基于PVsyst的太阳能光伏电池电气特性的仿真研究

在不同辐照强度和光伏电池温度、有无旁路二极管条件下,利用光伏软件PVsyst对多晶硅光伏电池组件及其单体电池的反向特性进行了研究,对不同旁路二极管数量、局部电池不同阴影率条件下的光伏组件输出特性进行了仿真。基于辐照强度、电池温度、旁路二极管对光伏组件及其电池反向特性的影响,对旁路二极管和局部电池阴影率对光伏组件发电性能的影响进行了分析。研究结果表明:当光伏电池加反向恒定电压时,随辐照强度、电池温度升高,流过电池的电流逐渐升高;当无旁路二极管的光伏组件加反向电压时,随反向电压升高,电流升高缓慢,当带旁路二极管的光伏组件加反向电压时,旁路二极管导通,电流急剧升高;当光伏组件局部电池被遮挡时随旁路二极管数量增加,光伏组件功率损失逐渐减小,当光伏组件无旁路二极管时随光伏组件局部电池阴影率升高,光伏组件输出功率持续下降。     

局部阴影遮挡下大尺寸光伏组件的输出特性研究

以太阳电池尺寸为210 mm×105 mm、电路结构为并串结构的大尺寸光伏组件为例，首先分析单片太阳电池不同阴影遮挡比例时的情况，然后分析光伏组件6种不同阴影遮挡比例和18种典型阴影遮挡位置和形状对大尺寸光伏组件输出特性的影响。结果表明：随着单片太阳电池阴影遮挡比例不断增大，二极管始终未导通，但光伏组件的最大功率逐渐降低，最后降至初始功率的2/3；阴影遮挡比例对采用并串电路结构的大尺寸光伏组件的I-V特性的影响是非线性的。对于整块光伏组件而言，阴影遮挡比例越大，光伏组件的最大功率越小；在同一阴影遮挡比例下，集中阴影遮挡对光伏组件最大功率损失的影响更大。     

非均匀辐照下光伏组件旁通二极管可靠性研究

通过调研光伏组件室外运行与室内测试条件下光伏旁通二极管实际失效数据,分析光伏旁通二极管失效概率与工作温度、运行时间等的关系。通过环境箱和双极电源结合,设置高温加正向偏置、高低温循环加正向偏置、高低温循环加反向偏置、正反向偏置循环的室内测试条件,模拟典型光伏组件表面非均匀辐照分布情况下旁路二极管的工作情况并进行耐久性实验。实验结果表明:较高环境温度时,因固定遮挡引起的旁通二极管长期正向偏置情况下,光伏组件存在失效风险。     

基于S-V特性分析的晶硅光伏组件阴影遮障诊断

针对广泛使用的晶硅光伏组件,通过Simulink建立太阳电池双二极管精确仿真模型,对实际应用中最常见的光伏组件阴影遮挡故障进行多种工况的仿真验证。根据I-V曲线拐点、台阶、曲线下积分面积（S）下降的特征,提出一种基于S-V曲线特性的光伏组件阴影遮挡故障的在线诊断方法。该方法建立S-V曲线,根据S-V曲线分叉点位置可判断光伏组件遮挡情况,通过整体积分面积进而判断遮挡比例。对温度、辐照度进行折算,使该方法在全工况下适用。结合光伏组件功率优化器验证该诊断方法有较高的准确率,并且可准确地判断阴影遮挡面积,具有很高的实际应用价值。     

阴影遮挡下光伏组件横竖向放置对发电量的影响

为了提高阴影遮挡时光伏组件的发电量,针对横、竖向放置时光伏组件相互遮挡产生的功率损失,建立了光伏组件在阴影遮挡情况下的数学模型,考虑了光伏组件并联旁路二极管的影响,仿真模拟了阴影遮挡下横、竖向放置时光伏组件的输出特性,进而以某地100kW光伏阵列为例,计算了光伏组件在不同摆放方式、不同倾角与间距下的辐射量、年发电量、阴影损失及年平均效率,为光伏电站的初步设计提供了一定的参考价值。     

局部阴影下光伏组件建模及输出特性研究

分析光伏组件的数学模型,针对遮挡情况的复杂性,提出一种可模拟大部分遮挡情况下光伏组件输出特性的方法,与传统建模方法相比,该模型可对光照强度、温度、遮挡面积等参数进行调节,能较为准确地反映不同光照、温度以及阴影条件下的光伏组件的输出特性,并分析不同旁路二极管结构的组件在遮挡情况下的功率损失问题。仿真和实验结果表明:在局部阴影条件下,非交错组件中6个旁路二极管的组件可最有效地输出功率,其研究结果可为光伏系统设计提供一定的参考。     

