Effizienzmaximierung: Optimales String- und Kapazitätsverhältnis-Design für Wechselrichter

In einer Photovoltaikanlage (PV) ändert sich mit zunehmender Technologiereife das Kapazitätsverhältnis zwischen Modulen und Wechselrichtern. Das 1:1-Verhältnis ist nicht mehr anwendbar, da Faktoren wie Sonneneinstrahlung, Installationswinkel und Energieverluste verhindern, dass Module eine 100-prozentige Leistungseffizienz erreichen. Dies führt dazu, dass ein Teil der Leistungskapazität des Wechselrichters nicht ausreichend genutzt wird und verschwendet wird.

Wie gestaltet man den PV-String?

Wie viele PV-Module sollte jeder String enthalten?

Wie viele PV-Strings lassen sich optimal an einen Wechselrichter anschließen?

Modulparameter

Standardtestbedingungen (STC)

Beim Entwurf von PV-Strings werden typischerweise die elektrischen Parameter von Modulen unter STC-Bedingungen ausgewählt. Standardtestbedingungen für bodenmontierte Zellen oder Module sind: Luftqualität AM1,5, Sonneneinstrahlung 1000 W/m² und Zelltemperatur 25℃.

Temperaturkoeffizient der Leerlaufspannung des Moduls (Kv)

Der Temperaturkoeffizient Kv der Leerlaufspannung des Moduls ist ein negativer Wert. Diese Eigenschaft bedeutet, dass die Leerlaufspannung mit steigender Temperatur abnimmt und mit sinkender Temperatur zunimmt.

Auswirkungen der Temperatur auf die Leerlaufspannung des Moduls

Auswirkungen der Bestrahlungsstärke auf Modulspannung und -strom

Wechselrichterparameter

Max. Gleichspannung: Der maximale Eingangsspannungswert des Wechselrichters, der den Einfluss der tatsächlichen Temperatur auf die Leerlaufspannung des Moduls berücksichtigen muss.

Anzahl der MPPTs: Die an denselben MPPT angeschlossenen Strings müssen eine einheitliche Anzahl, Ausrichtung und einen einheitlichen Winkel aufweisen.

MPPT-Spannungsbereich: Der Vmppt-Spannungsbereich, innerhalb dessen der Wechselrichter arbeitet.

Nennspannung: Je näher der Wechselrichter an seiner Nennspannung arbeitet, desto höher ist der Wirkungsgrad und desto besser ist die Stromerzeugungsausbeute.

Effizienzkurve des Wechselrichters

Das Design des PV Die Zeichenfolge muss zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllen:

A. Die maximale Leerlaufspannung der in Reihe geschalteten PV-Module muss niedriger sein als die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters.

B. Die Spannung der in Reihe geschalteten PV-Module muss innerhalb des MPPT-Spannungsbereichs des Wechselrichters liegen.

Formel (1) Parameter Bedeutung:

Vdcmax: Maximale Eingangsspannung des Wechselrichters.

Formel (2) Parameter Bedeutung:

Vmpptmin: Minimale Eingangsspannung des MPPT des Wechselrichters.

Vmpptmax: Maximale Eingangsspannung des MPPT des Wechselrichters.

t′: Extrem hohe Temperatur am Aufstellungsort.

t: Extrem niedrige Temperatur am Installationsort.

Vpm: Spitzenleistungsspannung des Moduls.

Kv′: Temperaturkoeffizient der Spitzenleistungsspannung des Moduls.

Berechnung der Reichweite der an den Wechselrichter anschließbaren PV-Strings

Am Beispiel des MAX 80KTL3 LV-Wechselrichters und der 420-W-Module wird davon ausgegangen, dass die örtliche extrem niedrige Temperatur -25 °C und die extrem hohe Temperatur 50 °C beträgt; Die maximale Leerlaufspannung des Wechselrichters beträgt 1100 V und der MPPT-Spannungsbereich beträgt 200 bis 1000 V.

Formel (1): N≤19,44

Formel (2): 5,29≤N≤21,31

Daher liegt der Wert von N (gerundet) zwischen 6 und 19, was bedeutet, dass der Wechselrichter unter Berücksichtigung der örtlichen Umgebungstemperaturen 6 bis 19 Module in Reihe schalten kann.

Ermittlung des optimalen Wechselrichteranschlusses

Prinzip: Je näher die Vmppt-Spannung des Wechselrichters an der Nennbetriebsspannung liegt, desto höher ist der Wirkungsgrad und desto besser ist die Stromerzeugungsausbeute, sodass die Reihenschaltungsmenge optimal ist.

Design: Die Nennbetriebsspannung des MAX 80KTL3-X LV beträgt 600 V. Unter STC-Bedingungen beträgt die Vmp-Spannung des 420-W-Moduls 40,8 V. Die vorläufige Berechnung für die optimale Reihenschaltungsanzahl beträgt 600/40,8≈15 Module.

Daher ist der empfohlene Wert für das Verbindungsschema:

Anzahl MPPT * Anzahl PV-Strings pro MPPT * Optimale Reihenschaltungsanzahl

So berechnen Sie die Wechselrichterkonfiguration mit einer festen Anzahl von Modulen

Beispiel: Wie werden 94 400-W-Module mit Ausrichtung nach Norden und insgesamt 30 425-W-Module und 96 420-W-Module mit Ausrichtung nach Süden an den MAX 80KTL3 LV-Wechselrichter angeschlossen, um die beste Effizienz zu erzielen?

Analyse:

Der Wechselrichter verfügt über 7 MPPTs, die 7 verschiedene Modulserienmengen mit gleichbleibenden Stringmengen unter jedem MPPT ermöglichen.

Das Konstruktionsprinzip besteht darin, dass jede Gruppe eine Serienanzahl haben sollte, die nahe an der optimalen Serienanzahl von 15 Modulen liegt.

Optimales Design:

Zusammenfassung

Durch die Verwendung der vom Wechselrichterhersteller bereitgestellten Nennspannungsparameter kann die optimale String-Anzahl schnell berechnet werden. Strings erhöhen die Spannung, wenn sie in Reihe geschaltet werden, und erhöhen den Strom, wenn sie parallel geschaltet werden. Bei kristallinen Siliziummodulen, die an einen Wechselrichter angeschlossen sind, werden im Allgemeinen einzelne Strings betrachtet, wobei der Schwerpunkt auf der Spannung liegt. Bei bifazialen Modulen und Hochleistungsmodulen muss auch der Stringstrom berücksichtigt werden. Wenn der Wechselrichter über eine 1,1-fache Überlastkapazität verfügt, kann das Kapazitätsverhältnis berücksichtigt werden, indem die Anzahl der Module entsprechend erhöht wird, um unter Berücksichtigung der Anzahl der anschließbaren Strings des Wechselrichters dem 1,1-fachen der Nennleistung des Wechselrichters zu entsprechen.

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