เชิงนามธรรม
ความไม่ตรงกันของโมดูลเป็นหนึ่งในปัญหาคอขวดทางเทคนิคหลักที่จำกัดการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) สาระสำคัญของมันคือ "เอฟเฟกต์แบบถัง" ที่เกิดจากกระแสเอาต์พุตที่ไม่สอดคล้องกันของโมดูล PV ในวงจรอนุกรม ตามสถิติจากโครงการระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PVPS) ของสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) การสูญเสียการผลิตไฟฟ้าโดยเฉลี่ยทั่วโลกเนื่องจากความไม่ตรงกันในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์อยู่ในช่วงตั้งแต่ 5% ถึง 15% และอาจเกิน 20% ในโรงงานที่มีภูมิประเทศที่ซับซ้อนหรือมีการดำเนินงานและการบำรุงรักษาที่ไม่ดี ความแตกต่างของมุมเอียงเป็นสาเหตุหลักที่สุดของความไม่ตรงกันในสถานการณ์การติดตั้งที่ซับซ้อน เช่น พื้นที่ภูเขาและหลังคา ซึ่งคิดเป็นประมาณ 40%-60% ของการสูญเสียที่ไม่ตรงกันทั้งหมด
1.หลักการพื้นฐานและกลไกทางกายภาพของโมดูล PV ที่ไม่ตรงกัน
คุณลักษณะเอาท์พุตของโมดูล PV ถูกกำหนดโดยเส้นโค้งแรงดันไฟฟ้า (I-V) ในปัจจุบันและเส้นโค้งกำลัง-แรงดันไฟฟ้า (P-V) ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน (STC: การฉายรังสี 1,000 วัตต์/ตร.ม. อุณหภูมิเซลล์ 25 องศา สเปกตรัม AM1.5) โมดูลเดียวจะมีจุดกำลังไฟฟ้าสูงสุด (MPP) ที่เป็นเอกลักษณ์
กระแสลัดวงจร- (Isc) ของโมดูล PV เป็นสัดส่วนโดยประมาณกับรังสีดวงอาทิตย์ที่ตกกระทบบนพื้นผิวเซลล์ซึ่งเป็นพื้นฐานทางกายภาพหลักสำหรับความไม่ตรงกันในปัจจุบันที่เกิดจากความแตกต่างของมุมเอียง สูตรแสดงเป็น:
Isc µ Isc_STC ×(G/GSTC)
ที่ไหน:
• Isc: กระแสไฟฟ้าลัดวงจร-ตามจริง (A)
• Isc_STC: กระแสไฟฟ้าลัดวงจร-ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน (A)
• G: การฉายรังสีที่เกิดขึ้นจริง (W/m²)
• G_STC: การฉายรังสีทดสอบมาตรฐาน (1000W/m²)
เมื่อหลายโมดูลเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมเพื่อสร้างสตริง ตามกฎปัจจุบันของ Kirchhoffโมดูลทั้งหมดในวงจรอนุกรมจะต้องทำงานที่กระแสเดียวกัน; ในขณะที่แรงดันไฟฟ้ารวมของสตริงเท่ากับผลรวมของแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของแต่ละโมดูล คุณลักษณะนี้กำหนดว่าระบบอนุกรมมีความไวอย่างมากต่อความแตกต่างในปัจจุบัน
1.2 กลไกหลักของปรากฏการณ์ที่ไม่ตรงกัน
"เอฟเฟกต์ลำกล้อง" (หรือเรียกอีกอย่างว่า "จุดอ่อนที่สุด" หรือ "เอฟเฟกต์คอขวด") เป็นการเปรียบเทียบที่สมบูรณ์แบบสำหรับสิ่งที่เกิดขึ้นในโมดูล PV ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม- ลองนึกภาพถังหลายถังที่เชื่อมต่อกันด้วยโซ่ ซึ่งแต่ละถังมีความจุต่างกัน ปริมาณน้ำที่สามารถไหลผ่านทั้งระบบถูกจำกัดด้วยถังที่มีความจุน้อยที่สุด-ไม่ว่าน้ำอื่นๆ จะมีขนาดใหญ่แค่ไหนก็ตาม
ในสตริง PV โมดูลจะเชื่อมต่อทางไฟฟ้าแบบอนุกรม ซึ่งหมายความว่ากระแสไฟฟ้าเดียวกันจะต้องไหลผ่านโมดูลทั้งหมด โมดูลที่ได้รับรังสีน้อยที่สุด (เนื่องจากมุมไม่เหมาะ) จะสร้างกระแสไฟฟ้าต่ำสุด วิธีนี้จะบังคับกระแสของสตริงทั้งหมดให้ตรงกับประสิทธิภาพต่ำสุด ส่งผลให้โมดูลที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า-ทำงานต่ำกว่าศักยภาพ การสูญเสียพลังงานอาจเกิดขึ้นได้มาก ซึ่งเกินกว่าผลรวมทั่วไปของการลดแต่ละครั้ง
