关于传统直流电源优化器的 10 大最常见误解：第 1 部分

关于传统直流电源优化器的 10 大最常见误解：第 1 部分

最近的一项大学研究得出结论，  SMA ShadeFix 优化 优于传统的模块级优化器，包括在部分阴影阵列中。这可能会让大多数美国太阳能安装商感到惊讶，其中模块级电力电子 (MLPE) 供应商在住宅光伏排名中名列前茅。但是，传统的、基于模块的优化并不是世界其他地方的标准。为什么会这样？在这个由三部分组成的系列中，我们将揭穿常见的误解，并阐明 MLPE 技术如何影响性能。

 

了解传统直流优化器技术

要了解电源优化器的工作原理，首先需要了解电源优化器实际上只是一个具有内置通信功能的降压-升压转换器。降压-升压转换器是一种直流到直流转换器，其输出电压幅度大于或小于输入电压幅度。它通过简单地向上或向下调节直流电压来运行。现代串式逆变器也内置了这个组件，但它通常被称为最大功率点跟踪 (MPPT) 输入。

基于功率优化器的系统架构实际上是建立在串式逆变器拓扑结构之上的。成组的 PV 模块以串联方式连接在一起。主要区别在于逆变器的 DC:DC 级不是内置于逆变器中，而是分布在整个光伏阵列中。功率优化器实际做的是“优化”串电压以匹配逆变器的设计输入电压（单相系统的典型输入电压为 380 或 400 Vdc）。

有道理，对吧？好的，现在进入神话：

 

误区 #1） 功率优化器为遮蔽的光伏阵列产生更多能量

这个神话是基于营销声称功率优化器在一个或一个时产生更多功率 更多模块被遮蔽。虽然这种说法的基础是正确的，但更多的功率并不总是会产生更多的能量输出。请允许我解释一下：正如我上面提到的，功率优化器的功能与现代串式逆变器上的 DC:DC 级相同——主要区别在于它们分布在整个阵列中，而不是内置于逆变器中。类似于现代串式逆变器的最大功率点跟踪器，功率优化器调整光伏模块的工作电压以匹配运行逆变器所需的直流串电压。当串中的一个或多个 PV 模块变得严重阴影（相对于串中的其他模块）时，功率优化器的功能表现得非常像 MPPT，因为通过 PV 模块的那些阴影部分的电流路径基本上已被绕过（不是通过优化器，而是通过 PV 模块旁路二极管）。因此，功率优化器将根据阴影模块的降低电压输出在最大功率点运行 (1/3) 或 (2/3) 模块。

现在，考虑一天中阴影最长的时间是清晨和傍晚。在一天中的这些时间里，辐照度也是最低的。因此，早上 4-5% 的  不会转化为非常多的额外能量 输出. 事实上，多项研究表明，优化器每天全天降压和升压的内部功耗超过了一天早晚收获的额外能量。如果一个或多个模块在一天当中被严重遮挡，则功率优化器只会在能量产量方面带来有意义的好处。在这种情况下，我会首先质疑将模块放置在该位置的价值。如果整个阵列被均匀遮蔽（例如来自云），则功率优化器不会贡献任何有意义的额外功率或能量。

 

误区 #2）传统电源优化器产生的额外能量多于它们消耗的能量

功率优化器会受到与运行机载电力电子设备和电力线通信相关的皮重损失的影响从 PV 模块吸取能量  光伏组件正在运行。此外，电源优化器几乎每天全天不断地降压或升压。请记住：与真正独立运行的微型逆变器不同，功率优化器的工作是在允许串中的聚合组与运行逆变器所需的直流母线电压（380 或 400V）相匹配的电压下运行模块。在次优操作条件下（例如，当存在模块不匹配或阴影时），优化器被迫调整其工作电压，从而降低优化器效率。运行条件越差，优化器的效率就会相应下降，因为设备被迫更加努力地工作以调整电压。

