被部分遮挡的串联光伏组件输出功率
基于电池片遮挡的光伏组件功率研究
2020.4 EPEM115新能源New Energy近年来，由于国际能源危机越来越严峻，太阳能、风能等清洁能源因其具有分布广泛、无污染、使用方便等优点，受到各国政府的普遍认同[1]，各种规模的光伏电站、风力电站也应运而生。
然而光伏发电在发展过程中也遇到了许多问题，比如遮挡、光伏组件PID 效应、失配等。
其中遮挡对光伏组件功率的影响更是亟待解决，光伏组件的功率输出会影响到光伏逆变器能否搜索到真正的最大功率点。
而且光伏组件被长期遮挡会造成热斑现象，光照充足时被遮挡电池片温度明显高于其他正常电池片温度，严重时温差超过50度，长期运行存在发生火灾的风险。
本文以光伏电站运行一年的几种形式的电池片遮挡组件为例，通过与正常光伏组件对比，研究电池片长期遮挡情况下光伏组件输出特性和功率变化[2]。
1 光伏阵列的工程模型以60电池片光伏组件为例（图1），组件内含有3个旁路二极管，使得组件的局部遮挡具有一定的特殊性。
所做实验组件旁路二极管为理想二极管，不考虑它们的压降对组件特性的影响。
2 遮挡损失的定义和成因遮挡损失是指由灰尘或污渍遮挡而造成损失。
当电池片玻璃盖板表面有遮挡时，实际达到光伏玻璃盖板表面的光强较无污渍遮挡时少或由污渍吸收的光能转变而来的热增大了组件的温升损失，均可造成遮挡状态下的发电功率要比清洁状态少[3-5]。
基于电池片遮挡的光伏组件功率研究华电电力科学研究院 张银龙 魏 超 浙江华电乌溪江水力发电有限公司 徐剑峰 杭州奥能电源设备有限公司 田红丹 华电新疆发电有限公司新能源分公司 安 波摘要：选取四块电池片遮挡组件和四块相同规格型号的正常组件，基于IEC61215-2-2016标准，利用校准有效期内的太阳模拟器，分别对运行一年的遮挡组件和正常组件进行功率测试，研究电池片遮挡的光伏组件的功率性能。
关键词：功率；遮挡；电站系统效率3 实例分析光伏发电系统概况。
以某屋顶分布式光伏发电系统为例，采用260Wp 多晶硅光伏组件，根据用配电系统现状，采用交流0.4kV 电压等级接入配电网，实现厂区自用，余电上网模式。
热斑
热斑效应在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。
被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。
这种效应能严重的破坏太阳电池。
有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。
为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。
孤岛效应：太阳能发电系统与市电系统并联供电时，当市电发生故障系统未能及时检知并切离市电系统，而产生独立供电现象。
一旦发生孤岛运转现象时，会造成人员受伤与设备之损坏，故系统设计须具备该效应侦测保护功能。
改善的方法就是采用“反孤岛检测”。
太阳电池组件热斑效应介绍及检测方法：太阳电池组件通常安装在地域开阔、阳光充足的地带。
在长期使用中难免落上飞鸟、尘土、落叶等遮挡物，这些遮挡物在太阳电池组件上就形成了阴影，在大型太阳电池组件方针中行间距不适合也能互相形成阴影。
由于局部阴影的存在，太阳电池组件中某些电池单片的电流、电压发生了变化。
其结果使太阳电池组件局部电流与电压之积增大，从而在这些电池组件上产生了局部温升。
太阳电池组件中某些电池单片本身缺陷也可能使组件在工作时局部发热，这种现象叫“热斑效应”。
在实际使用太阳电池中，若热斑效应产生的温度超过了一定极限将会使电池组件上的焊点熔化并毁坏栅线，从而导致整个太阳电池组件的报废。
据国外权威统计，热斑效应使太阳电池组件的实际使用寿命至少减少10%。
热斑现象是不可避免的，尽管太阳电池组件安装时都要考虑阴影的影响，并加配保护装置以减少热斑的影响。
为表明太阳电池能够在规定的条件下长期使用，需通过合理的时间和过程对太阳电池组件进行检测，确定其承受热斑加热效应的能力。
确定太阳电池组件承受热斑加热能力的检测试验叫“热斑耐久试验”。
热斑耐久试验过程需严格遵循国际标准IEC 61215-2005，试验内容大致如下：1. 装置(1)辐照源1，稳态太阳模拟器或自然光，辐照度不低于700W/m2，不均匀度不超过±2%，瞬时不稳定度在±5%以内。
建筑物阴影遮挡对MPPT电压及发电量的影响
建筑物阴影遮挡对MPPT电压变化及对发电量的影响具体结合11kWp（20*2）光伏阵列系统进行模拟计算，相关参数配置如表1，光伏阵列布置如图1。
共4个方阵，每行方阵10块组件，每2个方阵共20块组件为一串，共2串；方阵间距2.3米排布，逆变器为10KW组串式逆变器，有两路MPPT，为突出模拟阴影遮挡这个影响因素，方阵西侧距离约1.6米增加一睹高墙，长度4米，高度3米左右。
