表面积灰影响光伏组件泄漏电流与衰减寿命的研究

主要研究发生电位诱导衰减的光伏组件在表面积灰作用下,其泄漏电流和输出功率的变化机理,以Peck方程为基础,建立覆灰光伏组件模型;利用实验室模拟现场环境,从泄漏电流、活化能指数Ea和最大功率点功率3个角度分析灰尘积累的影响。实验结果表明:表面覆灰与环境湿度的共同作用会大大增加组件泄漏电流、减小使用寿命;利用灰尘密度和泄漏电流的近似线性关系,推导出覆灰与洁净组件的功率衰减相关系数λ,可用来准确预测覆灰组件的功率衰减;提出的覆灰模型对光伏组件实际泄漏电流和功率衰减特性具有较好的拟合效果。     

水清洁对光伏组件输出功率的影响

目前,水清洁仍然是光伏组件清洁的重要方式之一,而光伏组件表面的积灰及残留水珠都会对光伏组件的输出功率造成一定程度的影响,因此确定水清洁光伏组件所需的合理用水量及探究积水残留对光伏组件的影响具有重要意义。设计了2种光伏组件初始附着物不同的水清洁实验,通过观察实验现象及分析不同洒水量得出的光伏组件输出功率,结果表明：由于沙粒吸附性增强且受阻增大,表面湿润的光伏组件相对于表面干燥的光伏组件更容易沉积沙粒等遮挡物;雨水对光伏组件有遮挡效应并会加快光伏组件表面灰尘的沉积速度,进而影响光伏组件的输出功率;光伏组件输出功率大幅增长阶段对应的水量即为该光伏组件达到清洁目的所需的合理用水量,在清洗完毕后应擦除残余水滴。     

沙漠环境沙尘覆盖下的光伏组件输出特性研究

采取野外测试与实验室测试相结合的方法,对内蒙古库布齐沙漠环境下的光伏组件输出特性进行研究分析。结果显示:自然沙漠环境下,积尘时间和安装倾角对沙尘覆盖下的光伏组件的输出功率均有较大影响。光伏组件暴露在自然环境下10个多月不做人工清洗,其输出功率损耗率最大可达30%;与此同时,实验室的测试结果表明,随着组件表面积尘密度的增加,组件的转换效率呈对数衰减。     

基于输电线路垂直档距变化特征的等值覆冰厚度模型研究

针对电网防冰抗冰各业务的具体需求及现有覆冰监测终端受环境的影响使得多个测量值不够准确,从而增加架空线覆冰厚度观测值误差的问题,利用覆冰监测终端历史拉力值、气象因子测量数据,经过对历史拉力值数据合理的质量控制,采用相对值方法并结合实际测量技术手段,建立了考虑线路设计冰厚、垂直档距实时变化特征的更加精确的输电线路等值覆冰厚度计算模型,用于模拟两个冰期内线路等值覆冰厚度,并与实际观测结果进行对比。结果表明,AB相、地线垂直档距随覆冰厚度均呈非线性变化趋势,总体呈现出随覆冰厚度的增加而逐渐减小的变化趋势,且地线变化幅度大于AB相线;线路等值覆冰厚度与监测终端拉力值呈正相关性关系,计算出的线路等值覆冰厚度与同期的气象因子覆冰条件相一致,且模拟结果与实际观测结果误差较小。     

输电线路设计覆冰厚度统计模型取用

根据捷克斯洛伐克Studnice覆冰观测站1940--1999年的覆冰观测数据,分别采用正态分布、极值Ⅰ型Gumbel分布、极值Ⅱ型Frechet分布、极值Ⅲ型Weibull分布对该数据进行了统计分析。由科尔莫戈罗夫一斯米尔诺夫入拟合度检验结果表明,极值Ⅱ型Frechet分布能较好地拟合该地区的年最大覆冰荷载。由于微地形等因素的影响,线路覆冰厚度的统计分布随地区而异。覆冰厚度是影响冰区输电线路安全、经济的一个重要因素。可根据覆冰观测数据选择概率模型确定设计冰厚。     