2. สาเหตุหลักของโมดูล PV ไม่ตรงกัน
สาเหตุของความไม่ตรงกันของโมดูลมีความซับซ้อนและหลากหลาย และสามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท: ความไม่ตรงกันแต่กำเนิด และความไม่ตรงกันที่ได้มา
2.1 ไม่ตรงกันแต่กำเนิด: ความแตกต่างของพารามิเตอร์จากโรงงาน
แม้แต่โมดูลที่ผลิตในชุดเดียวกันก็ยังมีความแตกต่างเล็กน้อยในพารามิเตอร์ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น ความบริสุทธิ์ของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ และความผันผวนของกระบวนการผลิต ผู้ผลิตโมดูลมักจะดำเนินการจัดลำดับพลังงาน (binning) บนโมดูล แต่โมดูลภายในถังจ่ายไฟเดียวกันอาจยังคงมีความแตกต่างในปัจจุบันภายใน ±2.5%
การสูญเสียที่ไม่ตรงกันที่เกิดจากความแตกต่างของพารามิเตอร์จากโรงงานมักจะอยู่ที่ 2%-3% ซึ่งเป็นการสูญเสียที่ไม่ตรงกันขั้นพื้นฐานซึ่งไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้อย่างสมบูรณ์ในระบบ PV ทั้งหมด
2.2 ความไม่ตรงกันที่ได้มา: สภาพแวดล้อมในการทำงานและปัจจัยการดำเนินงานและการบำรุงรักษา
นี่คือสาเหตุหลักว่าทำไมการสูญเสียที่ไม่ตรงกันของระบบจริงจึงมากกว่าค่าพื้นฐานมาก โดยเฉพาะรวมถึง:
• มุมเอียงและมุมแอซิมัทไม่สอดคล้องกัน(จะมีการวิเคราะห์เชิงลึกด้านล่าง)
• การแรเงาไม่ตรงกัน: แก้ไขการแรเงาจากอาคารโดยรอบ ต้นไม้ ภูเขา ฯลฯ และแรเงาแบบไดนามิกจากเมฆ นก ฯลฯ
• ความสกปรกและความชราไม่ตรงกัน: ความสกปรกที่ไม่สม่ำเสมอ เช่น ฝุ่น หิมะ มูลนกบนพื้นผิวโมดูล และความแตกต่างของอัตราการเสื่อมสภาพหลัง-การทำงานระยะยาว
• อุณหภูมิไม่ตรงกัน: อุณหภูมิไม่สม่ำเสมอที่เกิดจากสภาวะการกระจายความร้อนที่แตกต่างกันของโมดูล
3.-กลไกเชิงลึกและการวิเคราะห์เชิงปริมาณของความไม่ตรงกันที่เกิดจากความแตกต่างของมุมเอียง
มุมเอียงที่ไม่ตรงกันหมายถึงมุมเอียงในการติดตั้งที่ไม่สอดคล้องกัน (มุมระหว่างระนาบโมดูลและระนาบแนวนอน) ของโมดูลที่แตกต่างกันในสตริงซีรีส์เดียวกัน ส่งผลให้แต่ละโมดูลได้รับรังสีแสงอาทิตย์ในปริมาณที่แตกต่างกัน และทำให้กระแสไฟขาออกแตกต่างกันด้วย นี่เป็นประเภทที่ไม่ตรงกันที่พบบ่อยที่สุดและมองข้ามได้ง่ายในระบบ PV บนภูเขาและระบบ PV บนหลังคาแบบกระจาย
3.1 เหตุผลหลักที่ความแตกต่างของมุมในการติดตั้งทำให้สิ่งนี้รุนแรงขึ้น:
• ความแปรผันของการฉายรังสี: โมดูลที่เอียงในมุมที่แตกต่างกันจะจับแสงแดดโดยตรงน้อยลง โดยเฉพาะในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน ตัวอย่างเช่น บนหลังคาลาดเอียงที่มีระยะพิทช์ต่างกัน โมดูลที่หันหน้าไปทางทิศใต้-ที่มีความลาดเอียงที่เหมาะสมที่สุดอาจทำงานได้ดี ในขณะที่โมดูลอื่นๆ ที่มุมที่ตื้นกว่าหรือชันกว่ามีประสิทธิภาพต่ำกว่า
• ผลกระทบรายวันและตามฤดูกาล: มุมไม่เพียงส่งผลต่อเอาท์พุตสูงสุดเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อประสิทธิภาพตลอดทั้งวันอีกด้วย การเอียงที่ไม่สม่ำเสมอ-ทำให้เกิดเส้นโค้ง IV ที่ไม่ตรงกัน (คุณลักษณะของแรงดันไฟฟ้า-ในปัจจุบัน) ซึ่งทำให้เกิดการสูญเสียที่ไม่ตรงกันมากขึ้น
• ประกอบกับปัจจัยอื่นๆ: ความแตกต่างของมุมอาจทำให้เอฟเฟกต์แรเงาหรือการไล่ระดับอุณหภูมิแย่ลง เนื่องจากโมดูลที่ทำมุมไม่ดีอาจทำให้ความร้อนแตกต่างออกไป.