而且，还有增加的电压降（电源优化器数据表中没有说明）。功率优化器为其连接的每个模块增加 8.84 英尺的额外 12 AWG 电缆（包括输入和输出电缆）。在阳光充足的情况下，仅这根额外的电缆就会使每个优化器损失约 0.27 伏的电压降。在一个 12 kWp 的系统中，这超过 145 瓦的功率损失，这相当于每年超过 265 千瓦时的太阳能发电损失，仅由于额外的布线。注意：此计算未考虑与每个电源优化器的额外四个连接器相关的增加的电阻损耗。

归根结底，电厂所有者最关心的是节约，这与能源产量直接相关。

 

误区 3）合规性需要功率优化器（或微型逆变器）

这是一个错误的叙述，经常被误解。也许有一天我会写一篇关于快速关闭是如何发生的全部内容，但与此同时，我只想说这一要求的主要受益者是 MLPE 公司，而不是第一响应者。NEC 需要阵列边界内外的受控导体。对于典型的 PV 模块结构，有两种实用的方法可以在阵列边界内满足 NEC 690.12 快速关闭的要求。第一个是 690.12.(B)(2)(1)：光伏阵列必须列为 快速关闭光伏阵列。这意味着什么？这意味着设备必须符合 UL 标准 3741 或类似标准。快速关闭光伏阵列 （ 也称为 光伏危险控制阵列 在 2020 代码中）已通过与急救人员安全交互的认证，是设计和构建符合代码的系统的成本最低、最可靠的方法。符合阵列边界内快速关闭的第二种方法是 NEC 690.12(B)(2)(2)，它要求在 30 秒内将阵列内的电压降低到 80 伏以下。这是大多数 MLPE 设备使用的合规路径。然而，这种方法的问题在于它只指定了一个电压限制，而它实际上是危险和危及生命的电流。该路径需要冗余模块级开关，以从根本上断开相邻 PV 模块的串联连接。然而，这种方法也存在安全漏洞，而 PV 模块本身可能具有高于 80 伏的工作电压。因此，如果急救人员接触到 PV 模块本身内的电路（当模块燃烧或斧头或工具要穿透 PV 模块玻璃时，这当然是可能的），她/他可能会不仅暴露在超过 80V 的电压下，而且还暴露在危险的电流水平下。因此，只有符合规范的第一种方法 690.12(B)(2)(1) 才能确保 整个 光伏阵列已经过急救人员的安全交互评估。

 

误区 #4）功率优化器检测“故障”光伏模块

要理解这个误区，首先必须了解光伏组件何时以及如何发生故障。仅此主题就值得单独撰写一篇文章，但简而言之，光伏模块的故障率非常低——尤其是与功率优化器的故障率相比时。

模块故障的主要原因包括：

#1) 啮齿动物或电线管理对电缆造成的损坏。这通常会导致接地故障或电弧故障。在任何一种情况下，整个光伏电站都将（或应该）离线。优化器不会对这种情况产生影响。

#2) 导致焊接失败、分层或湿气进入的环境压力。结果通常是 PV 模块内部短路。这种情况（应该）被逆变器的 AFCI 电路检测到，并且会导致整个光伏电站在这种情况持续存在时无法运行。优化器不会对这种情况产生影响。

#3) 由于附近物体的“硬”阴影导致的热点。功率优化器不会阻止这种情况。只有模块放置的系统设计最佳实践才能防止这种情况发生。

可悲的事实是，大多数安装人员使用功率优化器内置的模块级监控传感器来检测——猜猜看——失败的功率优化器！

 

误区 5）传统电源优化器的效率为 99%

虽然系统中的电源逆变组件（即逆变器）可能具有 99% 的“CEC 加权效率”（实际上是 98.8%，但 CEC 将其四舍五入到下一个半个百分点），但没有标准化的测试方法或验证模块级功率优化器的“CEC 效率”。数据表可能会列出功率优化器的“加权效率”，但这是一个营销术语，没有任何通用定义或标准化测试，如“CEC 或欧盟加权效率”。虽然优化器的一个运行点可能以 99% 的效率运行，但大多数运行点的运行效率可能远低于 99%，这归因于您的 PV 系统中的额外损失。

实际组串电压与逆变器固定工作电压（也称为“优化电压”）的距离越远，光伏组串的效率就越低。