以幾乎任何標(biāo)準(zhǔn)衡量，太陽(yáng)能都很熱。根據(jù)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì) （SEIA） 的數(shù)據(jù)，2016 年裝機(jī)容量超過(guò) 15 吉瓦，雖然預(yù)計(jì) 2017 年裝機(jī)量將放緩，但很明顯趨勢(shì)是未來(lái)五年太陽(yáng)能裝機(jī)容量增加。SEIA 預(yù)測(cè)，到 2022 年，每年將安裝超過(guò) 17 吉瓦的太陽(yáng)能。

推動(dòng)太陽(yáng)能系統(tǒng)銷售的因素之一是光伏 （PV） 陣列的降價(jià)。2016年，光伏陣列價(jià)格首次跌破1美元/W。另一個(gè)因素是改進(jìn)的逆變器設(shè)計(jì)，更好的設(shè)計(jì)的一個(gè)重要貢獻(xiàn)者是更好的測(cè)試設(shè)備來(lái)測(cè)試它們。包括 AMETEK Programmable Power、Chroma Systems Solutions 和 Keysight Technologies 在內(nèi)的幾家公司都生產(chǎn)太陽(yáng)能電池陣列模擬器。

在 MPP 進(jìn)行測(cè)試 為了從太陽(yáng)能電池板或陣列提供最大功率，獨(dú)立逆變器和并網(wǎng)逆變器會(huì)在給定條件下找到最大功率點(diǎn) （MPP）。他們改變太陽(yáng)能電池板或陣列上的負(fù)載，直到它在電池板或陣列的 IV 曲線上找到將提供最大功率的點(diǎn)。然后逆變器將這種直流電轉(zhuǎn)換為交流電，然后在本地使用或饋入電網(wǎng)。圖 1 顯示了典型太陽(yáng)能電池陣列的 IV 曲線以及沿曲線各點(diǎn)的可用功率。

圖 1：該圖上的藍(lán)線顯示了典型太陽(yáng)能電池的 IV 曲線。紅線顯示了曲線沿線各點(diǎn)的可用功率。

為了有效地測(cè)試光伏逆變器的效率，您需要一個(gè)太陽(yáng)能陣列模擬器來(lái)準(zhǔn)確模擬太陽(yáng)能電池板或陣列的輸出。使用實(shí)際的太陽(yáng)能電池板或陣列是不切實(shí)際的，因?yàn)槟鸁o(wú)法將它們的輸出控制到模擬所有條件所需的程度。

為了模擬太陽(yáng)能電池板或陣列，逆變器設(shè)計(jì)人員和制造商使用現(xiàn)代數(shù)字控制電源。當(dāng)與控制軟件結(jié)合使用時(shí)，這些系統(tǒng)可以模擬高達(dá) 1 MW 的太陽(yáng)能電池板陣列。

準(zhǔn)確模擬太陽(yáng)能電池陣列來(lái)測(cè)試逆變器可能是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。如前所述，逆變器不斷改變其輸入阻抗，尋找 MPP。模擬器必須像太陽(yáng)能電池陣列那樣響應(yīng)這些負(fù)載變化。模擬器不僅必須保持其功率輸出，還必須跟蹤它正在模擬的太陽(yáng)能電池板或陣列的 IV 曲線。

更復(fù)雜的是，許多太陽(yáng)能逆變器在其連接到光伏陣列的直流輸入上產(chǎn)生交流紋波。對(duì)于單相逆變器，紋波頻率是線路頻率的兩倍（美國(guó)型號(hào)為 120 Hz）。通常，您需要電源來(lái)抑制這種紋波，但太陽(yáng)能電池陣列模擬器的電源一定不能抑制它。這是因?yàn)樵絹?lái)越多的逆變器（以及幾乎所有的微型逆變器）可以準(zhǔn)確測(cè)量紋波電壓和電流的幅度和相位，以快速確定陣列的 MPP。這種方法讓逆變器比使用傳統(tǒng)抖動(dòng)技術(shù)（有時(shí)稱為“擾動(dòng)和觀察”）的轉(zhuǎn)換器更快地找到 MPP。在輻照度不斷變化的多云條件下，更快的 MPP 跟蹤可提高效率。

