光伏汇流箱的能效分析方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明是关于光伏汇流箱能效分析技术，特别是关于一种光伏汇流箱的能效分析 方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着经济的持续发展和环境污染的不断加剧，可再生能源的开发和利用已经成为 大势所趋。依据国家的能源战略方针，太阳能光伏发电技术可以有效地解决能源短缺及降 低碳排放的问题。如何提高光伏发电效率，对光伏发电的各个组件及环节进行能效分析则 极为重要。汇流箱作为将若干光伏组件串电流合并汇总输入到逆变器中的重要一环，需要 分析和研究其工作过程中的功率损耗。
【发明内容】
[0003] 本发明实施例提供了一种光伏汇流箱的能效分析方法及装置，以分析和研究光伏 汇流箱在工作过程中的功率损耗，确定各个组件对功率损耗的影响。
[0004] 为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种光伏汇流箱的能效分析方法，该能 效分析方法包括：
[0005] 利用防反二极管的伏安特性，根据防反二极管的导通电流获取防反二极管的通态 压降；
[0006] 根据所述通态压降及导通电流计算单个防反二极管的正向导通损耗；
[0007] 根据所述正向导通损耗计算单个防反二极管的正向导通近似损耗；
[0008] 获取根据光伏汇流的个数及防反二极管个数，根据光伏汇流的个数、防反二极管 个数及所述正向导通近似损耗生成光伏汇流箱产生的总功率损耗；
[0009] 根据光伏汇流箱的总输入功率及所述光伏汇流箱产生的总功率损耗生成光伏汇 流箱的能效值并输出所述能效值。
[0010] 一实施例中，根据所述通态压降及导通电流计算单个防反二极管的正向导通损耗 P，包括：
[0011] 根据P=IfVf=If (VTQ+rTIf)计算单个防反二极管的正向导通损耗；
[0012] 其中，If为导通电流，Vf为通态压降，Vτ。为防反二极管的导通电压，rτ为防反二极 管的通态电阻。
[0013] 一实施例中，根根据所述正向导通损耗计算单个防反二极管的正向导通近似损 耗，包括：
[0014] 忽略P=IfVf=If (VTQ+rTIf)中的rTIf项，根据Ρ°~IfVT。计算单个防反二极管的 正向导通近似损耗。
[0015] -实施例中，根光伏汇流箱产生的总功率损耗PD为：
[0016] PD=NcNlp。=哪fVT〇
[0017] 其中，&为二极管的数量，N。为光伏汇流箱的个数。
[0018] -实施例中，根导通电流If的表达式如下：
[0019]
[0020] 其中，Ps&ing为单个组串中光伏组件的功率，为光伏阵列组串的最大功率点电 压，为光伏阵列组串的开路电压。
[0021] 为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种光伏汇流箱的能效分析装置，该能 效分析装置包括：
[0022] 压降获取单元，用于利用防反二极管的伏安特性，根据防反二极管的导通电流获 取防反二极管的通态压降；
[0023] 导通损耗计算单元，用于根据所述通态压降及导通电流计算单个防反二极管的正 向导通损耗；
[0024] 导通近似损耗计算单元，根据所述正向导通损耗计算单个防反二极管的正向导通 近似损耗；
[0025] 总功率损耗生成单元，用于获取根据光伏汇流的个数及防反二极管个数，根据光 伏汇流的个数、防反二极管个数及所述正向导通近似损耗生成光伏汇流箱产生的总功率损 耗；
[0026] 能效值生成单元，用于根据光伏汇流箱的总输入功率及所述光伏汇流箱产生的总 功率损耗生成光伏汇流箱的能效值并输出所述能效值。
[0027] -实施例中，所述导通损耗计算单元具体用于：
[0028] 根据P=IfVf=If (VT()+rTIf)计算单个防反二极管的正向导通损耗；
[0029] 其中，If为导通电流，Vf为通态压降，Vτ。为防反二极管的导通电压，rτ为防反二极 管的通态电阻。
[0030] -实施例中，所述导通近似损耗计算单元具体用于：忽略P=IfVf=If(VT()+rTIf) 中的rTIf项，根据P°~IfVT。计算单个防反二极管的正向导通近似损耗。
[0031 ] -实施例中，光伏汇流箱产生的总功率损耗PD为：
[0032] PD=NcNlp。=哪fVT〇
[0033] 其中，&为二极管的数量，N。为光伏汇流箱的个数。
[0034] -实施例中，导通电流If的表达式如下：
[0035]
[0036] 其中，Ps&ing为单个组串中光伏组件的功率，为光伏阵列组串的最大功率点电 压，为光伏阵列组串的开路电压。
[0037] 本发明通过分析和研究光伏汇流箱在工作过程中的功率损耗，能够确定各个组件 对功率损耗的影响，为提高光伏发电效率提供了基础。
【附图说明】
[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0039] 图1为含防反二极管的光伏汇流箱内部原理图；
