光伏组件问题系列总结——部分遮挡对组件输出特性的影响
遮挡现象对大型并网光伏电站输出性能的影响
关 键词 ：遮挡 ； ， 一 输出特性；并网；光伏系统；
中图分 类号 ：Ｔ Ｍ ６ １ ５
文献 标志 码 ：Ａ 文章 编号 ：０ ５ ２ ９ — ６ ５ ７ ９（ ２ ０ １ ３ ）０ ６ — ０ １ ２ ９ — ０ ４
Ｔｈｅ Ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｇｉ ｒ ｄ－ ｃ ｏ ｎ ｎｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ＰＶ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｏ ｍｅ Ｔｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｈａ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｅｆ ｆｅ ｃ ｔ ｓ
ｔ ｈｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｖ ａ ｌ ｕｅ ．Ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｅ ｎ ｄ，ｓ ｏ ｍｅ ｓ ｕｇ ｇ ｅ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｎ ｄ ｅ ａ ｌ ｉ ｎ ｇ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｓ ｈ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｐｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
所 。光伏 电站在实 际的长期 户外使用中往往会碰 到许多 复杂 的环 境因素 ，其 中 ，遮挡现 象是影 响电站发 电特性
的重要 因素。该文 首先 阐述 了光伏组件受到遮挡时的数学模型 ；同时 ，根据对某 大型光伏 电站 的现场考察结 果 ，
总结 了大 型并 网光伏电站的遮挡共性 ，分别是前 后排 阵列 、配 电装 置 、植被 以及鸟粪 遮挡 ，并在 电站现 场就不
同类型 的遮蔽物遮挡进行实 验 ；结合 光伏 组件／ 串， 一 特性测 试仪 的测 试结果 的一致 性 ；最 后得 出各种 遮挡 现象导 致 的电站发 电量损 失 ，并提 出有效 的防范措施 ， 日后 电站建设有一定 的参考 意义。
遮 挡现 象对 大 型 并 网光 伏 电站 输 出性 能 的影 响
部分遮挡下光伏组件MPPT技术研究
部分遮挡下光伏组件MPPT技术研究李芷萧;袁旭峰;胡实;高志鹏;朱余林【摘要】因云雾、植物、建筑等物体遮挡,或光伏器件本身的不一致性,可能导致多个功率极值出现,从而使传统的最大功率点跟踪方法失效.在光伏组件出现多功率极值的条件下,采用合理最大功率追踪算法,不陷入局部最大功率点,找到全局最大功率点值得研究.文中提出结合粒子群优化和常规最大功率点跟踪的复合算法,用于实现最大功率点跟踪,并与常规最大功率点跟踪算法进行仿真实验比较.以解决光伏组件工作在恶劣条件下的严重功率失配问题,提高光伏组件的能量转换率,保护光伏组件不受损坏.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2019(042)012【总页数】6页(P66-71)【关键词】部分遮挡;光伏组件;MPPT技术;PSO算法寻优;功率极值;局部最大功率点【作者】李芷萧;袁旭峰;胡实;高志鹏;朱余林【作者单位】贵州大学电气工程学院,贵州贵阳 550025;贵州大学电气工程学院,贵州贵阳 550025;贵州大学电气工程学院,贵州贵阳 550025;贵州大学电气工程学院,贵州贵阳 550025;贵州大学电气工程学院,贵州贵阳 550025【正文语种】中文【中图分类】TN366-340 引言光伏（Photovoltaic，PV）组件发电由于清洁、环保和灵活的配置，已成为新能源发展的主流[1]。
光伏组件输出功率随机波动，需要使用最大功率点跟踪法（Maximum Power Point Tracking，MPPT）实现最大功率输出。
