阴影遮蔽条件下光伏阵列的可重构优化配置方法

为了解决光伏阵列在局部阴影遮蔽条件下引起其输出特性发生变化,从而导致光伏发电效率降低等问题,基于光伏电池物理特性模型,利用数值模拟方法分析了阴影遮蔽条件下阴影数目、深度、分布及温度系数等因素对光伏阵列输出特性的影响。为实现光伏阵列的最大功率输出,提出了在阴影遮蔽条件下光伏阵列结构的优化配置规则,并给出了设计案例,结果证明可重构优化配置方法可以有效改善光伏阵列输出特性,提高了光伏发电系统的效率。     

相同参数不同形状局部阴影对光伏阵列输出特性的影响

对包括并联结构(SP)、网状结构(TCT)、桥式结构(BL)和蜂巢结构(HC)在内的4种光伏阵列结构在相同面积、不同形状类型局部阴影下的输出特性进行对比研究。结果表明:透光因子和面积相同、形状类型不同的局部阴影对4种结构光伏阵列输出特性的影响各不相同,其中TCT结构受离散型局部阴影的影响最小,而SP、BL和HC结构受竖向规则型局部阴影的影响最小,且BL和HC结构在功率输出和成本之间都建立了较好的平衡性。     

基于TCT结构及开关控制的光伏阵列重构

为了提高局部阴影下光伏阵列的发电量,提出一种基于TCT结构的重构方法。该方法从构成光伏阵列的小型方阵内部结构出发,对光伏组件的摆放位置进行调整,推导并计算调整后每一方阵的全局最大功率点。基于开关控制技术,针对重构后由4个方阵构成的不同串并联关系的光伏阵列进行计算,分析光伏阵列受失配效应的影响,确定光伏阵列最佳的连接关系。借助仿真软件,计算重构后的光伏阵列在局部阴影情况下的输出性能,与重构前的光伏阵列进行比较,结果表明:重构后的光伏阵列的输出功率得到较大提高。     

阴影遮蔽条件下光伏发电效率的增大方法

受阴影遮蔽影响,光伏阵列输出功率下降,功率曲线呈现多峰值,使传统的最大功率点(MPPT)算法失效陷入局部极值点。基于光伏电池的等效电路模型,在正常和有阴影遮蔽情况下对光伏组件串并联输出特性进行仿真,分析功率曲线上局部极值点的产生原因及变化规律。针对阴影遮蔽对光伏发电效率的影响,提出建立微型光伏发电系统,采用光伏组件间解耦的方法,跟踪每个光伏组件的最大功率点,使光伏发电效率达到最优。试验结果验证了该方法的可行性,为今后光伏电站的建设提供了指导。     

局部阴影下光伏阵列的建模与仿真分析

为研究局部阴影效应对光伏发电系统的影响,首先建立了光伏阵列工程数学模型,分析局部阴影条件下光伏阵列的输出特性。为了便于工程分析,该文利用PVSYST软件分析比较单晶硅、多晶硅和薄膜电池等3种不同材料光伏电池在局部阴影条件下的输出功率,为工程应用提供了良好的指导作用。最后提出了几种提高光伏阵列抗局部阴影能力的措施。     

常见光伏阵列拓扑结构分析

太阳能光伏发电系统作为一个复杂系统,其中光伏阵列拓扑结构对整个系统的成本和效率有着重要的影响,它也关系着发电系统能否经济可靠地运行。对比分析了几种常见的光伏阵列拓扑结构,并对常见失配条件下阵列输出功率的仿真结果进行分析。分析研究表明阵列拓扑结构对光伏系统输出功率和成本有很大影响,这些研究为光伏阵列拓扑的设计提供了参考。     

直流模块式屋顶光伏系统的设计与建设

本光伏系统为中国华能集团清洁能源技术研究院光伏发电技术实验室的配套项目,工程建设于北京市未来科技城中国华能集团人才创新创业基地实验楼屋顶.系统设计容量为50kW,涵盖多种组件类型和跟踪方式,为集成输出特性各异的光伏阵列,将直流模块式拓扑结构应用于屋顶光伏系统,通过各直流模块分布式的最大功率点跟踪,可以提高屋顶光伏阵列抗局部阴影的能力,并可以使各阵列均运行在最大功率点,预期将最大限度发挥光伏组件的效能.     