[0040] 图2为本发明实施例的发光伏汇流箱的能效分析方法流程图；
[0041] 图3为本发明实施例的单个防反二极管的伏安特性示意图；
[0042] 图4为本发明实施例的发光伏汇流箱的能效装置结构框图。
【具体实施方式】
[0043] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044] 图1为含防反二极管的光伏汇流箱内部原理图，如图1所示，光伏汇流箱内部主要 包括电缆、防反二极管11、熔断器12、断路器13、避雷器14及测量模块15,防反二极管11、 熔断器12、断路器13、避雷器14及测量模块15通过电缆连接。如图1左边一列所示，光伏 组件串分成正负2极进入光伏汇流箱。
[0045] 图1中，由于光伏汇流箱内部电缆长度相比外部电缆长度要短得多，因此光伏汇 流箱内部电缆损耗相对于外部电缆损耗非常小，可忽略不计。避雷器14在正常电压下对地 相当于断路，没有电流通过，由于在对稳态发电效率进行研究时不考虑雷电或其他原因导 致的过电压情况，即认为避雷器14不工作，因此不计入避雷器损耗。熔断器12和断路器13 在正常情况下内阻都很小，一般在微欧级，因此熔断器12、断路器13的通态损耗对于整个 系统来说也可忽略不计。
[0046] 综上所述，光伏汇流箱的损耗主要是由于防反二极管的接入带来的损耗。利用 二极管的单向导通功能，在每一回路中正向串联一个防反二极管，可起到阻止不同光伏阵 列组串间的环流、倒灌等现象的作用。但由于防反二极管在工作过程中会产生一定的压降 (约0. 7V)，对应的功率损耗约为2%，故光伏汇流箱设计时要充分考虑其能效问题。忽略其 他损耗的情况下，光伏汇流箱能效模型可用防反二极管来代替，其损耗包括导通损耗、反向 损耗和反向恢复损耗三部分。理论上光伏阵列的光伏组件参数一致，所接收到的辐射强度 和温度也都一样，因此光伏组串间不存在互流问题，即防反二极管只工作在正向导通状态， 因此计算防反二极管损耗时只考虑防反二极管通态损耗。
[0047] 基于上述分析，本发明实施例提供一种光伏汇流箱的能效分析方法，如图2所示， 该能效分析方法包括：
[0048] S201 :利用防反二极管的伏安特性，根据防反二极管的导通电流获取防反二极管 的通态压降；
[0049] S202 :根据所述通态压降及导通电流计算单个防反二极管的正向导通损耗；
[0050] S203 :根据所述正向导通损耗计算单个防反二极管的正向导通近似损耗；
[0051] S204:获取根据光伏汇流的个数及防反二极管个数，根据光伏汇流的个数、防反二 极管个数及所述正向导通近似损耗生成光伏汇流箱产生的总功率损耗；
[0052] S205 :根据光伏汇流箱的总输入功率及所述光伏汇流箱产生的总功率损耗生成光 伏汇流箱的能效值并输出所述能效值。
[0053] 由图1所示的流程可知，本发明首先计算单个防反二极管的正向导通损耗，进而 得到光伏汇流箱产生的总功率损耗，结合光伏汇流箱的总输入功率计算出光伏汇流箱的能 效值并输出该能效值，通过分析和研究光伏汇流箱在工作过程中的功率损耗，能够确定各 个组件对功率损耗的影响，为提高光伏发电效率提供了基础。
[0054] 单个防反二极管的伏安特性如图3所示，利用防反二极管的伏安特性，根据防反 二极管的导通电流If，可以得到防反二极管的通态压降Vf。
[0055] S202具体实施时，根据如下公式，可以计算单个防反二极管的正向导通损耗P:
[0056] P=IfVf=If(VT0+rTIf) (1)
[0057] 公式⑴中，If为导通电流；Vf为通态压降，，一般为0.7-1.0V;VT。为防反二极管 的导通电压；rT为防反二极管的通态电阻。
[0058] 由于防反二极管的通态电阻rT很小，可以忽略公式（1)中的rTIf项，根据公式 (2)，可以计算单个防反二极管的正向导通近似损耗P°。
[0059]P。~IfVT。 (2)
[0060] 对于光伏汇流箱，由于其包含的防反二极管数量较多，一个光伏汇流箱产生的功 率损耗PD为多个防反二极管的正向导通近似损耗p°的倍数，假设光伏汇流箱中防反二极 管的数量为Ni，那么一个光伏汇流箱产生的功率损耗PD为：
[0061 ]P〇=N1IfVT〇 (3)
[0062] -般而言，光伏电站所米用的所有光伏汇流箱为同一规格型号。假设一个光伏系 统的直流侧含有N。个光伏汇流箱，每个光伏汇流箱有Ni个回路，每个回路均安装有串联防 反二极管。考虑光伏组件无遮挡、系统稳态运行时的能效情况，则所有光伏汇流箱产生的总 功率损耗为：
[0063] PD=NcNiP。=NcNJfVT。 (4)
[0064] 其中，&为二极管的数量，N。为光伏汇流箱的个数。
[0065] 通过光伏汇流箱产生的总功率损耗及光伏汇流箱的总输入功率Ριη，可以得到光伏 汇流箱的输出功率P。：
[0066] P0=Pin-PD=Pin-NcNJfVf (5)
[0067] 由公式（5)的输出功率P。，可以进一步得