通過簡單的數學計算,以一個在標準測試狀態下(STC,1000W/m2,25攝氏度)標稱為1KW的逆變器為例,來評估這種階梯狀變化方式的影響能有多大。按照EN50530附錄C中定義的光伏陣列I/V曲線擬合公式,相應的晶硅模型和薄膜模型在對應輻照度下的理論最大功率點列表如下。
輻照度(W/M2)晶硅Pmp(W)薄膜Pmp(W)
300291.6300.7
400394.3404.8
500497507.9
600599.3609.9
700700.8710.3
800801.4808.9
900900.9905.7
1000999.31000.3
也就是說每次100W/m2的輻照度變化會導致光伏模擬器的輸出IV曲線的最大功率點(以下簡稱Pmp)有一個大約10%標稱功率的跳變。另外通過簡單的數學計算便可得出此種階梯狀變化方式與理想情況間會造成的實際給逆變器供應功率的差異,在這輻照度線性增大的7秒內對于晶硅模型是少了707W,對于薄膜模型是少了700W,也就是大約每秒少供應100W,約10%標稱功率的供應不足。同理當輻照度線性減少的時候就會是大約每秒多供應100W,約10%標稱功率的供應過量。這種高達10%的供應功率差異完全是由于光伏模擬器本身的算法導致的。對于高速逆變器來說,這種差異可能嚴重影響其性能表現,使其無法發揮出自己的真實能力,無法與其他的相對低速的逆變器區分開來。
解決此問題的方法就是在每秒間進行線性內插,使得光伏模擬器給出的IV曲線盡可能地貼合理想的線性變化。例如阿美特克ELGAR的光伏模擬器可以在每秒之間線性內插128次,也就是每7.8毫秒就會自動變更一條新的IV曲線,這樣一來就相當于曲線之間幾乎是無縫切換。但是這樣高速的變化會引入另一個問題,即MPPT追蹤精度的計算問題。
目前各廠家基本上都是依靠光伏模擬器本身提供的MPPT精度測量功能來直接計算逆變器的MPPT效率,計算方法是將當前時刻的輸出電壓乘以輸出電流,得到當前的實際輸出功率,然后除以當前IV曲線的Pmp。這其中當前的實際輸出電壓和電流值的獲取是需要進行實時測量的,有一個測量時間窗口長度的問題,理論上是時間長度長一些比較好,例如20ms或以上,以便于濾除紋波干擾以獲得高精度的讀數;而另一個更重要、影響也更大的問題是同步問題。
當IV曲線處于高速自動線性內插的狀況(例如每7.8毫秒更新一次)時,很顯然常規的20ms測量窗口無法與之匹配,當20ms的測量采樣時間完成并得到一個輸出功率值時,此時的IV曲線已經更新了二至三次,我們拿這個測量值除以當前使用的IV曲線的Pmp值,得到的MPPT效率顯然會存在失真。于是當輻照度處于上升狀態時,此時光伏模擬器報告的MPPT效率會偏低;當輻照度處于下降狀態時,光伏模擬器報告的MPPT效率會偏高。如下圖(圖4)是一個輻照度以100W/m2的速率從1000W/m2下降至300W/m2,同時光伏模擬器進行每秒128次內插的測試結果。我們可以清楚地看到,紅色線代表的光伏模擬器報告的實際輸出功率高出藍色線代表的線性下降的理想IV曲線的Pmp,以至于計算得到的MPPT效率會出現超過100%的情況。
