光伏組件的診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽(yáng)能光伏技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光伏組件的診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽(yáng)電池是基于半導(dǎo)體材料光生伏特效應(yīng)制成的光電轉(zhuǎn)化器件，它的數(shù)學(xué)模型可 表示為：
[0004] 其中，I為輸出電流，V為輸出電壓，Ipv為光生電流，I。為二極管反相飽和電流，Rss 為太陽(yáng)電池串聯(lián)電阻，Rpp為太陽(yáng)電池并聯(lián)電阻，η為硅二極管常數(shù)，q為單位電荷電量，K為 波爾茲曼常數(shù)，T為開爾文溫度。光伏組件一般由隊(duì)塊（如：36、54、60、72塊）太陽(yáng)電池片 串聯(lián)而成，其數(shù)學(xué)模型表示為：
[0006] 其中，札為光伏組件串聯(lián)電阻，Rp為光伏組件并聯(lián)電阻。
[0007] Rs= Ns · Rss
[0008] (3)
[0009] Rp= Ns · Rpp
[0010] 可見，光伏組件的數(shù)學(xué)模型為4參數(shù)模型（Ipv、IQ、R S、RP)，Ipv、I。與太陽(yáng)輻射、溫度 有關(guān)系，q、n、K、T、隊(duì)為已知量。光伏組件廠商一般只給出標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下（STC)的V。。、 Is。、Vnil^ I"p4個(gè)參數(shù)，&和R p未知也無法測(cè)量。目前為了便于計(jì)算，工程應(yīng)用上通常將R 3和 Rp忽略，得到簡(jiǎn)化的I-V數(shù)學(xué)模型：
[0012] 該模型只需要通過廠商提供標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的'。、、。^^'技術(shù)參數(shù)^卩可確定 光伏組件的伏安特性，但依然無法替代實(shí)際光伏組件的數(shù)學(xué)模型，難以適用于對(duì)光伏組件 模型要求精確的場(chǎng)合，比如光伏組件診斷系統(tǒng)中，根據(jù)廠商給定數(shù)據(jù)建立精確的數(shù)學(xué)模型， 作為光伏組件生命周期性能評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種光伏組件的診斷方法，以便以 精確的數(shù)學(xué)模型為依據(jù)對(duì)光伏組件進(jìn)行診斷。
[0014] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
[0015] -種光伏組件的診斷方法，包括步驟：
[0016] 獲取光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的電性能參數(shù)，所述電性能參數(shù)包括開路電 壓、短路電流、最大功率，及功率最大時(shí)的輸出電流和輸出電壓；
[0017] 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的開路電壓和短路電流，計(jì)算光伏組件的光生電流和二極管 反相飽和電流；
[0018] 對(duì)光伏組件的串聯(lián)電阻進(jìn)行初始化賦值，并以預(yù)定的步長(zhǎng)對(duì)串聯(lián)電阻進(jìn)行遞增或 遞減的重新賦值，直至當(dāng)前賦值時(shí)的最大功率逼近標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的最大功率，每次賦值， 根據(jù)功率最大時(shí)串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻之間的關(guān)系，計(jì)算此時(shí)的并聯(lián)電阻，再通過牛頓拉夫 遜解法計(jì)算此時(shí)的輸出電流和輸出電壓，根據(jù)輸出電流和輸出電壓計(jì)算此時(shí)的最大功率；
[0019] 將光生電流、二極管反相飽和電流，以及最大功率逼近標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下最大功率 時(shí)的串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻代入光伏組件的輸出電流電壓模型，根據(jù)結(jié)果對(duì)光伏組件進(jìn)行診 斷。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0021] 通過廠商給出的光伏組件標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的基本參數(shù)，可精確計(jì)算出實(shí)際光伏組 件的串并聯(lián)電阻，使4參數(shù)模型得到求解。將計(jì)算的R s、Rp代入模型，得到的I-V、P-V數(shù)據(jù) 與實(shí)際光伏組件相符。因此，依據(jù)該方法可對(duì)光伏組件進(jìn)行準(zhǔn)確的建模以及仿真分析?？?為光伏電站中光伏組件診斷系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)模型接口，作為光伏組件的質(zhì)量、功率衰減、性能 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明光伏組件的診斷方法的流程示意圖；