3.2 ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างความแตกต่างของมุมเอียงและกระแสเอาต์พุตของโมดูล
เราสามารถหาความสัมพันธ์ระหว่างผลต่างของมุมเอียงและผลต่างของกระแสได้โดยการคำนวณการแผ่รังสีของระนาบทั้งหมดที่มุมเอียงต่างๆ อย่างแม่นยำ การบริเวณละติจูด 30 องศาเหนือ(ลุ่มแม่น้ำแยงซีในประเทศจีน) เป็นตัวอย่าง ตารางต่อไปนี้แสดงการแผ่รังสีรวมต่อปีและความแตกต่างของกระแสลัดวงจร-สำหรับมุมเอียงในการติดตั้งที่แตกต่างกันโดยสัมพันธ์กับมุมเอียงที่เหมาะสมที่สุด (ประมาณ 30 องศา ):
มุมเอียงการติดตั้ง ( ระดับ ) | การฉายรังสีรวมประจำปี (กิโลวัตต์-ชั่วโมง/ตร.ม.) | ความต่างของการฉายรังสีสัมพันธ์กับมุมเอียงที่เหมาะสมที่สุด (%) | ลัดวงจร-ส่วนต่างกระแสไฟของวงจร (%) |
| 10 | 1285 | -12.3 | -12.3 |
| 15 | 1352 | -7.7 | -7.7 |
| 20 | 1401 | -4.4 | -4.4 |
| 25 | 1432 | -2.3 | -2.3 |
| 30 (เหมาะสมที่สุด) | 1466 | 0 | 0 |
| 35 | 1451 | -1.0 | -1.0 |
| 40 | 1420 | -3.1 | -3.1 |
| 45 | 1373 | -6.3 | -6.3 |
| 50 | 1312 | -10.5 | -10.5 |
ข้อสรุปที่สำคัญ:
1. ในพื้นที่ละติจูด 30 องศา N ทุกๆ 5 องศาจากมุมเอียงที่เหมาะสมที่สุด ค่าการฉายรังสีต่อปีจะลดลงประมาณ 2%-4% ซึ่งสอดคล้องกับกระแสลัดวงจรที่ลดลง 2%-4%
2. เมื่อความแตกต่างของมุมเอียงถึง 20 องศา (เช่น 30 องศา กับ 10 องศา ) ผลต่างกระแสไฟรายปีอาจเกิน 12%
3. ความแตกต่างในปัจจุบันในขณะนั้นมีขนาดใหญ่กว่าความแตกต่างโดยเฉลี่ยรายปีมาก. ตัวอย่างเช่น ในตอนเที่ยงของครีษมายัน มุมความสูงของดวงอาทิตย์จะอยู่ที่ประมาณ 83.5 องศา ซึ่งในเวลานั้นการแผ่รังสีโดยตรงที่ได้รับจากโมดูลที่มีมุมเอียง 10 องศาจะสูงกว่าที่ได้รับจากโมดูลที่มีมุมเอียง 30 องศาประมาณ 15% ในขณะที่ตอนเที่ยงของครีษมายัน มุมความสูงของดวงอาทิตย์จะอยู่ที่ประมาณ 36.5 องศา และการฉายรังสีโดยตรงที่ได้รับจากโมดูลที่มีมุมเอียง 10 องศาจะต่ำกว่าที่ได้รับจากโมดูลที่มีมุมเอียง 30 องศาประมาณ 25%
4. การเปรียบเทียบโซลูชันหลักสำหรับโมดูลที่ไม่ตรงกัน
เพื่อมุ่งไปที่ปัญหาความไม่ตรงกันของโมดูล จึงมีการพัฒนาโซลูชันต่างๆ ในอุตสาหกรรมซึ่งมีแนวคิดหลักคือทลายข้อจำกัดที่ว่า “กระแสอนุกรมต้องสม่ำเสมอ”หรือลดความแตกต่างในปัจจุบันให้เหลือน้อยที่สุด.