現(xiàn)代太陽(yáng)能電池陣列模擬器的另一個(gè)要求是靈活性。每個(gè)太陽(yáng)能電池板都有自己的特點(diǎn)。太陽(yáng)能陣列模擬器必須是可編程的，讓他們確定逆變器設(shè)計(jì)將如何與所有這些不同類型的太陽(yáng)能陣列一起工作。

最后，太陽(yáng)能電池陣列模擬器需要測(cè)量和記錄逆變器的交流輸出，并將該數(shù)據(jù)與直流電源輸入相關(guān)聯(lián)。這會(huì)關(guān)閉測(cè)試循環(huán)，讓您看到逆變器設(shè)計(jì)的效率。完整系統(tǒng)的框圖如圖2所示。

圖 2：能夠在離網(wǎng)模式下測(cè)試光伏逆變器的系統(tǒng)由模擬光伏陣列的直流電源、功率計(jì)、交流負(fù)載和控制測(cè)試系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成。您可能還需要數(shù)字示波器 （DSO） 來(lái)監(jiān)控逆變器的輸出波形。

保持在曲線上 為了進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)試，太陽(yáng)能電池陣列模擬器的輸出必須忠實(shí)地遵循太陽(yáng)能電池陣列或太陽(yáng)能電池板的 IV 曲線。也就是說(shuō)，它必須像太陽(yáng)能電池陣列一樣響應(yīng)被測(cè)逆變器施加的不斷變化的負(fù)載條件。要評(píng)估仿真器的性能如何，您需要考慮三個(gè)參數(shù)：MPP 跟蹤精度、輸出噪聲電流以及輸出電壓和電流之間的相位誤差。

MPP 跟蹤精度是衡量模擬器在動(dòng)態(tài)條件下偏離編程 IV 曲線的程度。跟蹤不佳的模擬器無(wú)法準(zhǔn)確模擬光伏陣列。

過(guò)大的輸出噪聲電流和相位誤差將使逆變器很難找到 MPP，如果不是不可能的話。在現(xiàn)實(shí)世界中，太陽(yáng)能電池板或陣列的輸出電壓和輸出電流之間的相位差基本上為零，即使逆變器使用快速改變負(fù)載的 MPP 跟蹤策略也是如此。當(dāng)存在明顯的相位誤差時(shí)，逆變器可能會(huì)鎖定在不是 MPP 的曲線位置。

軟件注意事項(xiàng)

除了電氣規(guī)格外，太陽(yáng)能電池陣列模擬器還需要易于使用且能夠提供所需測(cè)試數(shù)據(jù)的軟件。這包括：

更新速度快。每秒 20 次的更新速率允許您實(shí)時(shí)監(jiān)控逆變器的行為（工作點(diǎn)和掃描幅度）。

易于編程。在開(kāi)發(fā)環(huán)境中，需要快速更改測(cè)試曲線或開(kāi)發(fā)自定義 IV 曲線。用戶應(yīng)該能夠簡(jiǎn)單地輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)或從其他來(lái)源導(dǎo)入數(shù)據(jù)。

PV曲線/輻照度曲線庫(kù)。擁有太陽(yáng)能電池板曲線庫(kù)意味著您不必生成自己的 IV 曲線，并且您可以輕松測(cè)試逆變器設(shè)計(jì)如何與各種太陽(yáng)能電池板一起工作。擁有一組輻照度配置文件可以讓用戶模擬幾乎任何類型的環(huán)境條件。

陣列建模。模擬器軟件應(yīng)該模擬太陽(yáng)能電池板陣列以及單個(gè)電池板。您應(yīng)該能夠構(gòu)建該數(shù)組，然后讓模擬器輸出反映整個(gè)數(shù)組的輸出。為了使這個(gè)模擬更加真實(shí)，您應(yīng)該能夠模擬陰影、老化和故障模塊的影響。

獲得可靠逆變器測(cè)試結(jié)果的唯一方法是使用光伏陣列模擬器，該模擬器將復(fù)制太陽(yáng)能電池板或陣列的輸出。模擬器不僅必須能夠提供大量的輸出功率，而且必須足夠靈活，能夠快速響應(yīng)負(fù)載阻抗的變化并保持在 IV 曲線上?？梢宰龅竭@一點(diǎn)的模擬器將保持在曲線上并產(chǎn)生最佳測(cè)試結(jié)果。

審核編輯：郭婷