一種光伏組件輸出特性的判斷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光伏組件輸出特性的判斷方法，主要為以單電池為基本單位，首先根據(jù)流經(jīng)光伏組件的電流對(duì)被遮擋電池及其所在電池串的輸出特性進(jìn)行分析，進(jìn)而在對(duì)旁路二極管的伏安特性進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上判定旁路二極管導(dǎo)通狀態(tài)，從而計(jì)算出光伏組件在陰影遮擋情況下的多峰特性。本發(fā)明的方法能夠較精確的判斷出旁路二極管的導(dǎo)通點(diǎn)，從而較精確的反映出組件I-V曲線的峰值點(diǎn)，為失配情況下組件性能的簡單精確模擬奠定了基礎(chǔ)。
【專利說明】一種光伏組件輸出特性的判斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏組件輸出特性的判斷方法，屬于太陽能光伏【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能電池的輸出特性較復(fù)雜，具有非線性的特征，主要受輻照度、溫度及負(fù)載情況的影響。由于單片電池的輸出電流電壓均較小，因此在實(shí)際應(yīng)用中將單電池以串聯(lián)的方式組成光伏組件，光伏組件再以串并聯(lián)的方式組成光伏陣列以達(dá)到所需求的電流電壓值。在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中，由于陰影遮擋等造成的失配現(xiàn)象會(huì)使光伏電池反偏作為負(fù)載消耗功率，不僅降低了光伏陣列總體輸出功率，亦可能引起熱斑效應(yīng)，對(duì)組件造成不可恢復(fù)的損毀。為了減小因失配現(xiàn)象造成的功率損失以及因此造成的溫升對(duì)組件可靠性的影響，可并聯(lián)旁路二極管起到分流保護(hù)作用。然而，當(dāng)含旁路二極管的組件存在失配現(xiàn)象時(shí)，其1-V特性曲線會(huì)由原來的單峰曲線變?yōu)殡p峰甚至多峰曲線，為光伏組件輸出性能的計(jì)算模擬帶來了一定的困難。
[0003]目前，對(duì)于失配情況下組件輸出性能的模擬是光伏領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，其研究主要分為兩類:其一是失配情況下無旁路二極管的光伏組件串聯(lián)電路性能的研究，鑒于目前組件都已具備保護(hù)功能的旁路二極管，此種形式的研究已不具備代表意義；其二為失配情況下含旁路二極管光伏組件串聯(lián)電路的研究，目前主要有基于機(jī)理分析和實(shí)驗(yàn)研究兩種方法。其中翟載騰等提出了基于流經(jīng)組件的電流采用分段函數(shù)描述被部分遮擋的光伏陣列輸出特性的方法，它是以組件為基本單位，每個(gè)組件并聯(lián)一個(gè)保護(hù)功能旁路二極管，能較精確的模擬出部分組件被遮擋的情況下串聯(lián)陣列的輸出性能，但由于實(shí)際遮擋情況較復(fù)雜，因此需進(jìn)一步研究；徐青山等對(duì)含多個(gè)旁路二極管的組件進(jìn)行研究，將流經(jīng)組件的電流分為兩路，即流經(jīng)電池串及流經(jīng)旁路二極管的電流，并采用牛頓一拉夫遜法進(jìn)行迭代求解，而Y.-j.WANG等以旁路二極管保護(hù)串為基本單位，根據(jù)組件串電壓采用分段函數(shù)的方法計(jì)算求解，這兩種方法均能夠較精確的得出實(shí)際復(fù)雜情況下陣列的輸出特性，但前者計(jì)算量較大，而后者采用隱式函數(shù)的方法，對(duì)整體計(jì)算帶來了些許不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了能夠較為簡便精確地模擬實(shí)際復(fù)雜遮擋情況下陣列的輸出性能，本發(fā)明以單電池為基本單位，提出一種光伏組件輸出特性的判斷方法。首先根據(jù)流經(jīng)組件的電流對(duì)被遮擋電池及其所在電池串的輸出特性進(jìn)行分析，進(jìn)而在對(duì)旁路二極管的伏安特性進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上判定旁路二極管導(dǎo)通狀態(tài)，從而計(jì)算出光伏組件在陰影遮擋情況下的多峰特性。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種光伏組件輸出特性的判斷方法，包括以下步驟:
[0007]I)建立光伏組件輸出特性的數(shù)學(xué)模型；
[0008]2)建立光伏組件的多旁路二極管模型；[0009]3)分別求出每個(gè)電池串中每個(gè)電池片的輸出電壓；
[0010]4)得到整個(gè)電池串的輸出電壓；
[0011]5)得到整個(gè)光伏組件的輸出電壓。
[0012]前述的步驟I)建立光伏組件輸出特性的數(shù)學(xué)模型的具體過程為:
[0013]根據(jù)基爾霍夫電流定律，由光伏組件的單二極管模型的等效電路得到光伏組件的單二極管模型的電流方程為:
【權(quán)利要求】
1.一種光伏組件輸出特性的判斷方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)建立光伏組件輸出特性的數(shù)學(xué)模型； 2)建立光伏組件的多旁路二極管模型； 3)分別求出每個(gè)電池串中每個(gè)電池片的輸出電壓； 4)得到整個(gè)電池串的輸出電壓； 5)得到整個(gè)光伏組件的輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏組件輸出特性的判斷方法，其特征在于，所述步驟1)建立光伏組件輸出特性的數(shù)學(xué)模型的具體過程為: 根據(jù)基爾霍夫電流定律，由光伏組件的單二極管模型的等效電路得到光伏組件的單二極管模型的電流方程為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏組件輸出特性的判斷方法，其特征在于，所述步驟2)中光伏組件的多旁路二極管模型為:設(shè)光伏組件含有N個(gè)旁路二極管，將光伏組件分為等量的被旁路二極管保護(hù)的電池串，設(shè)旁路二極管I所保護(hù)的電池串I的電池片為:1_1，1-2，......，l-m，旁路二極管2所保護(hù)的電池串2的電池片為:2-1，2-2，......，2_m，......，旁路二極管N所保護(hù)的電池串N的電池片為:N-1，N-2,......，N-m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏組件輸出特性的判斷方法，其特征在于，所述步驟3)中每個(gè)電池片的輸出電壓的計(jì)算方法為: 對(duì)于每I個(gè)電池片只有2種情況:遮擋和未被遮擋， 3-1)被遮擋電池片的輸出電壓的計(jì)算: 假設(shè)電池串I中電池片1-1被遮擋，則光生電流存在關(guān)系=Iph^ < Iph, = Iph, !-3 =…—T 丄 ph，1-m 根據(jù)光伏組件外接負(fù)載的不同，流經(jīng)組件的電流不同，旁路二極管I有導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài): (a)若0<I ( Ia H，電池片1-1對(duì)外正常輸出功率，旁路二極管I處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)，電池片1-1的輸出電壓Vh為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏組件輸出特性的判斷方法，其特征在于，所述步驟4)中，整個(gè)電池串的輸出電壓為每個(gè)電池片的輸出電壓之和，即被遮擋的電池片和未被遮擋的電池片的輸出電壓之和，分為兩種情況: 4-1)假設(shè)電池串I中電池片1-1被遮擋，則電池串I的輸出電壓V1為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏組件輸出特性的判斷方法，其特征在于，所述步驟5)中，整個(gè)光伏組件的輸出電壓為所述步驟4)計(jì)算的所有的電池串的輸出電壓之和。
【文檔編號(hào)】H02S50/10GK103944510SQ201410189329
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】白建波, 曹陽, 劉升, 張臻 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)