当冬至日太阳高度角较低时，第一串第二排和第二串的两排都将受到高墙的遮挡，遮挡的面积随着太阳方位角的变化而变化。
表1 参数配置图1 光伏阵列布置和建筑高墙位置示意图光伏方阵的阴影遮挡情况和太阳方位角有关，通过PVsyst可以挑选春分、夏至、秋分、冬至4个典型日太阳辐射量对发电量影响较大，当光强较低时，阵列的发电量已经很低，表2列举了16:30阴影时刻的光强和阴影开始的时间及对应的光强。
（在PVsyst→Tools→Solar parameters调取）下图是四个典型日下午15:00方阵的阴影遮挡情况。
03.21号春分日遮挡情况06.22号夏至日遮挡情况09.23号秋分日遮挡情况12.21号冬至日遮挡情况不同阴影下会带来不同的I-V曲线，如冬至日下午15:00，组串中有部分电池片已经被遮挡，因组件含有旁路二极管，I-V曲线会由原来的单峰变为双峰甚至多峰，从而引起IV曲线呈现非线性、多峰值，遮挡比例有3种。
由上面四个典型日下午15:00阴影遮挡情况，可知，冬至日12.21号下午15:00电站第一组串的第二排及第二组串的两排都被遮挡，具体如下：第一排：无遮挡。
第二排：最西侧两块组件出现遮挡。
第三排：最西侧第1~5块组件出现遮挡。
第四排：最西侧第3~6块组件出现遮挡。
通过PVsyst进行模拟，可得出此刻以上遮挡情况下的组串的I-V 及P-V曲线。
(在PVsyst→Project Design→Module Layout调取)。
如下：第一路组串I-V及P-V曲线：可看出，圈出的为第一路组串1、2两排方阵的I-V及P-V曲线在叠加之后的曲线，虚线部分为没有阴影遮挡情况下的理论的I-V及P-V 曲线，可以看出，①、第一路组串在冬至日下午15:00的理论MPP点功率为2.44KW，阴影遮挡情况下的实际MPP点功率为2.04KW，辐射损耗为3.3%，电性能参数损耗为5.7%。
光伏串联失配原因
光伏串联失配原因
光伏串联失配主要是由于光伏组件在实际运行中，因各组件间性能参数差异造成的功率损失现象。
主要原因包括：
1. 组件性能差异：不同组件的光电转换效率、开路电压、短路电流等特性参数不一致，导致串联后电流无法同步流动，低效组件限制了高效组件的输出。
2. 阴影遮挡：局部遮挡导致部分组件受光不足，输出功率下降，影响整个串内电流平衡，严重时可能导致整串电流受限于被遮挡组件的输出。
3. 老化程度不同：长期运行后，各组件因衰减程度不同，性能出现差异，进一步加剧失配。
4. 制造缺陷与损伤：生产过程中的工艺误差或使用过程中产生的划痕、污渍等都会造成组件性能不均一，增加失配风险。
因此，光伏电站设计和运维中需尽量减少组件间的性能差异和避免阴影遮挡，通过合理布局、组件选型和智能优化技术降低串联失配带来的发电量损失。
局部遮挡条件下的最大功率点跟踪
第10卷 第6期 信息与电子工程Vo1．10，No．6 2012年12月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Dec．，2012 文章编号：1672-2892(2012)06-0759-06局部遮挡条件下的最大功率点跟踪张正言a，高翔b，孙耀杰b，陆起涌a,c(复旦大学a电子工程系；b.光源与照明工程系，上海 200433；c.无锡研究院，江苏无锡 214131)摘 要：最大功率点跟踪(MPPT)算法在光伏发电系统中具有至关重要的作用，只有当光伏阵列工作在最大功率点时，才能将光伏阵列的利用率最大化。
当光伏阵列受到外界灰尘、阴影等遮挡时，原来的单极值问题会转化为多极值问题，传统的MPPT算法可能收敛到局部最大值，而非全局最大值。
本文在现有的MPPT算法上改进，提出了一种新的MPPT策略，将跟踪过程细分为4个阶段，针对每个阶段使用不同的跟踪算法。
仿真实验证明，该方法既有处理多极值问题的能力，还有收敛速度快，无多点振荡的优点。
关键词：最大功率点跟踪；局部遮挡；多极值；光伏系统中图分类号：TN209；TM615文献标识码：AMaximum power point tracking under partially shaded isolation conditionsZHANG Zheng-yan a，GAO Xiang b，SUN Yao-jie b，LU Qi-yong a,c(a.Department of Electronic Engineering；b.Department of Illuminating Engineering & Light Sources，Fudan University，Shanghai 200433，China；c.Wuxi Research Institute，Fudan University，Wuxi Jiangsu 214131，China)Abstract：Maximum