对于一个光伏发电系【xì】统，我们都希望它能【néng】够始终保【bǎo】持在【zài】最大功率点工【gōng】作【zuò】，这样我【wǒ】们的投资收益才能【néng】够【gòu】实【shí】现最大化。但是一个光伏系【xì】统的工作是十分复杂的，往往不【bú】能够达到我们理想中【zhōng】的状态。
9-21-27日【rì】，在由【yóu】北极星太阳能光伏网主办【bàn】的“2017第三届【jiè】电站质量高【gāo】峰论【lùn】坛”上，来自固【gù】德威【wēi】太阳能学院的院长王五雷给【gěi】大家分享了“光伏系统在非最大【dà】功率【lǜ】点【diǎn】工作”的几种情况【kuàng】。他表示，在光伏电站的实际运行【háng】过【guò】程中，电【diàn】网调度要求、功【gōng】率【lǜ】因数限【xiàn】制、功率限制、电压【yā】超限等诸多因【yīn】素，都会导致【zhì】光伏系统无【wú】法在最大功率点【diǎn】工作。
明确最大功率点定义
由光伏组件的【de】I-U曲【qǔ】线可以看出光伏【fú】组件的输出曲线是非【fēi】线性的，在同样的光照条件下不同的工作电压【yā】具有不同的输出电流【liú】，这样【yàng】当光伏组件工作【zuò】在【zài】某一【yī】个特点【diǎn】的电压【yā】Ump时，它与光伏组件输出的【de】电流Imp的乘积【jī】即功率P达到【dào】最大值，这【zhè】个工作点就是【shì】最【zuì】大功率【lǜ】点。
电压-功率曲线图
电压-电流曲线图
如上电压【yā】-功率【lǜ】曲线图所示，曲线【xiàn】的最高点【diǎn】，就是我们始【shǐ】终希望光伏系统【tǒng】的工作点，而逆变器【qì】寻【xún】找这个最高【gāo】点的过程就是【shì】我【wǒ】们熟知的MPPT(最大功率点跟踪)。只有【yǒu】当逆变器【qì】追【zhuī】踪到了这个点，并将【jiāng】它转换出来，才能得到我们想要的最大功率【lǜ】。
对于光伏系【xì】统而言【yán】，高效运行，往往还【hái】有其他【tā】几个前提，即安全（包括人身安全和电【diàn】网安全），稳定（无故障运行【háng】），连续（无非故障停机）。没有这三【sān】个前提，单【dān】纯【chún】追【zhuī】求高效的【de】转【zhuǎn】换，是不【bú】科学也是不现【xiàn】实的。
光伏发电系【xì】统在”非【fēi】最【zuì】大【dà】功率点工作状态“的情况，主要有以下【xià】7种：
1、防逆流
目前【qián】，还有很多【duō】地方，由【yóu】于不同【tóng】的原因，导致光伏发电【diàn】只能自发自【zì】用，余【yú】电不允许送入电网。此时【shí】，电网公【gōng】司要求光伏并【bìng】网光伏系统安装“防逆流”装置【zhì】。
固德威单相机防逆流示意图
通过CT实【shí】时监测用电【diàn】情况，反馈给逆变器，一旦光伏发电【diàn】不【bú】能全【quán】部被【bèi】负载消耗掉，逆变器为了保【bǎo】证“不给电网送电【diàn】”，需要【yào】限制自身的功率【lǜ】输出。这【zhè】种状【zhuàng】态，是【shì】非常典型的一种“非最大功率【lǜ】工作状【zhuàng】态”。
2、过压降载(交流侧)
光伏发电系统并入电网之后，会【huì】抬升电网电压，若该【gāi】地区电网消【xiāo】纳【nà】能力有限，或线路损失【shī】太大【dà】，就要面临过压【yā】降【jiàng】载的问题。根据【jù】NBT-32004的【de】光伏逆变器国家标【biāo】准，当电【diàn】网电【diàn】压在正常范围(187V~242V)时，逆变器方可正常并网运【yùn】行。
但【dàn】当电网【wǎng】电压高于设定的限【xiàn】值时(设定限值要考【kǎo】虑安【ān】全规范，也要【yào】结合负载【zǎi】、相关保护器件的耐压值【zhí】)，为了保证光伏系统继【jì】续发【fā】电，而【ér】不是直接脱网，需【xū】通过限制逆【nì】变器的输出功率来【lái】达【dá】到目的，在这种状态【tài】下，逆变器【qì】实时【shí】跟踪组件的功率曲线，并【bìng】选取“能【néng】够保证电压不超限【xiàn】”的【de】功率【lǜ】点来输【shū】出，进而系统将工作在【zài】“非最大功率点”的状态。
