直流模块在BIPV系统中的研究与实现

俞凯

摘要：当前形势下随着人类对能源需求量的持续增加，使得能源危机的实际影响范围逐渐扩大，在此背景下，为了降低不同能源实践应用中的环境污染问题发生率，优化能源结构，则需要注重清洁新能源—太阳能的高效利用，并落实好太阳能发电系统研究工作，实现对建筑光伏一体化（BIPV）系统的开发及应用。在此期间，应加强直流模块使用，使得BIPV系统运行中的能量传输效率得以提高，并保持该系统良好的扩容效果，提升其潜在应用价值。基于此，本文就直流模块在BIPV系统中的研究与实现展开论述。

关键词：BIPV系统；直流模块；传输效率；扩容效果；能源结构

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）02-0045-02

注重直流模块在BIPV系统中的研究，并加强其实现分析，有利于完善该系统运行过程中的服务功能，使得其运行效率及质量能够逐渐提高，保持其良好的实践应用效果。因此，需要结合直流模块的功能特性及BIPV系统的实际要求，注重二者的配合使用，使得直流模块支持下的BIPV系统能量传输效果得以改善，满足其扩容需求的同时为该系统的稳定运行打下坚实的基础。

1 直流模块式BIPV系统概述

作为光伏发电系统中的研究热点之一，建筑光伏一体化（BIPV）系统实践过程中的研究水平逐渐提升，为建筑能耗问题处理提供了参考依据。BIPV系统实践应用中实现了太阳能电池与建筑物的有效结合，促使建筑物所需的电力资源能够在太阳能光伏阵列的支持下得以满足。在BIPV系统应用过程中，应根据实际情况，注重简单型、模块型及集成型这三种不同结构形式的配合使用，且在性能可靠的太阳能电池板、主控制器、人机交互界面等不同要素的支持下，确保该光伏发电系统实践应用效果良好性。

所谓的直流模块式BIPV系统，是指在小功率直流模块、大功率逆变模块及辅助控制单元共同作用下形成的光伏发电系统。该系统实践应用中具有效率高、确保太阳能电池板以最大功率输出、可靠性高、扩容效果好等优势，具有良好的市场应用前景。同时，直流模塊式BIPV系统运行中具有这些特点：（1）系统中的各直流模块具备最大功率追踪（MPPT）功能，使得太阳能电池应用中的最大功率输出状况改善，减少能量损失的同时有利于提高光伏发电系统运行效率；（2）因该系统中的直流模块式结构的抗局部阴影效果显著，且光伏组件的性能可靠，使得该光伏发电系统应用中能够结合建筑物的实际情况在不同的位置进行安装；（3）在模块化设计方式的支持下，减少了直流模块数量，能够实现多种能源的互补应用；适用范围广、独立运行特点显著、有利于实现并网运行，且能够满足直流模块故障的实时诊断分析，并进行大规模生产，降低该系统实践应用中的运行成本。基于直流模块式光伏发电系统结构示意图如图1所示。

2 基于直流模块的BIPV系统中的最大功率跟踪方法研究

2.1 最大功率跟踪的原理

为了确保基于直流模块的BIPV系统运行稳定性，实现对该系统运行中最大功率跟踪（MPPT）方法的高效利用，则需要加强该方法的原理分析。求原理为：在光伏发电系统运行过程中，为了实现太阳能电池阵列发电效率最大化，则需要将寻找太阳能电池组件的工作点添加到系统控制过程中，进而根据系统实际的运行环境情况，对太阳能电池阵列的工作状态进行实时调整，最终达到太阳能电池尽可能地以最大功率输出的目的。这一过程即为MMP的原理。