不同标称功率光伏组件替换使用时的模型研究

针对某类光伏组件无备件更换时替换成其他标称功率光伏组件使用的可行性进行研究,通过Matlab软件仿真模拟不同标称功率光伏组件串联后的输出特性曲线,以实物实验来验证效果;并对不同标称功率光伏组件构成的光伏组串运行时的温度进行测试,用于判断光伏组件是否存在发热烧坏的情况。结果显示：1)采用不同标称功率光伏组件形成的光伏组串的I-U曲线和P-U曲线均在达到最大值之前出现了一个拐点,曲线不如采用相同标称功率光伏组件时的平滑。2)当两块较大标称功率光伏组件串联时,其中一块被替换为较小标称功率光伏组件后,其整体的最大输出功率会降低,但输出功率的这种变动不影响光伏组件的正常使用;而当两块较小标称功率光伏组件串联时,其中一块被替换为较大标称功率光伏组件后,其整体的最大输出功率基本不变。由此可知,当相同标称功率的光伏组件备件不足时,最好替换的光伏组件不要与被替换光伏组件的标称功率差异太大,否则容易引起光伏组串较大的输出功率损失。3)低标称功率的光伏组件与高标称功率光伏组件串联后,光伏组件的表面温度在正常范围内,光伏组件可正常运行。该研究为光伏组件备件不足带来的困扰提供了解决方案。     

沙尘沉降对光伏组件功率输出影响的实验研究

我国西北部是沙尘暴频发区域,光伏组件长期暴露在沙尘环境下,长时间的积尘严重影响了光伏组件的工作效率,导致输出功率降低。光伏组件安装倾角的变化会导致沙尘沉降质量和组件板面温度的变化,进而影响光伏组件的输出功率。通过沙尘沉降对光伏组件功率输出影响的实验研究,得到的结论能够为沙尘环境下太阳能光伏电站的建设和维护提供实验和理论支撑。     

输电塔线在覆冰与风载下的可靠性分析

以湖南省郴州地区输电线路为例,构建了输电塔线体系精细化有限元模型,基于2008年南方覆冰实测资料,考虑输电塔角钢尺寸的不确定性、角钢材料性能随时间的老化及输电塔本身所受覆冰荷载和风荷载的随机性,采用蒙特卡罗法分析计算了4种工况下的可靠性.结果表明,随覆冰厚度的增加,输电塔的失效概率迅速增大,覆冰和风荷载共同作用是输电塔...     

高原高寒地区光伏组件背板冷却对输出功率影响的实验研究

针对光伏组件表面温度影响光伏电站出力的技术难题,以2行4列的光伏阵列为例,在拉萨搭建光伏阵列输出功率实验测试平台,采用液冷方式在背板铺设冷却循环管道构建背板冷却系统,并基于冷却系统的连续运行（实验Ⅰ）、先停后启（实验Ⅱ）、先启后停（实验Ⅲ）3种运行工况,分别进行光伏组件有无背板冷却的对比实验,探究高原高寒地区组件表面温度对光伏阵列输出功率的影响规律。研究表明：采用背板冷却技术降低光伏组件的表面温度,可有效提升光伏阵列的输出功率,在实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中光伏阵列输出功率分别提升了1.4%、1.3%、1.0%;光伏组件采用背板冷却技术时,冷却介质循环泵耗功高于光伏阵列提升的输出功率,但在高原高寒地区可回收利用冷却介质吸热量,加热生活用水,可使采用背板冷却的光伏阵列综合效益提高。     

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。     

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。     

On evaluating the effects of the incident angle on the energy harvesting performance and MPP estimation of PV modules

The incident angle is a critical factor impacting the performance of fixed photovoltaic (PV) modules. Off‐normal incidence leads to significant changes in the current–voltage (I–V) characteristics and serious deterioration in the performance of fixed PV modules, resulting in difficulties in achieving optimal use of the available solar energy and retaining the maximum power output. To investigate this problem in depth, we develop a theoretical method based on the material properties and recombination mechanisms of the semiconductor, which can be used to directly evaluate the incident angle dependence of the energy harvesting performance and the maximum power point (MPP) estimation of PV modules composed of different materials from their I–V characteristic curves under irradiation. The proposed method is a simple approach with a low calculation burden. The performance of the proposed method is evaluated by examining the characteristics of the open‐circuit voltage, short‐circuit current, MPP, and the maximum output power of PV modules constructed of different semiconductor materials with respect to the various incident angles. The results are discussed in detail. The experimental results demonstrate that the proposed method could be used to optimize the performance of fixed PV modules and realize MPP control of PV systems during practical operation. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