[0023] 圖2為光伏組件等效電路圖；
[0024] 圖3為光伏組件短路工作電路圖；
[0025] 圖4為光伏組件模型求解流程示意圖；
[0026] 圖5為牛頓拉夫遜計(jì)算I-V流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0028] 本發(fā)明光伏組件的診斷方法，如圖1所示，包括如下步驟：
[0029] 步驟SlOl、獲取光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的電性能參數(shù)，所述電性能參數(shù) 包括開路電壓、短路電流、最大功率，及功率最大時(shí)的輸出電流和輸出電壓；
[0030] 步驟sl02、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的開路電壓和短路電流，計(jì)算光伏組件的光生電 流和二極管反相飽和電流；
[0031] 步驟sl03、對(duì)光伏組件的串聯(lián)電阻進(jìn)行初始化賦值，并以預(yù)定的步長(zhǎng)對(duì)串聯(lián)電阻 進(jìn)行遞增或遞減的重新賦值，直至當(dāng)前賦值時(shí)的最大功率逼近標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的最大功 率，每次賦值，根據(jù)功率最大時(shí)串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻之間的關(guān)系，計(jì)算此時(shí)的并聯(lián)電阻，再 通過牛頓拉夫遜解法計(jì)算此時(shí)的輸出電流和輸出電壓，根據(jù)輸出電流和輸出電壓計(jì)算此時(shí) 的最大功率；
[0032] 步驟sl04、將光生電流、二極管反相飽和電流，以及最大功率逼近標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下 最大功率時(shí)的串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻代入光伏組件的輸出電流電壓模型，根據(jù)結(jié)果對(duì)光伏組 件進(jìn)行診斷。
[0033] 圖2為光伏組件等效電路圖。由于I。為數(shù)量級(jí)很小的數(shù)，且R 3較小，Rp較大，它們 對(duì)Ic計(jì)算的影響可忽略不計(jì)，可利用式（4)進(jìn)行計(jì)算。
[0034] 當(dāng)外電路短路時(shí)，I = ls。，V = 〇,得到Ipv= I ^
[0035] 當(dāng)外電路開路時(shí)，V = V。。，I = 0,得到：
[0037] 光伏組件輸出最大功率Pniax可表示為：
[0039] 通過式（6)可知，在最大功率點(diǎn)，RjP Rs存在以下關(guān)系：
[0041] 圖3為光伏組件短路工作電路圖。札與Rp并聯(lián)，兩端電壓相等，有I %XRS = (Ipv-U X RP，得到：
[0043] 圖4為光伏組件模型求解流程圖。該流程分為以下4個(gè)步驟：
[0044] 步驟 Sl :初始化 Rs= 0、R ρ= 100、Λ P = 100 ;根據(jù)式（5)計(jì)算 I。；
[0045] 步驟S2 :將Λ P與0. 01比較，如果Λ P>0. 01，進(jìn)入步驟S3,否則程序結(jié)束，此時(shí)的 Rs、Rp即為光伏組件的串并聯(lián)電阻值；
[0046] 步驟S3 :根據(jù)式⑶計(jì)算Ipv，Rs增加0. 01 Ω，根據(jù)式（7)計(jì)算R p;
[0047] 步驟S4 :在當(dāng)前Rs、Rp下，在0 < V < V。。，通過牛頓拉夫遜法計(jì)算I-V數(shù)值，并計(jì) 算出最大功率Pniaxjll;求出與光伏組件最大功率偏差Λ P = IP __"τΡ_ I，返回步驟S2。
[0048] 圖5為牛頓法計(jì)算I-V流程圖。該流程分為以下6個(gè)步驟：
[0049] 步驟Sl :初始化數(shù)組I、V，用于存放光伏組件輸出電流、電壓數(shù)據(jù)。數(shù)組I清零，數(shù) 組V賦值0-V。。數(shù)值，以0.1 V作為步長(zhǎng)。初始化變量i = 0 ;
[0050] 步驟S2 :數(shù)組V變量與Vci。比較，判斷是否計(jì)算結(jié)束。如果是，程序退出，否則，進(jìn) 入步驟S3 ;
[0051 ] 步驟S3 :初始化Ik= 0,進(jìn)入步驟S4 ;
[0052]步驟 S4 :令 f(I) = f(I，V)_I = 0,得到：
[0054] 式（9)中f (I)對(duì)I進(jìn)行求導(dǎo)，得到：
[0056] 由牛頓拉夫遜法計(jì)算得到下一個(gè)迭代計(jì)算的Ik+1，表示為：
[0058] 當(dāng)|f(Ik+1)|U U為接近于0的很小的數(shù)）時(shí)，可認(rèn)為Ik+1為f(I) =0的真實(shí) 解，這里ξ取值0.001。
[0059] 根據(jù)公式（9)、（10)、（11)計(jì)算得出Ik+1，并對(duì)下一次迭代賦值I k= I k+1，進(jìn)入步驟 S5 ；
[0060] 步驟S5:計(jì)算If (Ik+1) I，與0.001進(jìn)行比較判斷，如果If (Ik+1) I >0.001，返回步驟 S4,否則進(jìn)入步驟S6 ;
[0061] 步驟S6 :將I-V的真實(shí)解Ik+1賦值給數(shù)組I，同時(shí)改變變量i+Ι，指向下一個(gè)電壓數(shù) 組變量V(i+1)，返回步驟2。
[0062] 例：英利48Cell光伏組件，型號(hào)YL200P-23b，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下：