基于多背包问题的TCT光伏阵列优化重构

为提高网络状连接方式(total-cross-tied,TCT)的光伏阵列的发电效能,模拟多背包模型提出重构TCT光伏阵列结构的方法。该方法不改变光伏组件的物理位置,只对其电气连接方式进行调整,可抑制光伏阵列的辐照度失配。针对多背包模型在组合优化计算的困难,提出一种基于多背包模型的TCT光伏阵列优化算法,可优化配置并联组,光伏阵列工作效率提高了8.32%～10.89%。并对光伏阵列进行补偿设计,用额外无遮挡组件补偿遮挡严重的并联组,可再次提高发电效能,光伏阵列工作效率又提高了22.2%。最后通过仿真和试验,验证本文提出的优化重构和补偿设计方法能显著提高TCT光伏阵列的发电效能。     

非均匀辐照下TCT结构光伏阵列输出特性研究

网络状连接方式(Total-Cross-Tied,TCT)结构光伏阵列在组件表面辐照度轻度不均匀情况下输出稳定性最优,其阵列输出特性具有重要的研究意义。文章以一种基于Matlab/Simulink中S-Function Builder模块建立的光伏组件仿真模型为基础,从组件电流电压变化的角度分析了TCT结构光伏阵列在非均匀辐照下的输出特性曲线,结果表明:TCT结构光伏阵列在不同失配条件下具有不同输出特点,为以后电站的建设规划与运营维护提供了参考依据。     

局部阴影条件下光伏阵列的动态建模

针对静态阴影下光伏阵列模型输出特性与实际运行输出特性偏差较大的问题,建立基于动态阴影的光伏阵列模型。首先对由带旁路二极管光伏组件组成的光伏阵列进行配置结构优化;然后根据局部阴影下光伏阵列的光照强度及温度随时间正态分布的特性,利用变步长Guass-Legendre积分算法,得到光照强度及温度动态分布的值,通过此动态值实时调节光伏阵列优化模型的输出状态,解决静态阴影下光伏阵列模型难以满足实时输出要求的问题。仿真结果表明:该模型适用于不同阴影条件、不同功率等级要求的应用场合。与静态阴影下光伏阵列的输出特性相比,光伏阵列动态模型的输出特性更加接近于无阴影条件下光伏阵列的输出。     

一种可提升光伏系统在局部阴影时发电效率的阵列连接策略

为提升光伏系统在局部阴影时发电效率,给出一种光伏组件串联DC/DC变换器作为基本单元进行串并联形成新的光伏阵列形式——分布式直流变换器光伏阵列。将DC/DC选为Buck变换器,通过每一块光伏组件所串联的Buck变换器来跟踪该光伏组件的最大功率,从而实现所有组件在辐照不均匀以及制造差别等因素造成的输出特性不一致时仍能最大功率跟踪,在避免复杂的最大功率跟踪算法的同时显著提升系统发电效率。先对该连接方式进行理论分析,证明这种方法的可行性,然后通过Matlab/Simulink搭建仿真模型,对传统光伏阵列与新的阵列进行对比,结果上课验证所提出的新阵列连接方式能显著提升发电效率。最后,通过实验进一步验证新阵列连接方式的有效性。     

局部阴影条件下基于改进电导增量法的光伏系统最大功率跟踪方法

在局部阴影的情况下,由于串联式光伏组件的输出特性不同而产生多个极值点,使得传统的最大功率追踪（maximum power point tracking, MPPT）方法陷入局部极值点而失效。文中提出一种针对两级并网光伏系统的改进电导增量法以适应光伏阵列在局部阴影下的多峰值最大功率跟踪,通过分析最大功率点电压的变化范围,设定最大功率电压搜索范围以提高搜索效率,并通过DC/DC Boost变换器占空比实现输入电压控制,保证算法不陷入局部极值点。最后利用仿真实验验证了该算法在有、无阴影情况下均能准确地跟踪光伏方阵最大功率,有效提高了光伏阵列输出效率。     

基于电压空间矢量180°解耦的开绕组双逆变器光伏发电系统无功补偿控制

为满足高压大功率光伏并网发电需求,研究了一种新型的开绕组双逆变器光伏发电系统拓扑结构。该拓扑中2组光伏阵列可独立工作在各自的最大功率点,有助于提高光伏系统的发电效率。但在遮挡或组件损坏等因素影响下,2组光伏阵列输出功率不平衡,会导致输出功率较大的光伏阵列所对应的逆变器产生过调制现象,导致并网电流波形变差。该文通过结合开绕组双逆变器光伏发电系统数学模型,介绍一种适用于开绕组双逆变器系统的控制方案来完成各组光伏阵列的最大功率输出,同时提出一种简单有效的无功补偿方案来避免过调制现象的发生。仿真和实验结果验证了所提方案的正确性。     

光伏系统在局部阴影条件下避免困于局部最大功率点跟踪算法研究

光伏阵列受到局部阴影遮蔽时其P-V特性会呈现多峰特性,出现多个局部峰值。为了避免传统最大功率点跟踪算法在此情况下难以找到全局的最大功率点,文章提出了一种优化最大功率点跟踪算法,该算法适用于局部和全局阴影发生的情况。在局部阴影情况下,通过MATLAB仿真和样机试验与传统最大功率点跟踪算法相比,该优化算法能够判断阴影遮蔽情况是否发生,在局部和全局均一阴影的情况下都能够跟踪到全局最大功率点,避免光伏阵列的功率损失,提高光伏系统效率。     

