一种光伏组件输出特性的判断方法
【专利摘要】本发明公开了一种光伏组件输出特性的判断方法，主要为以单电池为基本单位，首先根据流经光伏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，进而在对旁路二极管的伏安特性进行理论分析的基础上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。本发明的方法能够较精确的判断出旁路二极管的导通点，从而较精确的反映出组件I-V曲线的峰值点，为失配情况下组件性能的简单精确模拟奠定了基础。
【专利说明】一种光伏组件输出特性的判断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光伏组件输出特性的判断方法，属于太阳能光伏【技术领域】。
【背景技术】
[0002]太阳能电池的输出特性较复杂，具有非线性的特征，主要受辐照度、温度及负载情况的影响。由于单片电池的输出电流电压均较小，因此在实际应用中将单电池以串联的方式组成光伏组件，光伏组件再以串并联的方式组成光伏阵列以达到所需求的电流电压值。在实际系统运行中，由于阴影遮挡等造成的失配现象会使光伏电池反偏作为负载消耗功率，不仅降低了光伏阵列总体输出功率，亦可能引起热斑效应，对组件造成不可恢复的损毁。为了减小因失配现象造成的功率损失以及因此造成的温升对组件可靠性的影响，可并联旁路二极管起到分流保护作用。然而，当含旁路二极管的组件存在失配现象时，其1-V特性曲线会由原来的单峰曲线变为双峰甚至多峰曲线，为光伏组件输出性能的计算模拟带来了一定的困难。
[0003]目前，对于失配情况下组件输出性能的模拟是光伏领域研究的热点之一，其研究主要分为两类:其一是失配情况下无旁路二极管的光伏组件串联电路性能的研究，鉴于目前组件都已具备保护功能的旁路二极管，此种形式的研究已不具备代表意义；其二为失配情况下含旁路二极管光伏组件串联电路的研究，目前主要有基于机理分析和实验研究两种方法。其中翟载腾等提出了基于流经组件的电流采用分段函数描述被部分遮挡的光伏阵列输出特性的方法，它是以组件为基本单位，每个组件并联一个保护功能旁路二极管，能较精确的模拟出部分组件被遮挡的情况下串联阵列的输出性能，但由于实际遮挡情况较复杂，因此需进一步研究；徐青山等对含多个旁路二极管的组件进行研究，将流经组件的电流分为两路，即流经电池串及流经旁路二极管的电流，并采用牛顿一拉夫逊法进行迭代求解，而Y.-j.WANG等以旁路二极管保护串为基本单位，根据组件串电压采用分段函数的方法计算求解，这两种方法均能够较精确的得出实际复杂情况下阵列的输出特性，但前者计算量较大，而后者采用隐式函数的方法，对整体计算带来了些许不便。
【发明内容】
[0004]为了能够较为简便精确地模拟实际复杂遮挡情况下阵列的输出性能，本发明以单电池为基本单位，提出一种光伏组件输出特性的判断方法。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，进而在对旁路二极管的伏安特性进行理论分析的基础上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。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]一种光伏组件输出特性的判断方法，包括以下步骤:
[0007]I)建立光伏组件输出特性的数学模型；
[0008]2)建立光伏组件的多旁路二极管模型；[0009]3)分别求出每个电池串中每个电池片的输出电压；
[0010]4)得到整个电池串的输出电压；
[0011]5)得到整个光伏组件的输出电压。
[0012]前述的步骤I)建立光伏组件输出特性的数学模型的具体过程为:
[0013]根据基尔霍夫电流定律，由光伏组件的单二极管模型的等效电路得到光伏组件的单二极管模型的电流方程为:
【权利要求】
1.一种光伏组件输出特性的判断方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)建立光伏组件输出特性的数学模型； 2)建立光伏组件的多旁路二极管模型； 3)分别求出每个电池串中每个电池片的输出电压； 4)得到整个电池串的输出电压； 5)得到整个光伏组件的输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种光伏组件输出特性的判断方法，其特征在于，所述步骤1)建立光伏组件输出特性的数学模型的具体过程为: 根据基尔霍夫电流定律，由光伏组件的单二极管模型的等效电路得到光伏组件的单二极管模型的电流方程为:
3.根据权利要求1所述的一种光伏组件输出特性的判断方法，其特征在于，所述步骤2)中光伏组件的多旁路二极管模型为:设光伏组件含有N个旁路二极管，将光伏组件分为等量的被旁路二极管保护的电池串，设旁路二极管I所保护的电池串I的电池片为:1_1，1-2，......，l-m，旁路二极管2所保护的电池串2的电池片为:2-1，2-2，......，2_m，......，旁路二极管N所保护的电池串N的电池片为:N-1，N-2,......，N-m。
4.根据权利要求1所述的一种光伏组件输出特性的判断方法，其特征在于，所述步骤3)中每个电池片的输出电压的计算方法为: 对于每I个电池片只有2种情况:遮挡和未被遮挡， 3-1)被遮挡电池片的输出电压的计算: 假设电池串I中电池片1-1被遮挡，则光生电流存在关系=Iph^ < Iph, = Iph, !-3 =…—T 丄 ph，1-m 根据光伏组件外接负载的不同，流经组件的电流不同，旁路二极管I有导通与截止两种状态: (a)若0<I ( Ia H，电池片1-1对外正常输出功率，旁路二极管I处于截止状态，此时，电池片1-1的输出电压Vh为:
5.根据权利要求1所述的一种光伏组件输出特性的判断方法，其特征在于，所述步骤4)中，整个电池串的输出电压为每个电池片的输出电压之和，即被遮挡的电池片和未被遮挡的电池片的输出电压之和，分为两种情况: 4-1)假设电池串I中电池片1-1被遮挡，则电池串I的输出电压V1为:
6.根据权利要求1所述的一种光伏组件输出特性的判断方法，其特征在于，所述步骤5)中，整个光伏组件的输出电压为所述步骤4)计算的所有的电池串的输出电压之和。
【文档编号】H02S50/10GK103944510SQ201410189329
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】白建波, 曹阳, 刘升, 张臻 申请人:河海大学常州校区