在均匀光照强度下，光伏组件的P-U输出特性曲线呈单峰形态。
然而，因云雾、植物、建筑等物体遮挡，或光伏器件本身的不一致性，可能导致多个功率极值出现，从而导致常规MPPT法的失效[2-3]。
文献[4-6]使用直接输入电压或功率控制、扰动观察法（Perturbation and Observation，P&O），电导增量法（Incremental Conductance，Inc Cod），线性近似和模糊逻辑控制方法。
浅谈如何优化设计降低阴影遮挡对光伏系统发电量的影响
浅谈如何优化设计降低阴影遮挡对光伏系统发电量的影响1 阴影遮挡单片电池片对组件输出功率的影响国内目前多晶硅电池组件使用率比较高。
我们先来看下单块电池组件的一片电池片在不同程度受阳光遮挡后，对整个组件的输出功率影响。
测试组件：京瓷KD135GH一2PU光伏组件（一种组件含三个旁路二极管，一种组件不含旁路二极管），含有6×9=54片电池片。
测试条件：将组件中的一个电池片从无遮挡到100%遮挡。
采用54片电池片串联的组件，其有3个旁路二极管。
实验检测在有旁路二极管和没有旁路二极管两种组件，对一片电池片进行不同程度的阳光遮挡时的组件输出功率。
实验结果及小结：单一电池片受阴影遮挡比较小的情况下，不管组件是否含有旁路二极管，对整个组件输出功率的影响也比较小。
但在电池片受阳光遮挡超过35%左右，含有旁路二极管的电池组件，电池片受遮挡面积不管增加多少，其输出功率几乎没有变化。
2 阴影遮挡组件对串联及并联阵列的影响对光伏组件进行串联平铺及并联平铺两种方式布置，然后采用水平阴影遮挡与垂直阴影遮挡两个不同方面逐渐遮挡，对阵列输出功率进行测试。
串联实验实验方法：（1）时间：2月22日11：00-13：00；天气：晴朗；方式：将5块135 W光伏组件（I～V）串联平铺于无遮挡空旷地带。
（2）将组件测试仪与光伏组件连接，稳定0.5h后开始测量。
组件横放，对电池片进行纵向依次编号，按照表1中的实验序号来进行垂直和水平遮挡实验。
最终得出实验结果。
串联实验结果及小结：由于旁路二极管的存在，在水平遮挡时，遮挡电池组件同一旁路二极管的电池片（表1中第1、2行为一个旁路二极管线路），对于组件的影响等同。
在垂直遮挡时，由于当遮挡到第三个电池片后（遮挡到整个组件的两路旁路二极管线路），整个组件的输出功率就达到最低值。
并联实验实验方法：（1）时间：5月19日11：00-14：00；天气：晴朗；方式：将10块光伏组件分成两组串联，每组5块，然后将两组串联后的组件再并联连接，平铺于无遮挡空旷地带。
影响光伏电池、模块输出特性的因素
影响光伏电池、模块输出特性的因素引言随着可再生能源的发展和环境保护意识的增强，光伏电池作为一种重要的太阳能利用技术，越来越受到关注。
光伏电池和模块的输出特性是评估其性能的重要指标之一。
本文将探讨影响光伏电池和模块输出特性的主要因素。
光伏电池的材料特性光伏电池的材料特性直接影响其输出特性。
典型的光伏电池材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅等。
单晶硅光伏电池具有较高的效率和较低的光感应速度，适合于高效率的应用。
多晶硅光伏电池具有较低的成本和较高的稳定性，广泛应用于地面和屋顶光伏系统中。
非晶硅光伏电池具有较高的柔韧性和较低的材料成本，适用于一些特殊应用场景。
温度效应温度是影响光伏电池和模块输出特性的主要因素之一。
光伏电池的输出功率与温度呈负相关关系。
高温会导致光伏电池内部电阻增加，从而降低了输出功率。
因此，合理的散热设计和温度控制对于确保光伏电池和模块的正常工作非常重要。
光照强度和角度效应光照强度是影响光伏电池和模块输出特性的另一个关键因素。
光照强度较低时，电池的输出功率较低，反之亦然。
在实际应用中，考虑到太阳光的入射角度变化，光伏电池和模块的输出特性也会随之改变。
因此，在光伏系统的设计中，需要合理选择光照强度和角度，以获得最佳的输出效果。
阴影效应阴影效应会对光伏电池和模块的输出特性产生明显影响。
当光伏电池或模块有部分区域被遮挡时，该区域的输出功率会显著降低，且可能导致整个光伏电池或模块的性能下降。
因此，在安装光伏系统时，需要避免阴影的产生，或采取优化设计，如使用细分模块或并联连接多个光伏电池等方法，以减少阴影效应。
