一種光伏組件輸出特性的判斷方法
【專利摘要】本發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，首先根據流經光伏組件的電流對被遮擋電池及其所在電池串的輸出特性進行分析，進而在對旁路二極管的伏安特性進行理論分析的基礎上判定旁路二極管導通狀態，從而計算出光伏組件在陰影遮擋情況下的多峰特性。本發明的方法能夠較精確的判斷出旁路二極管的導通點，從而較精確的反映出組件I-V曲線的峰值點，為失配情況下組件性能的簡單精確模擬奠定了基礎。
【專利說明】一種光伏組件輸出特性的判斷方法
【技術領域】
[0001]本發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【技術領域】。
【背景技術】
[0002]太陽能電池的輸出特性較復雜，具有非線性的特征，主要受輻照度、溫度及負載情況的影響。由于單片電池的輸出電流電壓均較小，因此在實際應用中將單電池以串聯的方式組成光伏組件，光伏組件再以串并聯的方式組成光伏陣列以達到所需求的電流電壓值。在實際系統運行中，由于陰影遮擋等造成的失配現象會使光伏電池反偏作為負載消耗功率，不僅降低了光伏陣列總體輸出功率，亦可能引起熱斑效應，對組件造成不可恢復的損毀。為了減小因失配現象造成的功率損失以及因此造成的溫升對組件可靠性的影響，可并聯旁路二極管起到分流保護作用。然而，當含旁路二極管的組件存在失配現象時，其1-V特性曲線會由原來的單峰曲線變為雙峰甚至多峰曲線，為光伏組件輸出性能的計算模擬帶來了一定的困難。
[0003]目前，對于失配情況下組件輸出性能的模擬是光伏領域研究的熱點之一，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電路性能的研究，鑒于目前組件都已具備保護功能的旁路二極管，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電路的研究，目前主要有基于機理分析和實驗研究兩種方法。其中翟載騰等提出了基于流經組件的電流采用分段函數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，每個組件并聯一個保護功能旁路二極管，能較精確的模擬出部分組件被遮擋的情況下串聯陣列的輸出性能，但由于實際遮擋情況較復雜，因此需進一步研究；徐青山等對含多個旁路二極管的組件進行研究，將流經組件的電流分為兩路，即流經電池串及流經旁路二極管的電流，并采用牛頓一拉夫遜法進行迭代求解，而Y.-j.WANG等以旁路二極管保護串為基本單位，根據組件串電壓采用分段函數的方法計算求解，這兩種方法均能夠較精確的得出實際復雜情況下陣列的輸出特性，但前者計算量較大，而后者采用隱式函數的方法，對整體計算帶來了些許不便。
【發明內容】
[0004]為了能夠較為簡便精確地模擬實際復雜遮擋情況下陣列的輸出性能，本發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。首先根據流經組件的電流對被遮擋電池及其所在電池串的輸出特性進行分析，進而在對旁路二極管的伏安特性進行理論分析的基礎上判定旁路二極管導通狀態，從而計算出光伏組件在陰影遮擋情況下的多峰特性。
[0005]為達到上述目的，本發明采用的技術方案為:
[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學模型；
[0008]2)建立光伏組件的多旁路二極管模型；[0009]3)分別求出每個電池串中每個電池片的輸出電壓；
[0010]4)得到整個電池串的輸出電壓；
[0011]5)得到整個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學模型的具體過程為:
[0013]根據基爾霍夫電流定律，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學模型； 2)建立光伏組件的多旁路二極管模型； 3)分別求出每個電池串中每個電池片的輸出電壓； 4)得到整個電池串的輸出電壓； 5)得到整個光伏組件的輸出電壓。
2.根據權利要求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學模型的具體過程為: 根據基爾霍夫電流定律，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.根據權利要求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:設光伏組件含有N個旁路二極管，將光伏組件分為等量的被旁路二極管保護的電池串，設旁路二極管I所保護的電池串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所保護的電池串N的電池片為:N-1，N-2,......，N-m。
4.根據權利要求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)中每個電池片的輸出電壓的計算方法為: 對于每I個電池片只有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算: 假設電池串I中電池片1-1被遮擋，則光生電流存在關系=Iph^ < Iph, = Iph, !-3 =…—T 丄 ph，1-m 根據光伏組件外接負載的不同，流經組件的電流不同，旁路二極管I有導通與截止兩種狀態: (a)若0<I ( Ia H，電池片1-1對外正常輸出功率，旁路二極管I處于截止狀態，此時，電池片1-1的輸出電壓Vh為:
5.根據權利要求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，整個電池串的輸出電壓為每個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.根據權利要求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，整個光伏組件的輸出電壓為所述步驟4)計算的所有的電池串的輸出電壓之和。
【文檔編號】H02S50/10GK103944510SQ201410189329
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】白建波, 曹陽, 劉升, 張臻 申請人:河海大學常州校區