一种阴影情况下光伏组件输出特性的计算方法

提出了一种计算阴影遮挡情况下组件输出特性的方法。该方法首先根据流经组件的电流对被遮挡电池及其所在电池串的输出特性进行分析,在此基础上对旁路二极管的伏安特性进行理论分析,进而判定旁路二极管导通状态,从而计算出光伏组件在阴影遮挡情况下的多峰特性。经试验验证,此种方法可精确地模拟复杂遮挡情况下光伏组件的输出特性,对于各种阴影遮挡情况下的峰值点的最大误差在3%以内。该方法较传统的失配情况下基于一个电池单元并联一个保护旁路二极管的计算方法更符合实际,具有较强的实用价值。     

局部阴影条件下光伏组件性能实验研究

局部阴影遮挡严重影响光伏组件的输出特性,通过光伏组件的变比例遮挡以及特定比例下变化遮挡部位的方式对上述问题开展实验研究。研究表明:光伏组件受到阴影遮挡的比例越大,输出特性越差,10%为遮挡比例的转折点,超过之后特性曲线下降斜率陡增,当组件被遮挡20%以上时,最大输出功率Pm接近于零,特性曲线已不完整。分析10%遮挡面积下不同遮挡方式对输出特性和发电量的影响,光伏组件的Pm随单体电池被遮挡比例的增加而减小,给出不同遮挡方式下组件的功率损失。     

光伏组件与阵列遮挡阴影下的输出特性仿真分析

首先,利用PVsyst模拟了电池板遮挡面积、配置的二极管数目及不同遮挡位置下组件的输出特性,提出了提高光伏组件输出功率的方法;其次,结合长沙某菜市场拟建的光伏电站,利用PVsyst仿真了配置不同的二极管数量及两种布置方式下光伏阵列的输出特性,比较冬至日某个时刻间距阴影遮挡和近处阴影遮挡两种情况下阵列的输出特性。结果表明,对于只有间距阴影遮挡的光伏阵列配置二极管的数量和采用的布置方式对结果的影响非常小;当阵列有严重的近处阴影遮挡时,适当提高配置的二极管数量,PR提高2.3%;竖向布置方式高楼遮挡阴影损失率约为横向布置的1.6倍。     

考虑旁路二极管故障的光伏组件数学建模及功率特性分析研究

在光伏组件中引入旁路二极管是目前解决组件中电流失配问题的主要手段,但是当旁路二极管故障时,不仅会导致光伏组件的功率损失,极端情况下还会引发火灾。考虑到目前针对旁路二极管故障尚缺乏有效的检测手段,本文根据光伏组件中旁路二极管的工作原理和热特性,建立了一种考虑旁路二极管的光伏组件数学模型,分析了旁路二极管故障时光伏组件的输出特性;最后,搭建了并网光伏系统模型,分析了旁路二极管损坏对光伏系统最大功率跟踪控制的影响,为光伏系统故障诊断提供了理论依据。     

光伏组件对阴影敏感度的测试及分析应用

针对光伏电站组件的布置方式,给出光伏组件防反二极管连接方式的测试方法,并应用于平整度不同的场地及不同布置类型的组件。利用专业测试设备,对组件上不同方位阴影遮挡的敏感度进行了现场试验及分析。分析结果表明,防反二极管连接方式是影响光伏组件对阴影敏感度的决定性因素。当防反二极管为竖向布置的情况下,场地南北高差为主要影响时,建议组件横向放置;当场地东西高差为主要影响时,建议组件竖向放置。     

局部阴影条件下光伏组件的输出特性研究

为研究局部阴影对光伏组件输出特性的影响,本文以320 W单晶硅光伏组件为研究对象,利用软件模拟方法研究组件在不同遮挡比例和不同遮挡方式下的输出特性,并通过现场实验对模拟结论进行验证。研究结果表明,光伏组件内任意一块电池片的遮挡均会导致整个组件输出功率衰减,当电池片被遮挡面积大于50%时,组件输出功率降低1/3;组件中处于同一旁路二级管内的电池片被遮挡时,不论被遮挡的电池片数量是多少,均会导致约29%的组件功率衰减;组件被局部阴影纵向贯穿遮挡时的输出功率比横向贯穿遮挡时提高约216 W。     

局部遮挡时光伏阵列失配特性建模与分析

结合局部遮挡时太阳电池的等效电路,建立太阳电池发热现象的数学模型,对不同状态下太阳电池发热的主要原因进行分类分析;基于对局部遮挡时光伏组件工作特性的分析,建立以分段函数描述的光伏组件输出特性模型,最后结合实验及仿真结果分析失配引起的输出多峰值特性和热斑效应现象,提出解决太阳电池失配问题的控制方法。为改进光伏系统设计、优化光伏系统控制方法提供理论依据。     

局部阴影下光伏组件的Matlab/Simulink仿真模拟与特性分析

针对局部阴影遮挡条件对光伏组件输出特性的影响进行仿真分析。建立改进的双二极管太阳电池数学模型,模型中二极管D2的反向饱和电流I02采用电池材料自身性能参数进行计算,模型除二极管的理想因子n1、n2是经验值,无需估计任何值。仿真模型以建立的双二极管太阳电池数学模型为基础,通过Matlab/Simulink对双二极管太阳电池进行建模。以双二极管太阳电池模型为基础,建立适用于局部阴影下光伏组件的电气模型,从而避免构建光伏组件过程中繁杂的数学建模工作。利用该模型对不同局部阴影条件下的太阳电池和光伏组件进行仿真模拟,并对仿真数据进行对比分析。分析结果表明,局部阴影的数量和分布均匀性不同,对光伏组件输出特性的影响也有所不同。     