Power Point Tracking(MPPT) plays an important role in photovoltaic(PV) systems.The PV array’s utilization would not be maximized until it is operated at the maximum power point. Whenthe PV array is partially shaded by dust or shadow, the unique extremum problem would turn to a multipleextremes problem. The traditional MPPT algorithms may converge to a local maximum power point, ratherthan the real maximum power point. A novel MPPT algorithm based on MPPT algorithms available isproposed in this article. The tracking process is divided into four stages. In each stage, a specific methodis used. Simulation results prove that this algorithm can not only handle multiple extremes, but also hasthe advantage of great convergence rate and no oscillation in the vicinity of the maximum power point.Key words：Maximum Power Point Tracking(MPPT)；partially shaded isolation；multiple extremes；photovoltaic systems光伏电池是利用光生伏特效应，将光能转换为电能的半导体材料[1]。
光伏组件问题系列总结——部分遮挡对组件输出特性的影响
光伏组件问题系列总结——部分遮挡对组件输出特性的影响1.0绪论众所周知，晶体硅太阳电池组件的表面阴影、焊接不良及单体电池功率不匹配等因素是导致输出功率降低的主要原因，研究这些因素的影响不仅对制造晶体硅太阳电池组件有指导作用，而且也有利于人们正确判断光伏发电系统输出降低或失效的原因。
国外曾经有人报道一些在现场用了10到15年的组件电特性已经恶化。
其I-V特性曲线已经和一些普通的光伏组件差别很大，而这种变化的I-V曲线可以用来分析晶体硅太阳电池组件输出降低的原因。
本文主要讨论了遮挡部分电池组件输出特性的影响，并用计算机对核过程进行了模拟。
2.0模拟方法在晶体硅太阳电池组件中，当有电池被遮挡时，组件的输出特性可以用下式表示：这些参数估算时可以用一些参数代替：n=1.96，I0=3.86X10-5（A）,Rsh=15.29（Ω）。
a=2.0x10-3，Vbr=-21.29（V），nn=3.R3=0.008.组件中有电池被遮盖时的电路可以用图片三来表示，正常的电池和被遮盖住的电池在组件中是串联关系，因此电压V和电流I满足以下等式：组件中电池被遮挡时的模拟电路其中，Iph1代表组件中普通电池的光电流，Iph2代表遮挡电池产生的光电流，与等式（2）中的遮挡透过率有关系，例如，当遮挡透过率为35%时，Iph2是Iph1的0.35倍。
通过解（3）-（6）式可以计算出I-V的特性。
二、实验图2（a）和（b）是通过改变阴影透过率的情况下分别计算和实际测量的I-V特性曲线。
当组件上的一个电池用不同的透过率（一个组件由36块电池组成）时，短路电流大致变化不大。
结果是透过率越低，电流随着电压的升高下降越快。
另一方面，开路电压基本上相同。
由图可看出：测量结果与计算的结果相吻合。
图2以遮挡透过率为变量的I-V特性曲线（遮挡电池数：1）（a）计算结果，（b）测量结果图3（a）和（b）是通过改变遮挡的电池数目（阴影透过率都为35%）来计算和测量I-V的特性。
大面积光伏阵列遮挡情况下的MPPT控制
大面积光伏阵列遮挡情况下的MPPT控制摘要：大面积光伏阵列在遮挡情况下，功率-电压曲线会出现多峰值现象，而传统最大功率点跟踪( Maximum Power Point Tracking，MPPT) 算法难以实现此种情况下的最大功率输出。
本文建立了光伏阵列的数学模型，通过仿真，验证了大面积复杂光照环境下光伏阵列的多峰值现象，基于此，提出一种改进的全局扫描法，以实现快速、准确地搜寻到复杂光照环境下光伏阵列的最大输出功率。
仿真结果表明，该算法是有效可行的。