这种情【qíng】况是【shì】大家所不【bú】想看到的，也有一些解决方【fāng】案【àn】。但是【shì】这种状态实【shí】际上对收益仍【réng】旧是有保障的。
3、直流超配限载
“超配比”已经是【shì】为光伏人广泛【fàn】接受【shòu】的【de】概，这个概念指的是组【zǔ】件对【duì】比逆【nì】变器的额定功率【lǜ】比。实际光伏系统设计“超【chāo】配”可以提高我们【men】的投资【zī】收益。当然，不【bú】同光照【zhào】地区，如一【yī】类、二类、三类地区，建议的超配【pèi】比也不同。
如果超配过大，则会出现下图的情况：
直流侧限载监控图
因此，结合【hé】不同地区的【de】光【guāng】照情况，合理设计“超【chāo】配比”，可以避免【miǎn】光伏系统的“非最大功【gōng】率工作状【zhuàng】态”。
4、阴影遮挡
阴影遮挡对PR具有很大影【yǐng】响。如图中所【suǒ】示【shì】，绿色曲【qǔ】线是无遮挡【dǎng】、光【guāng】照正常的情况下，组件【jiàn】的功率特性曲线。红色曲线是【shì】在阴影【yǐng】遮挡【dǎng】的时候，组【zǔ】件的功率特性【xìng】曲线会出现多【duō】波峰的情况。
不同时间段MPPT追踪示意图
当【dāng】逆变【biàn】器遇【yù】到【dào】这种【zhǒng】情况（阴影【yǐng】遮挡）时，如果逆变【biàn】器没【méi】有合适的“阴影【yǐng】扫描算法”，使用常规的算法会难以找到【dào】最大功率点【diǎn】。同时，由于具有多个【gè】波峰，波峰高度不同，逆【nì】变器可能追【zhuī】到到最低的那【nà】个点，系统损失相对更大。另外，尽管一些逆变器能【néng】够在电压【yā】范围内全局扫【sǎo】描【miáo】追踪最大功【gōng】率【lǜ】点，保证光【guāng】伏【fú】系统的输出。实际上最好的方案还【hái】是没有阴影遮挡。
5、政策限载或电网调度
政策限载或接受【shòu】电网【wǎng】的调度，也是光伏系【xì】统工作在非最大【dà】功率状态的【de】重【chóng】要原【yuán】因。以德国政府为例，2013年在VDE-AR-N4105规范中提【tí】出，要求所有的逆变器必须兼容电【diàn】网给【gěi】的通【tōng】讯的指【zhǐ】令，要求光伏【fú】电站【zhàn】按照装机容【róng】量【liàng】的70%发电运【yùn】行或者接受电【diàn】网调度。并且在新【xīn】的德国【guó】安规【guī】中可能会作为强制要求项，在电网发出该指令时，逆变【biàn】器会出现不【bú】工作最大【dà】功率点的情况。
同时【shí】随着能源互【hù】联网、微电网等局域性独立电网概【gài】念的提出【chū】，为【wéi】确保整个系【xì】统的稳【wěn】定运行，光伏系统也可能【néng】频【pín】繁出现不工作【zuò】在【zài】最大功率【lǜ】点的情况。
6、无功补偿
在【zài】工商业分布式应用【yòng】领域，会【huì】有【yǒu】一部分项目前【qián】期设计时【shí】，没有充【chōng】分【fèn】考虑并网点问题以及厂区现有的无功补偿【cháng】条件【jiàn】。尽管逆变器能够承【chéng】担一定【dìng】的无功补偿功能，但【dàn】这会【huì】导致有功输出降低【dī】。
7、储能场景
未来，光伏发电系统或许会和储能有【yǒu】更【gèng】多的结合。当白天日光充沛时，将光伏系统所发的电，存【cún】储于蓄【xù】电池，晚【wǎn】上用电【diàn】高峰期便【biàn】可以使用。但是【shì】蓄电【diàn】池的充【chōng】放电【diàn】会有一些损耗。逆变器此时需要担负检测负载用电【diàn】需求的【de】重【chóng】任。
光伏系【xì】统是【shì】极其【qí】复杂【zá】和多样【yàng】的。表面上看，电网调【diào】度【dù】要求、功【gōng】率【lǜ】因数限制、功率限制、电压超限【xiàn】等限制因素会影【yǐng】响投资收益【yì】。事【shì】实上，却【què】是为了保证电网稳定、或满足负载【zǎi】需求【qiú】、甚至是偶【ǒu】尔需要通过限功率保证系统正常工作的必要手【shǒu】段。