2.2 常用的最大功率跟踪控制方法

结合基于直流模块的BIPV系统的实际运行工况，对其最大功率输出进行控制时，需要注重恒定电压法、短路电流检测法及扰动观察法的配合使用。具体表现为：（1）在对MPPT进行控制时，若考虑使用恒定电压法，则可在温度保持恒定的前提条件下，采用系统所在区域光照强度改变的方式，确保太阳能电池组件的工作点基本落在同一垂直线上，从而优化太阳能电池组件的工作性能，满足其最大功率输出需求。但是，这种方法实践应用中由于忽略了电池温度对系统运行中最大功率点的影响，使得其在MPPT控制应用中存在着一定的局限性；（2）基于扰动观察法的MPPT控制。该方法应用中是通过改变系统中太阳能电池阵列的输出电压或电流，实现其中系统最大输出功率改变，进而对其下一步的改不方向做出判断。这种MPPT控制方法应用中具有控制简单、参数少等优点，但也存在着跟踪速度慢、系统工作状态不稳定等缺陷，需要技术人员能够根据实际情况慎重使用该MPPT控制方法；（3）电导增量法支持系的MPPT控制。这种MPPT控制方法应用较为广泛，实践应用中是通过检测太阳能电池电压与输出功率的特性曲线，进而对其电导变化量进行分析，确定系统运行中的太阳能电池组件的工作点，得出相应的最大输出功率。该MPPT控制方法具有适应性强、操作简单等优点，但其也有自身的不足之处：敏感性强、影响着系统运行稳定性，对电导增量法的依赖性强，实践应用中的判断条件可能会发生变化等。

2.3 适用于BIPV系统的最大功率跟踪方法

在恒定电压法、短路电流检测法及扰动观察法所组成的传统MPPT组合控制方法的作用下，虽然能够为光伏发电系统运行中最大功率输出提供相应的支持，但因这些方法都有自身的不足之处，一定程度上影响了系统的运行效率。针对这种情况，需要在基于直流模块的BIPV系统运行中注重太阳能电池阵列特性扫描法使用，即在电流扫描法和短路电流脉冲法的共同支持下，对系统中的所有光伏组件伏安特性曲线进行扫描处理，从而确定光伏组件的最大功率点，或者在额外开关管的作用下，通过对太阳能电池组件运行工况的深入分析，确定其最大功率点。

3 基于直流模块的BIPV系统拓扑结构研究

在提升基于直流模块BIPV系统运行水平、改善其运行工况的过程中，需要设置好与之相关的拓扑结构。具体表现为：（1）结合直流模块式DC/DC变换器的功能特性，通过对隔离型与非隔离型变换器的比较分析，实现系统运行中DC/DC变换器拓扑的合理选择，优化其拓扑结构；（2）合理使用全桥DC/DC变换器，使得系统运行中输入的低压直流点能够在高频变压器、整流桥等构件的支持下，得到满足负载要求的高压直流电，从而实现基于直流模块BIPV系统拓扑结构的合理设置；（3）注重零电压及零电流开关作用下移相全桥DC/DC变换器使用，避免系统运行中移相控制时占空比丢失现象的出现，并减少负载波动所造成的影响，确保系统运行稳定性。

4 直流模块在BIPV系统中的实现

在BIPV系统运行过程中，为了使直流模块使用能够达到预期效果，则需要明确直流模块在BIPV系统中的实现要点。这些要点包括：（1）在有效的设计理念、设计方法、丰富的实践经验等要素的共同支持下，落实好包含驱动电路、采样电路、功率主回路的直流模块硬件电路设计工作，并在信息技术、计算机网络的作用下，构建出功能强大的直流模块系统，从而满足BIPV系统的实际需要；（2）结合实际情况，制定出有效的直流模块软件控制方案，并将与之相关的控制系统软件设计工作落到实处，从而实现直流模块在BIPV系统中的有效使用。

5 结语

综上所述，BIPV系统构建与运行过程中，若能注重直流模块的有效使用，则有利于提高系统运行效率，确保其性能可靠性。因此，未来BIPV系统实践应用中应给予直流模块使用更多的关注，使得该系统的整体运行水平能够在长期的实践过过程中逐渐提升，扩大直流模块的实践应用范围。与此同时，需要加强基于直流模块的BIPV系统运行效果评估，以便增强该系统适用性，并优化系统控制方式，使得直流模块在BIPV系统应用中能够达到预期效果，并给予该系统稳定运行更多的支持。

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