如何增加太阳能系统的发电收益

太阳能光电系统主要由三部分构成，如下图分别是：太阳能模组、太阳能光电转换器和交流公用电网。

太阳能模组能产生最大的直流能量，则太阳能系统有最大的输入功率。而太阳能光电转换器主要由两部分构成，分别为最大功率追踪(Maximum Power Point Tracker, MPPT)与直流转交流转换器(DC/AC Inverter)。关于能量转换部分，太阳的光能传送至太阳能模组后产生直流能量，经过光电转换器MPPT控制太阳能模组工作于最大功率点后将能量传送至 DC/AC Inverter，再由 DC/AC Inverter 转换成交流能量以提供交流公用电网，以提供交流公用电网的交流能量产生发电收益。本文主要说明太阳能模组相同条件产生最大能量的方法，以及实际应用上，能在自然界光线不稳定特征下仍能达成此目的的方法。

 小杰  太阳能模组在相同条件下产生最大能量的方法，最常见的法则是扰动观察法 (P&O MPPT method)，概念可以用下图的太阳能模组 P-V Curve 做说明。目的是让太阳能模组工作在最大功率点，当太阳能模组电压为 VMP 则太阳能模组功率为 PMP，也能控制太阳能模组产生最大的直流能量。概念上，太阳能模组 P-V Curve 可由最大功率点为中点切为两部分，最大功率点左边属于如果电压增加则功率增加，最大功率点右边属于电压降低则功率增加。因此，由下图可知，若光线稳定下可以归纳几个结论：

l  若扰动电压增加后观察到功率增加，代表再维持相同增加电压方向扰动后预期会使功率再增加，除非跨越最大功率点到另一边；

l  若扰动电压减少后观察到功率增加，代表再维持相同减少电压方向扰动后预期会使功率再增加，除非跨越最大功率点到另一边；

因此，扰动观察法的核心，主要扰动太阳能模组电压，判断扰动后造成太阳能模组功率增加或减少，若功率增加则再维持相同电压方向扰动，若功率降低则再朝相反电压方向扰动。依此原则，若电压位于最大功率点左边则会持续逐步增加电压并朝最大功率点移动，若电压位于最大功率点右边则会持续逐步降低电压并朝最大功率点移动，若跨越最大功率点则会发现功率降低则再朝相反电压方向扰动，若接近最大功率点则会持续在 MPP 的左右两边轮流晃动，使太阳能模组电压接近 VMP 且功率接近 PMP。

小杰 由上述可知，扰动观察法以扰动太阳能模组电压为手段，以扰动后造成太阳能模组功率增加或减少为判断，可以在光线稳定下，太阳能模组电压接近 VMP 且功率接近 PMP。但是，自然界光线不稳定非定值，在实际应用上，扰动观察法对光线稳定的假设，就有可能造成太阳能模组远离最大功率点。现实中，光线稳定的假设不存在，光照强度最主要被正对太阳位置的云层所降低，因云层遮挡导致太阳能模组功率增加或减少，而传统方式只考量以下两个原则，假设只有扰动电压会影响太阳能模组功率，当光照强度影响太阳能模组功率时，传统方式会因忽略天候对功率的影响而误判朝错误方向扰动：(1) 若扰动电压后观察到太阳能模组功率增加，则后续维持相同电压方向扰动；(2) 若扰动电压后观察到太阳能模组功率减少，则后续变更为相反电压方向扰动。

 小杰 传统最大功率追踪方式误判范例，以下图说明，假设P1起始扰动的方向维朝左，太阳能模组功率分别为P1、P2、P3、P4 与 P5，当下光照强度分别 200、400、600、800 与 1000，由 P1 扰动电压到 P2 后观察到太阳能模组功率增加，则后续维持相同电压方向扰动，但实际上方向错误是朝远离最大功率点的错误方向，错误原因为光照强度增加使传统法则方式误判为追踪方向正确。相同道理，P3、P4 与 P5 都因光照强度增加使功率增加，造成传统法则方式误判为追踪方向正确，太阳能模组功率分别为P5时，因追踪方向持续错误，工作点已经到远低于 PMP 的 P5，太阳能模组功率在重新追踪到正确 PMP 前仍持续低于最大功率，也等同降低太阳能系统的发电收益。

 小杰   国际规范 BS EN 50530 考量上述会降低太阳能系统发电收益的因素 [1]，规范多种光照强度变化的测试条件，测试范例如下图。盛能杰产品以改良传统最大功率追踪方式的控制逻辑，观测并预估光照强度变化，无论太阳能模组属于光照强度固定或变化条件，都可以准确追踪最大功率点。也因为盛能杰产品最大功率追踪的改善控制逻辑，无论于光照强度固定或变化条件都可准确追踪最大功率点，也代表在真实世界的实际应用，无论于任何光照强度条件，都可以增加太阳能系统发电收益。

参考资料：[1] BS EN 50530-2010, Overall efficiency of grid connected photovoltaic inverter