[0063] Isc= 8. 73 -,Yoc= 31. 0 ；Vnp= 24. 5 ；I np= 8. 15 ；Pnax= Vnp*Inp= 199. 675 ；
[0064] 米用上述方法，在MATLAB中計(jì)算，得到：
[0065] Rp = 1742. 061756
[0066] Rs = 0. 260000
[0067] Pmax_m = 199. 675000 (model)
[0068] Pmax_e = 199. 675000(experimental)
[0069] 上列詳細(xì)說明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā) 明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光伏組件的診斷方法，其特征在于，包括步驟： 獲取光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)得的電性能參數(shù)，所述電性能參數(shù)包括開路電壓、 短路電流、最大功率，及功率最大時(shí)的輸出電流和輸出電壓； 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的開路電壓和短路電流，計(jì)算光伏組件的光生電流和二極管反相 飽和電流； 對(duì)光伏組件的串聯(lián)電阻進(jìn)行初始化賦值，并W預(yù)定的步長(zhǎng)對(duì)串聯(lián)電阻進(jìn)行遞增或遞減 的重新賦值，直至當(dāng)前賦值時(shí)的最大功率逼近標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的最大功率，每次賦值，根據(jù) 功率最大時(shí)串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻之間的關(guān)系，計(jì)算此時(shí)的并聯(lián)電阻，再通過牛頓拉夫遜解 法計(jì)算此時(shí)的輸出電流和輸出電壓，根據(jù)輸出電流和輸出電壓計(jì)算此時(shí)的最大功率； 將光生電流、二極管反相飽和電流，W及最大功率逼近標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下最大功率時(shí)的 串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻代入光伏組件的輸出電流電壓模型，根據(jù)結(jié)果對(duì)光伏組件進(jìn)行診斷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏組件的診斷方法，其特征在于， 功率最大時(shí)串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻之間的關(guān)系為：式中，Pm。、為最大功率，Imp、Vmp為功率最大時(shí)的輸出電流和輸出電壓，Ipy為光生電流， I。為二極管反相飽和電流，R S為太陽(yáng)電池串聯(lián)電阻，R P為太陽(yáng)電池并聯(lián)電阻，n為娃二極管 常數(shù)，q為單位電荷電量，K為波爾茲曼常數(shù)，T為開爾文溫度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光伏組件的診斷方法，其特征在于， 串聯(lián)電阻的初始化賦值為O Q。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光伏組件的診斷方法，其特征在于， 所述預(yù)定的步長(zhǎng)為0.010。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光伏組件的診斷方法，其特征在于， 當(dāng)差值小于等于0.OlW時(shí)，認(rèn)定為串聯(lián)電阻當(dāng)前賦值時(shí)的最大功率逼近標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件 下的最大功率。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光伏組件的診斷方法，根據(jù)光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的電性能參數(shù)(開路電壓、短路電流、最大功率、最大功率時(shí)的輸出電壓和輸出電流)，并對(duì)串聯(lián)電阻進(jìn)行初始化且不斷調(diào)整其數(shù)值，求出相應(yīng)的并聯(lián)電阻，再采用牛頓拉夫遜數(shù)值解法對(duì)伏安特性進(jìn)行求解，并計(jì)算出最大功率，當(dāng)最大功率逼近標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的最大功率時(shí)，將此時(shí)串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻的取值作為真實(shí)值，從而得出精確的I-V模型，使得據(jù)此得出的光伏組件的診斷結(jié)果更準(zhǔn)確。
【IPC分類】H02S50/10
【公開號(hào)】CN105207619
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510705825
【發(fā)明人】吳昌宏, 舒杰, 王浩, 張繼元
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年10月26日