污染和老化光伏电池和模块的表面污染会影响其输出特性。
灰尘、涂料、树叶等污染物会降低太阳能光的入射效率，导致输出功率的降低。
此外，光伏电池和模块的老化也会引起输出特性的变化。
因此，定期的清洁和维护是确保光伏电池和模块稳定输出的重要手段。
结论影响光伏电池和模块输出特性的因素是多样的，包括材料特性、温度、光照强度和角度、阴影效应以及污染和老化等。
被部分遮挡的串联光伏组件输出功率
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。
影响光伏电池、组件输出特性的因素概要
因为光伏电池、组件的输出功率取决于太阳光照强度、太阳能光谱的散布和光伏电池的温度、暗影、晶体构造。
所以光伏电池、组件的丈量在标准条件下(STC 进行，丈量条件被欧洲委员会定义为 101 号标准，其条件是：光谱辐照度为1000 瓦/平米 ;光谱AM1.5; 电池温度 25 摄氏度。
在该条件下，太阳能光伏、电池组件所输出的最大功率被称为峰值功率，其单位表示为瓦 (Wp。
在好多状况下，太阳能电池的光照、温度都是不停变化的，所以组件的峰值功率往常用模拟仪测定并和国际认证机构的标准化的光伏电池进行比较。
(1 温度对光伏电池、组件输出特征的影响大家都知道，光伏电池、组件温度较高时，工作效率降落。
跟着光伏电池温度的高升，开路电压减小，在20-100 摄氏度范围，大概每高升 1 摄氏度，光伏电池的电压减小 2mV; 而光电流随温度的高升略有上涨，大概每高升 1 摄氏度电池的光电流增添千分之一。
总的来说，温度每高升 1 摄氏度，则功率减少0.35%。
这就是温度系数的基本观点，不同的光伏电池，温度系数也不同样，所以温度系数是光伏电池性能的评判标准之一。
(2 光照强度对光伏电池组建输出特征的影响光照强度与光伏电池、组件的光电流成正比，在光强由100-1000 瓦每平米范围内，光电流一直随光强的增添而线性增添 ;而光照强度对电压的影响很小，在温度固定的条件下，当光照强度在400-1000 哇每平米范围内变化，光伏电池、组件的开路电压基本保持不变。
所以，光伏电池的功率与光强也基本保持成正比。
(3 暗影对光伏电池、组件输出特征的影响暗影对光伏电池、组件性能的影响不行低估，甚至光伏组件上的局部暗影也会惹起输出功率的显然减少。
所以要注意防止暗影的产生，实时清理组件表面，防备热斑效应的产生。
一个单电池被完整遮挡时，太阳电池组件输出减少 75%左右。
固然组件安装了二极管来减少暗影的影响，但假如低估局部暗影的影响，建成的光伏系统性能和投资见效都将大大降低。
阴影遮挡对多晶硅光伏组件输出影响的实验研究
５
斜撑
３ １ ＂ ４ １ ３ ＊ ２ ０ １ ． ８ ０
７
Ｊ ｉ ０ ０ ０ ０
４ ８ ８ ９ ４ ２ ７ ５
２ ． ３
２ ８ ９ ． ８ ５
合 计
表 ２ 组件 竖 向 ２ ｘ ２ ０阵列布 置 支 架主要 构 件 用钢 量 统计 表
序 号 构件名称 １
输出。 ２ ． ２ ． ２遮 挡 对竖 向 布置 组 串 的影 响 图 ９为光 伏组 串竖 向布 置 遮挡 时 “ 电压 一 遮挡 率 ” 曲线 输 出 特
４
斜梁
６ ２ ＂ ４ １ ． ３ ＊ ２ ． ５ ３ ． ４ ０
７
１ ０ ０ Ｏ ０
４ １ ６ ８
９ ９ ２ ８ ９
寸为 ３ １ ３ ０ ｍ ｍ ｘ １ ６ ６ ８ ０ ｍ ｍ， 南 北 间距 为 ８ ． ７ ５ ｍ 。（ ２ ） 竖 向布 置 方案 的组 件 布 置 方 式 为 ２行 ２ Ｏ列 （ ２ ｘ ２ ０ ） ， 每 个 支 架 单 元 倾 斜 面 尺 寸 为 ３ ３ ２ ０ ｍ ｍ ｘ ２ ０ ２ ２ ０ ｍ ｍ， 投影 面尺寸 为 ２ ５ ８ ０ ｍ ｍ ｘ ２ ０ ２ ２ ０ ｍ ｍ， 南 北 间 距 为 ７ ． ２ １ ｍ 。通 过 上述 两种 布 置形 式 可 以得 出 ， 采用 ２ ４ ５ Ｗｐ 组件 ， 组 件横 向４ ｘ ｌ Ｏ阵 列布 置 占地 面积 为 ３ ６ ９ ４ ． ８ ５亩 ，组 件 竖 向 ２ ｘ ２ ０阵列 布 置 占地 面 积 为 ３ ５ ７ ７ ． ６ 亩 。因此 ， 以Ｉ Ｏ Ｏ ＭＷｐ地 面 光伏 电站 为 例 ， 采 用 ２ ４ ５ Ｗｐ 组件 ， 横 向布 置 比竖 向布 置用 地 面 积多 １ １ ７ ． ２ ５亩 。 ２ ． ３ ． ２支 架钢 用 量对 比分析 采用 ２ ４ ５ Ｗｐ 组 件 ，按 照 横 向 ４ ｘ ｌ Ｏ阵列 和 竖 向 ２ ｘ ２ ０阵列 的布 置方 式 ， 组件 横 向、 竖 向布 置 方 式支 架 主要 构 件 用钢 量 进行 统 计 ， 统 计 结果 见 表 １ 所示 。 表 １组 件横 向 ４ ｘ ｌ Ｏ阵 列布 置 支架 主要 构件 用钢量 统 计表