高辐照度对高效光伏组件性能影响的研究

研究了高辐照度下的光谱辐照度分布及其与太阳电池的匹配性,通过测试辐照前后太阳电池的光电转换效率、外量子效率(EQE)、反射率、栅线形貌,对比分析了高辐照度、超高辐照度与标准辐照度对高效太阳电池性能影响的差异,并通过与光伏组件户外数据关联分析高辐照度对光伏组件性能的影响。研究结果显示：太阳电池在经受高辐照后,短路电流的下降幅度较为明显,而其下降主要是因为栅线氧化及钝化效果变差引起的复合损失;高辐照环境下最优的光伏组件类型建议选择n型双玻半片光伏组件。评估高效光伏组件在不同环境下的性能,有助于保证光伏组件成品性能的稳定可靠。     

局部阴影遮挡的太阳电池组件输出特性实验研究

结合太阳电池双二极管与雪崩击穿效应数学模型,设计太阳电池组件遮挡实验,并对组件性能进行实际测试。分别在有、无旁通二极管两种情况下,分析比较单片太阳电池小比例(1%～10%)、大比例(10%～100%)遮挡及多片电池阴影遮挡的太阳电池组件输出的I-V及P-V特性曲线。结果表明,有、无旁通二极管情况下,组件单片电池被遮挡1%～10%,整个组件输出功率下降比例均不超过2%,同一串电池片之间可允许存在小的功率差异或表面辐照强度差异(<5%)。同组件无旁通二极管多个电池遮挡实验显示,电池出现热斑效应时会被反向击穿,实验组件击穿电压约15V,为避免热斑损害,组件中应对少于15/0.6=25片串联电池并联一个旁通二极管。     

光伏组件在热斑条件下的温升研究

根据标准ANSI/UL 1703测试条件,通过研究太阳电池片不同遮挡面积对旁路二极管电流、电压的影响,以及在相同遮挡面积时,单片电池片不同遮挡方向对光伏组件各部件材料的温度影响,得出光伏电站维护依据及光伏电站设计需要考虑的因素。     

倾角与方位角对张北地区光伏发电特性的影响

为使光伏组件获取更多的太阳辐照,需设置合适的倾角和方位角。通过2018年8月份在张北地区记录的辐照数据,计算得到张北地区光伏组件的最佳倾角。设置倾角为0°、30°、60°、90°、120°和150°的光伏组件,记录光伏组件的电压电流数据,分析不同天气下倾角和方位角对发电特性的影响。研究发现,光伏组件在该月的月最佳倾角为18.5°,晴天的日最佳倾角为27.1°,多云、阴天、雨天分别为18.0°、3.7°、0.2°。倾角对于发电特性的影响主要在于光伏组件接收的直射辐照大小,晴天和多云时30°倾角光伏组件的发电量最高,雨天和阴天水平光伏组件的发电量则最高。方位角对于发电特性的影响来源于直射辐照在一天中照射方向的变化,晴天和多云时方位角影响较大,阴天和雨天时影响很小。     

串并联太阳能电池弧形光伏组件的发电性能研究

将弧形光伏组件安装在建筑和汽车上获取电能,已受到人们越来越多的关注。为获得更高的输出功率,有必要研究由互连太阳能电池组成的、电流不匹配的弧形光伏组件的特性。研究重点关注由串并联太阳能电池组成的弧形光伏组件的发电性能,设计了不同曲率的非平面微型光伏模块,并通过测量获取光伏模块的参数。与平面光伏模块相比,弧形光伏模块的发电量较小。此外,利用二极管模型分析了光伏模块的特性,说明并联比串联功率高的原因。最后研究了实际应用中太阳能电池的互连问题。结果表明,在理想模型下并联能获取更多电能,但大尺寸的光伏模块会产生更大电流,可能会在实际运行中产生额外损耗。因此,在实际应用中设计弧形光伏组件时也应考虑太阳能电池的互连。     

光伏组件倾角最优化研究与应用

光伏组件按照一定的倾角安装能够提高接收到的太阳辐照量,但目前在光伏组件倾角的选择上和调节时间的划分上存在一定的盲目性。结合各向异性天空辐射模型,提出了倾斜面上太阳辐射量的计算方法。基于最优化理论,以倾斜面接收辐照量最大为目标,在MATLAB中编程实现对不同时间区间内的倾角最优化算法。最后,以上海地区为实例,通过数据对比不同安装倾角下全年光伏组件倾斜面接收辐照量,结果表明最优化角度调节可以提高光伏组件接收的年太阳辐照量,具有较高的实用价值。