4.1 การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบพิเศษสำหรับมุมเอียงที่ไม่ตรงกัน
นี่เป็นโซลูชันพื้นฐานและต้นทุนต่ำที่สุด- และยังเป็นมาตรการที่โครงการทั้งหมดควรใช้เป็นอันดับแรก:
1. ใช้หลักการ "มุมเอียงเดียวกัน สายเดียวกัน" อย่างเคร่งครัด: นี่คือกฎทองในการป้องกันมุมเอียงที่ไม่ตรงกัน โมดูลที่มีมุมเอียงและมุมแอซิมัทเท่ากันควรเชื่อมต่อแบบอนุกรมโดยใช้สายเดียวกัน และโมดูลที่มีมุมเอียง/ทิศทางต่างกันจะต้องไม่เชื่อมต่อแบบอนุกรมด้วยกัน
2. ตัดความยาวสายให้สั้นลงพอสมควร: ในพื้นที่ที่มีความแตกต่างของมุมเอียงมาก การลดความยาวของสายอักขระให้เหมาะสม (จาก 22-24 โมดูลเป็น 18-20 โมดูล) สามารถลดช่วงการกระแทกที่ไม่ตรงกันได้
3. ปรับการแบ่งช่องสัญญาณ MPPT ของอินเวอร์เตอร์ให้เหมาะสม: เชื่อมต่อสายจากโซนมุมเอียงที่แตกต่างกันไปยังช่อง MPPT ที่แตกต่างกัน เพื่อให้ช่อง MPPT แต่ละช่องติดตามเฉพาะจุดกำลังสูงสุดของสายที่มีมุมเอียงเท่ากัน
4.2 สตริงอินเวอร์เตอร์: อินเวอร์เตอร์หลาย-MPPT
อินเวอร์เตอร์ส่วนกลางแบบเดิมมักจะมีช่อง MPPT เพียง 1-2 ช่อง ในขณะที่อินเวอร์เตอร์แบบสตริงสมัยใหม่มักติดตั้งช่อง MPPT อิสระหลายช่อง (6-12 หรือมากกว่านั้น) ช่อง MPPT แต่ละช่องสามารถติดตามจุดกำลังสูงสุดของสตริงที่แตกต่างกันได้อย่างอิสระ ซึ่งจำกัดผลกระทบของความไม่ตรงกันให้อยู่ที่ช่อง MPPT เดียว
ผลกระทบต่อมุมเอียงที่ไม่ตรงกัน: สามารถแก้ปัญหาความไม่ตรงกันระหว่างโซนมุมเอียงที่แตกต่างกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังไม่สามารถแก้ปัญหาความแตกต่างของมุมเอียงภายในสตริงในโซนเดียวกันได้
4.3 โมดูล-เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังระดับ (MLPE)
ปัจจุบันนี้เป็นโซลูชันทางเทคนิคที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการแก้ปัญหามุมเอียงที่ไม่ตรงกัน โดยส่วนใหญ่รวมถึงเครื่องมือเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานและไมโครอินเวอร์เตอร์:
1. เครื่องมือเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน
เครื่องมือเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานได้รับการติดตั้งที่ด้านหลังของแต่ละโมดูล ซึ่งสอดคล้องกับโมดูลหนึ่ง-ถึง- สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าในการทำงานของแต่ละโมดูลได้อย่างอิสระ ทำให้แต่ละโมดูลทำงานที่จุดพลังงานสูงสุดของตัวเอง จากนั้นจึงเอาต์พุตกระแสตรงไปยังวงจรอนุกรม
ผลกระทบต่อมุมเอียงที่ไม่ตรงกัน: สามารถกำจัดกระแสไฟฟ้าที่ไม่ตรงกันได้อย่างสมบูรณ์ซึ่งเกิดจากความแตกต่างของมุมเอียงภายในสตริง ทำให้แต่ละโมดูลสามารถส่งออกกระแสสูงสุดได้ ข้อมูลที่วัดได้แสดงให้เห็นว่าในโรงไฟฟ้าบนภูเขาที่มีมุมเอียงแตกต่างกันมาก การใช้ตัวเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานสามารถเพิ่มการผลิตไฟฟ้าได้ 15%-20%
2. ไมโครอินเวอร์เตอร์
ไมโครอินเวอร์เตอร์ได้รับการติดตั้งโดยตรงที่ด้านหลังของแต่ละโมดูล โดยแปลงเอาท์พุตไฟฟ้ากระแสตรงโดยโมดูลให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับโดยตรง จากนั้นจึงเชื่อมต่อแบบขนานกับโครงข่าย แต่ละโมดูลเป็นหน่วยผลิตไฟฟ้าอิสระ ปราศจากข้อจำกัดด้านกระแสต่อเนื่องแบบอนุกรมโดยสิ้นเชิง
ผลกระทบต่อมุมเอียงที่ไม่ตรงกัน: แก้ปัญหามุมเอียงที่ไม่ตรงกันทั้งหมดได้อย่างสมบูรณ์ และแต่ละโมดูลสามารถทำงานได้อย่างอิสระโดยไม่คำนึงถึงความแตกต่างของมุมเอียง
บริษัทของเราสามารถให้บริการโซลูชั่นและระบบที่สมบูรณ์ทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้น หากคุณต้องการโปรดติดต่อเรา!
ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยี PV โซลูชั่นสำหรับปัญหาความไม่ตรงกันของโมดูลจึงมีการคิดค้นและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง:
1. เทคโนโลยี MLPE ประสิทธิภาพสูงยิ่งขึ้น: ประสิทธิภาพการแปลงของ-เครื่องมือเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานรุ่นใหม่และไมโครอินเวอร์เตอร์เกิน 99% โดยลดการใช้พลังงานของตัวเองลงอีก-และต้นทุนลดลงอย่างต่อเนื่อง
2. เทคโนโลยีโมดูลอัจฉริยะ: การรวมตัวเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานหรือไมโครอินเวอร์เตอร์เข้ากับโมดูลเพื่อสร้างโมดูลอัจฉริยะ ทำให้กระบวนการติดตั้งง่ายขึ้น และปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบ
3. เทคโนโลยีดิจิตอลทวิน: การใช้เทคโนโลยีแฝดดิจิทัลเพื่อสร้างแบบจำลองเสมือนจริงของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ จำลองการสูญเสียที่ไม่ตรงกันอย่างแม่นยำภายใต้สภาพการทำงานที่แตกต่างกัน และตระหนักถึงการเตือนล่วงหน้าและการควบคุมที่เหมาะสมที่สุด
4. เทคโนโลยีแบตเตอรี่ใหม่: เช่น โมดูลมุงหลังคา โมดูลที่ตัดครึ่ง- โมดูลที่แบ่งส่วน ฯลฯ จะช่วยลดผลกระทบของการแรเงาและไม่ตรงกันผ่านการแบ่งส่วนเซลล์และวิธีการเชื่อมต่อที่ปรับให้เหมาะสม ตัวอย่างเช่น โมดูลที่ตัดครึ่ง-สามารถลดการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากการแรเงาได้ประมาณ 50%
ความไม่ตรงกันของโมดูลเป็นปรากฏการณ์ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในระบบ PVซึ่งความแตกต่างของมุมเอียงเป็นสาเหตุหลักของความไม่ตรงกันในสถานการณ์การติดตั้งที่ซับซ้อนและการสูญเสียการผลิตพลังงานที่เกิดขึ้นอาจสูงถึงมากกว่า 15% ความแตกต่างของมุมเอียงทำให้เกิดกระแสเอาต์พุตของโมดูลที่ไม่สอดคล้องกันโดยตรง โดยส่งผลกระทบต่อปริมาณรังสีแสงอาทิตย์ที่โมดูลได้รับ จากนั้นจึงจำกัดการสร้างพลังงานของสายไฟทั้งหมดผ่าน "เอฟเฟกต์บัคเก็ต" ของวงจรอนุกรม
สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทต่างๆ ควรเลือกวิธีแก้ปัญหาที่ไม่ตรงกันที่เหมาะสมที่สุดตามปัจจัยต่างๆ เช่น สภาพภูมิประเทศ ขนาดความแตกต่างของมุมเอียง และงบประมาณการลงทุน โรงไฟฟ้าที่ติดตั้งภาคพื้นดิน-สามารถให้ความสำคัญกับอินเวอร์เตอร์สตริง MPPT หลายตัว สำหรับสถานการณ์ที่ซับซ้อน เช่น พื้นที่ภูเขาและหลังคาที่มีมุมเอียงมาก เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังระดับโมดูล-จะนำการปรับปรุงการผลิตไฟฟ้าที่สำคัญและผลตอบแทนจากการลงทุนมาใช้