太阳电池组件阴影遮挡问题实验研究
【注意】由于篇幅限制，以下只给出文章的开头部分，全文过长，无法一次展示。
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太阳电池组件阴影遮挡问题实验研究引言太阳能作为一种可再生能源，具有广阔的应用前景。
太阳电池组件是将太阳光转化为电能的关键设备，但其性能容易受到阴影遮挡的影响。
本文对太阳电池组件在阴影遮挡情况下的工作状况进行了实验研究，旨在了解并解决阴影遮挡问题对太阳能利用的影响。
1. 阴影对太阳电池组件的影响太阳电池组件的工作原理是将太阳光转化为电能。
然而，当太阳电池组件的一部分或整体遭受阴影遮挡时，其性能将受到明显影响，具体有以下几方面：1.1 降低输出功率阴影遮挡会导致太阳电池组件局部或整体的输出功率降低。
由于光照不均匀，阴影部分产生的电流与其他正常照射区域产生的电流不同步，从而降低了总体输出功率。
1.2 影响组件温度阴影处的太阳电池组件和阳光直接照射处的组件温度可能存在明显差异。
这种温差会导致阴影部分的电池组件产生热点，进而造成性能退化和寿命缩短。
1.3 引发破损风险在多组串联的情况下，当组件中的一部分遭受阴影遮挡时，该部分产生的电流会变成以下连接组件的回路，从而使正常工作的组件受到过流的影响，甚至导致烧毁。
1.4 削减总体系统发电量阴影遮挡会导致太阳电池组件的部分功率损失，在大规模的太阳能发电系统中，这可能会对整体发电量产生重要影响。
减少阴影遮挡对于提升太阳能发电效率具有重要意义。
2. 阴影遮挡问题的解决方法针对太阳电池组件的阴影遮挡问题，研究者提出了多种解决方法，主要包括以下几种：2.1 优化阵列布局在设计太阳能发电系统时，合理布局太阳电池组件的位置，避免可能导致阴影遮挡的因素，如建筑物、树木等。
通过优化布局，可以最大程度地减少阴影遮挡情况的发生。
2.2 使用阴影转换材料阴影转换材料是一种可以将阴影区域的光转化为电能的材料。
该材料可以应用在太阳电池组件的周围，将产生的阴影转化为可利用的电力，从而减少阴影对太阳能利用的影响。
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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。
随着电池遮挡数目的增多，短路电流明显变低，然而开路电压变化不是很大。
由图可看出：测量与计算的结果相吻合。
图3以遮挡电池数目为变量的I-V特性曲线（遮挡透过率为35%），（a）计算结果，（b）测量结果。
图4是不同辐照度下测试I-V特性。
其中一片电池上覆盖有阴影，并且阴影的透过率为35%。
随着辐照度的提高，在短路电流附近电流下降比例变大。
图5是不同辐照度下测试的I-V
特性，在一个组件上有3块电池有阴影（阴影透过率都为35%）。
在这种情况下，在短路电流附近电流下降很小。
图6是在同一辐照度，阴隐透过率为35%情况下，通过改变组件遮挡的位置测出来的I-V特性曲线。
遮挡数目为3块（一块组件36块电池）。
由I-V曲线图可以看出虽然遮挡面积一样，但不同的位置其I-V曲线表现不同的，但是开路电压均相等。
图6 位置不同而测定的I-V曲线（曲线1为遮挡的连续三块电池；曲线2为遮挡的连续两块电池和一块间隔开的电池；曲线3为遮挡的三块分别间隔开的电池）
三、结论
本文利用计算机模拟和组件测试仪研究了由于电池的遮挡而引起的组件功率输出与I-V特性变化之间的关系，组件被遮挡时的I-V特性变化与被遮挡的电池的电压降落有关。
晶体硅太阳电池组件的输出I-V特性曲线与电池表面阴影、焊接不良及单体电池功率不匹配等因素有关，不同因素对输出功率的影响是不同的，研究这些因素的影响不仅对制造晶体硅太阳电池组件由指导作用，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。
（。