冷却剂流量对聚光型太阳能光伏系统效率的影响

针对聚光型太阳能光伏电池工作中温度升高会导致发电效率降低的问题,在太阳能模组上铺设有机工质循环管路对光伏电池进行冷却,通过冷凝器对管内有机工质吸收的热量进行收集利用,构建聚光型太阳能光伏/光热综合利用系统。建立传热模型,计算不同日照强度下模组的输出效率并与实验数据进行对比。实验结果表明:发电效率随日照强度的增加先增加后减小;对光伏电池进行冷却可提升系统输出效率;太阳能光伏发电及散热量利用效率合计可达60%。     

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。     

双面光伏组件发电性能影响因素理论与实验研究

基于视角系数模型,理论计算与实验分析双面光伏组件的背面辐照度分布,根据组件背面的辐照度模型和太阳电池等效电路的单二极管模型,采用I-V曲线叠加法计算其微失配损耗;并提出简化反射光谱模型准确计算反射太阳光谱,以光谱失配因子量化反射光谱对双面组件背面发电性能的影响,结合组件背面辐射视角系数模型,建立双面组件背面功率输出的计...     

温度对屋顶分布式光伏系统发电效率的影响分析

提高发电效率是光伏模块进一步大规模应用的关键。温度是影响光伏模块发电效率的重要因素之一,尤其对屋顶分布式光伏系统而言。基于某屋顶分布式光伏电站运行数据,分析了温度对光伏模块发电效率的影响。通过建立多元线性回归模型探讨了环境温度与电池板发电效率的关系,并提出了一种拟合度较高的理论发电量计算模型。该模型可用于计算电站的应发电量和相应的损失发电量,以便综合考虑收益与成本,判断是否采取适当的降温措施。     

Monte Carlo techniques to analyse the electrical mismatch losses in large-scale photovoltaic generators

In large-scale photovoltaic generators, the arrangement of modules with different electrical characteristics could involve a considerable mismatch between the single components resulting in a power loss. This means the actual power is less than the sum of the maximum output powers of the individual PV modules, operating at same irradiance-temperature conditions. To reduce the mismatch losses and to calculate it under operating conditions, a statistical approach based on Monte Carlo simulation techniques, has been developed and validated. The simulation model shows that it is possible to meet the required mismatch level, with a random arrangement, starting from a modules population characterized in terms of short circuit current, I_sc and open circuit voltage V_oc, by a probability density function with a imposed variance. The method has been successfully applied for a 100 kWp standard unit photovoltaic generator, the computational results have shown good agreement with the experimental data.     

Effects of mismatch losses in photovoltaic arrays

Experimental and modeling results on the effects of mismatch losses in photovoltaic arrays are presented. Field tests conducted on each of the 192 modules are used to describe the variation in the properties of production run photovoltaic modules. Module specific estimates of a five-parameter module model are obtained by nonlinear regression. Mathematical models of four-module parallel string and series block photovoltaic array performance based on the five-parameter module model are developed and used to evaluate the variation in maximum output power and mismatch loss of arrays with random module orderings. Module maximum output power averaged 14% below the nameplate rating and exhibited a coefficient of variation of 2.1%. Mismatch losses were very small, never exceeding 0.53%. No differences between parallel string and series block arrays in array maximum output power were observed.     

Performance enhancement of partially shaded solar PV array using novel shade dispersion technique

Solar photo voltaic array (SPVA) generates a smaller amount of power than the standard rating of the panel due to the partial shading effect. Since the modules of the arrays receive different solar irradiations, the P-V characteristics of photovoltaic (PV) arrays contain multiple peaks or local peaks. This paper presents an innovative method (magic square) in order to increase the generated power by configuring the modules of a shaded photovoltaic array. In this approach, the physical location of the modules in the total cross tied (TCT) connected in the solar PV array is rearranged based on the magic square arrangement pattern. This connection is done without altering any electrical configurations of the modules in the PV array. This method can distribute the shading effect over the entire PVarray, without concentrating on any row of modules and can achieve global peaks. For different types of shading patterns, the output power of the solar PV array with the proposed magic square configuration is compared with the traditional configurations and the performance is calculated. This paper presents a new reconfiguration technique for solar PV arrays, which increases the PV power under different shading conditions. The proposed technique facilitates the distribution of the effect of shading over the entire array, thereby, reducing the mismatch losses caused by partial shading. The theoretical calculations are tested through simulations in Matlab/ Simulink to validate the results. A comparison of power loss for different types of topologies under different types of shading patterns for a 4×4 array is also explained.