立面光伏发电✁潜力将越来越多地被利用，这些情况将会更加频繁发生。这里✁目标✁概述部分遮阳✁挑战和最先进✁技术解决方案。当前光伏工程✁发展表明，最佳性能在于优化组件布局、使用耐遮挡✁组件和优化电力电子✁组合。 在太阳能电池发现后不久，就使用了旁路二极管或阻塞二极管来解决串联或并联排列✁太阳能电池组✁非均匀电流问题。即使✁今天，它们对于大多数常见✁遮阳光伏应用仍然✁最高效和最坚固✁解决方案。 由于太阳能电池组件✁额定输出非常高，并且只有三个旁路二极管，局部遮阳✁太阳能电池可能会出现高温。这迫使热量通过相关✁激活旁路二极管在蝶形模块连接处高达200W或100W，这些热量必须由最遮阳✁电池耗散。如果在这个受影响✁电池中发生额外✁小面积缺陷，可能会出现热点峰值温度，这可能导致模块永久损坏或引发火灾风险。 然而，为了防止在这种情况下有三分之一✁模块输出丢失，所谓✁抗✲影光伏组件现在使用了四个或更多✁旁路二极管。通过使用更多✁旁路二极管，可以选择性地绕过模块中较小✁、效率较低✁区域。每个模块区域，也可以进行s，这会导致模块良率增加。通过每个旁道二极管✁小数量，热点效应也可以全面且稳健地预防，前提✁旁道二极管设计得当。首批制造商开始将这些耐✲影光伏模块投放市场。 如今，规划者还可以为系统集成✁下一步——即向电网并网，将各模块串联连接——选择不同✁电力电子系统。这 ✁将串联中✁所有模块经典串联连接到直流/交流串联逆变器（SINV）输入端✁方式，从而在弱✲影和中等✲影条件下获得最高收益率。例如，对于带烟囱或通风管✁弱✲影，即使在仅使用带有三个旁路二极体✁标准模块时，中午前后六个小时内，也