关键词：大面积光伏阵列；多峰值；最大功率点跟踪；全局扫描法引言太阳能光伏发电作为全球能源危机和环境问题的解决方案之一，得到了迅速的推广和应用[1]。
目前，国内外学者为了解决这一问题，提出了在传统光照下的最大功率点跟踪(MPPT)技术[2-4]，例如，扰动观测法（P&O）[2-3]、电导增量法（INC）[4]等。
然而大面积复杂光照光伏阵列中，由于含有的光伏组件种类繁多，光伏阵列占地面积较大，经常会由于组件的“不匹配”而造成大面积光伏阵列呈现出与单个光伏电池或者小面积光伏阵列不一样的输出特性。
大面积光伏阵列的不匹配主要包含下面两个基本情况：一是不同种类的光伏组件的混合使用，二是相同种类的光伏组件但不同光伏组件所受的光照强度或温度不一致。
无论是哪种情况，都可以看成是一些输出特性不一致的光伏组件的串并联组合。
大面积光伏阵列的独特的特性使得光伏阵列的应用效率受光伏阵列的布局影响很大，而且某些在小面积光伏阵列中适合的控制策略在大面积光伏阵列中会出现一定的问题。
从而影响了光伏发电系统的转化效率，限制了光伏发电技术的普及。
为解决该问题，本文建立了光伏阵列的数学模型，并根据数学模型完成在遮挡状况下伏安阵列数学推导，并对所出现的多峰值现象进行了数学推导，最后使用全局扫描法(POC)完成了在遮挡状况下的最大功率点跟踪(MPPT)。
对复杂光照环境下光伏阵列中，应用该模型可以对大面积光伏阵列独特的输出特性进行分析，进而为大面积光伏阵列的布局优化和高效控制提出指导。
影响光伏电站发电量的因素
影响光伏电站发电量的因素对于光伏电站投资方来说，电站每多发一度电就多一度电的收益,因为电站的发电量直接关系到投资回报周期，所以投资方最关注的就是电站的发电量。
一座光伏电站的发电量会受到很多因素影响，比如:光伏组件、逆变器、电缆的质量、组件安装朝向、倾角、灰尘阴影遮挡、光伏组件与逆变器配比系统方案、电网质量等。
阴影遮挡对发电量的影响在影响光伏发电系统发电量的诸多要素中，阴影遮挡是比较常见的一项，常见的遮挡主要包括电线杆、树木、护栏、鸟粪、灰尘以及组件前后排遮挡等。
很多电站建设过程中，往往无法完全避开阴影，很多人会觉得阴影面积较小不会产生很大影响。
实则不然，一部分组件或者一块组件被遮挡，整串组件都会受影响，这就是串联电路的木桶效应，在一串组件中，每一块电流都是一样的，最大电流是由最小的一块组件决定的。
所以只要有一块组件被遮挡，会影响到整串的输出功率。
严重的还会导致组件产生热斑效应，降低组件的发电效率和使用寿命，甚至还会导致组件局部烧毁，带来一定的安全隐患。
所以不止要在电站设计时避开阴影遮挡，更要注重后期运维，定期清洗组件。
同阴影对组件的遮挡系统容配比对发电量的影响容配比是指光伏系统的安装容量与逆变器额定容量之比。
如果光伏系统按照1：1的容配比设计，光伏组件的输出功率达不到标称功率时，就会浪费逆变器的容量。
目前常采用超配设计提高光伏系统的综合利用率、降低系统度电成本、提高电站收益。
但这并不意味着可以无限扩大容配比，来节省逆变器投资，因为逆变器成本在整个光伏系统中的占比只有5%左右，超配太多不仅不划算，还会导致逆变器限额运行，造成发电量损失。
因此合理设计系统容配比，有利于提升光伏发电系统的经济性。
在不同类型资源地区，由于太阳能资源条件不同，地区温度等特性不同，需要根据当地的具体情况进行计算。
以下是不同区域的容配比推荐。
分•大IKDCZACIf苻（全年备见率＜0∙01%）安装方式I类地区。
类地区州类地区角安装 1 1.112♦M L√J4J( 1.1 1213电缆选择不当对发电量的影响如果把逆变器比喻作光伏电站大脑的话，电缆就是光伏系统的神经系统，把光伏组件、逆变器、汇流箱、并网柜等设备串联成一个整体。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
被部分遮挡的串联光伏组件输出功率、电压、电流有什么变化？
无论是太阳能电池组件还是阵列，在使用过程中都将不可避免地被遮挡。
这是由于太阳能电池表面可能会不清洁，可能会划伤，可能会有来自建筑物甚至云层的阴影。
一旦太阳能电池(组件)被遮挡，遮挡部分得到的太阳能辐射值就会减少，显然被遮挡部分的太阳能电池(组件)的输出功率就会减小，如果被遮挡的是并联部分，那么问题较为简单，只是该部分贡献的电流将减小；如果被遮挡的是串联部分，则问题严重得多，一方面会使整个回路的输出电流减小为该遮挡部分的电流，另一方面，被遮挡部分的太阳能电池将作为耗能器件以发热方式将其他未遮挡的太阳能电池串产生的多余地能量消耗掉。
而且长时间的阴影会造成组件产生热斑，这样的局部温度就会很高，甚至烧坏太阳能电池组件。
串联使用中当太阳能电池被遮挡时，回路的输出功率与遮挡面积不是线性关系。
即一个组件中即使只有一片太阳能电池被遮挡，整个组件的输出也将大幅度降低。