电源优化器在光伏发电系统中的应用分析

在光伏发电系统中,阴影的遮挡会造成光伏发电系统输出功率及发电量的降低,电源优化器的分散式板载直流电源管理技术能够在一定程度上减少这种损失。本文对顺德中山大学太阳能研究院4个装机容量均为1.01 kWp的光伏并网发电系统进行电源优化器的阴影遮挡对比实验,结果表明,光伏阵列在明显阴影遮挡情况下,安装电源优化器的系统发电量较一般系统高50.7%;在阴影遮挡的大部分时间段内,安装电源优化器系统的实时输出功率较一般系统高出50%以上,优化效果明显。本文的实例分析结果对一些不可避免阴影遮挡的光伏发电系统的设计及安装具有一定的参考价值。     

考虑多点局部阴影的光伏阵列建模及复合型最大功率跟踪算法研究

构成光伏组件的每个光伏电池在运行中由于制造、遮挡等因素的影响,其输出会有差异。当若干个光伏电池受到不同程度阴影遮挡导致其输出与正常电池有较大差异的时候,组件输出的P-U曲线会出现多峰情况,针对单峰的传统最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)策略很可能失效,从而陷入局部最优值。为解决该问题,推导了多点局部阴影下的光伏阵列数学模型,该模型能够理想描述任意阴影情况下的阵列输出特性曲线。基于此模型,提出了结合全局扫描法、电导增量法,以及快速逼近公式的复合型MPPT算法,并进行了仿真验证。仿真结果表明:相比于传统算法,算法在光伏组件受到遮挡时不会陷入局部最优;同时,相比于全局搜索法,该算法寻优效率更高。     

基于改进粒子群优化算法光伏阵列多峰值MPPT的研究

光伏阵列局部处于阴影时,其功率输出会呈现多峰值特征,将造成传统的MPPT算法跟踪失效。文章针对标准粒子群算法(PSO)在实现多峰值MPPT控制时,存在容易进入局部最优、收敛速度较慢和跟踪精度较低等问题,提出了一种基于改进PSO算法的多峰值MPPT控制算法。该方法把非线性变化的变异策略引入到PSO算法中,在显著提高跟踪速度的前提下,扩大了粒子的搜索范围,从而增强了全局寻优能力。仿真与实验结果表明,与传统的PSO方法相比,文章所提出的方法在均匀光照、静态阴影和动态阴影下,均能快速精准地实现对全局最大功率点的跟踪和控制,在一定程度上提高了光伏阵列的发电效率。     

局部阴影下光伏阵列自适应MPPT方法研究

光伏阵列受局部阴影、个别光伏组件故障等影响,输出P-U特性呈多峰现象,此时传统最大功率点跟踪(MPPT)往往无法跟踪到真正的全局最大功率点(MPP)。为了避免由此导致的光伏阵列输出功率大幅度损失,在深入研究阴影条件下光伏阵列多峰功率特性的基础上,提出一种自适应全局MPPT方法。当光伏阵列的输出P-U特性发生变化时,该方法能自适应调整跟踪策略寻找到全局MPP。20 k Wp光伏阵列仿真实验和统计分析结果表明,该方法在超过90%的阴影案例中,能准确快速平稳地跟踪到真正的全局MPP,且对开路电压和短路电流估测误差具有鲁棒性。实验测试结果表明:该MPPT方法能在局部阴影发生前后跟踪到光伏阵列的全局MPP。由于原理简单、所需传感器数量少、MPPT跟踪性能优异,自适应MPPT方法具有较好的应用前景。     

模块化串联分布式光伏低压直流并网的效率优化控制策略

为解决分布式光伏在局部阴影下输出功率下降的缺点,提出一种改进型模块化串联分布式光伏低压直流并网系统效率优化策略。重点分析基于分布式最大功率跟踪串联输出光伏系统的输出特性,表明系统在一定电压范围内都能输出最大功率,然后通过理论分析对比电压在指定范围内波动和电压均衡两种情况下的系统传输效率。最后在Matlab/Simulink环境中搭建系统级仿真模型,结果表明提出的效率优化控制策略能够在不增加系统硬件成本的基础上有效减少传输功率损耗,增加系统的发电效率。     

SolarPV 3D在光电建筑中光伏发电系统设计时的应用研究

自主开发了一款基于SketchUp软件的三维数字化设计插件SolarPV 3D,并对该插件的主要算法进行了介绍,算法包括光伏阵列自动化布置算法和逐时阴影遮挡计算方法,解决了光伏发电系统数字化设计过程中的关键技术难题,并提高了其设计效率。以河海大学常州校区英才楼的屋面光伏发电系统布置为例,结合无人机拍照三维成像技术及SolarPV 3D,完成了屋面光伏发电系统的布置及系统性能的仿真。SolarPV 3D使光伏发电系统设计的三维可视化程度得到明显提升,此外其还可提供光伏发电系统的性能数据,从而提高了光伏发电系统设计的经济性和实用性,具有重要的工程应用价值。