失配條件下光伏陣列理論建模和仿真模擬分析

曹　陽，袁太軍，王　靚

(1. 中國核工業(yè)二三建設(shè)有限公司 華東分公司，江蘇南京210000；2. 南瑞電力設(shè)計(jì)有限公司，江蘇南京210000)

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失配條件下光伏陣列理論建模和仿真模擬分析

曹陽1，袁太軍1，王靚2

(1. 中國核工業(yè)二三建設(shè)有限公司 華東分公司，江蘇南京210000；2. 南瑞電力設(shè)計(jì)有限公司，江蘇南京210000)

研究了光伏陣列失配條件下理論建模方法，仿真模擬不同陰影比例遮擋的條件下，單電池片、光伏組件以及光伏陣列的輸出性能和失配損失規(guī)律。基于光伏電池單二極管五參數(shù)模型和光伏陣列電路的4種約束，對帶有旁路二極管的光伏組件電路和帶有防反二極管的光伏陣列電路進(jìn)行了詳細(xì)的理論建模。驗(yàn)證了失配時(shí)短路電流為分段函數(shù)的臨界電流，同時(shí)得到旁路二極管最多并聯(lián)28片電池片，光伏組件最優(yōu)并聯(lián)3～8片旁路二極管，多峰P-V曲線的MPPT追蹤點(diǎn)和旁路二極管通斷的關(guān)系。

光伏陣列；陰影失配；P-V多峰曲線；旁路二極管；防反二極管

0　引言

在現(xiàn)今能源短缺和能源危機(jī)的形勢下，太陽能作為清潔無污染的可再生能源日益得到廣泛的關(guān)注。光伏發(fā)電是將光能直接轉(zhuǎn)換電能后投入使用，這種使用方式已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到普遍認(rèn)同。目前為了獲取適當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷?，大多將多個光伏電池組件串/并聯(lián)集成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)使用，然而系統(tǒng)經(jīng)常由于多種復(fù)雜原因不可避免地出現(xiàn)陰影失配運(yùn)行情況。失配作為一種影響光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行效率的重要因素，成為光伏業(yè)界競相解決的難題。

諸多學(xué)者深入研究了由陰影失配導(dǎo)致電性能不匹配對光伏組件/陣列系統(tǒng)輸出性能的影響，概括為理論模型仿真[1-3]和實(shí)驗(yàn)研究[4]兩大類。文獻(xiàn)[5]針對光伏組件串列部分遮擋串聯(lián)的情況，依據(jù)4參數(shù)模型和1個組件只并聯(lián)1個旁路二極管的方式，提出一種分段函數(shù)模擬光伏串列輸出的方法，能夠精確模擬部分遮擋組件串的輸出性能。文獻(xiàn)[6]對不同串/并聯(lián)數(shù)的光伏組件模組進(jìn)行了詳細(xì)的建模，定量模擬了一定數(shù)量的電池串在多種并聯(lián)旁路二極管方式的運(yùn)行，從而提出了增強(qiáng)光伏陣列抵抗陰影的設(shè)計(jì)方法。而文獻(xiàn)[7]則結(jié)合光伏電池的雙二極管模型和二極管雪崩擊穿模型，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證不同遮擋比例下的組件輸出差異，提出小于25片電池片串聯(lián)旁路二極管的結(jié)論。以上的方法均從不同方面對光伏組件陰影失配情況分析建模，模擬的結(jié)論較為可信。但以上有些文獻(xiàn)采用4參數(shù)模型進(jìn)行仿真，并且大多數(shù)學(xué)者只關(guān)注單純的串聯(lián)電池組件失配的建模，沒有對并聯(lián)的光伏陣列提出系統(tǒng)的建模方法。再者普遍認(rèn)為陰影失配光伏電池產(chǎn)生反向偏壓的極限是其光生電流，沒有系統(tǒng)分析得出實(shí)際光伏組件旁路二極管使用條件，多峰功率極值點(diǎn)與實(shí)時(shí)陰影遮擋的關(guān)系，以及旁路二極管導(dǎo)通與陰影遮擋相互關(guān)系等問題。

該文主要采用解析法[8]將復(fù)雜的超越方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程求解來獲取5個參數(shù)，從而獲取模擬單電池片性能的5參數(shù)模型。結(jié)合5參數(shù)模型和二極管正反向特性，分別對現(xiàn)實(shí)生活中電池片串聯(lián)一起的光伏組件和串并聯(lián)結(jié)合光伏陣列的這兩種情況理論建模，針對多種失配條件下進(jìn)行仿真計(jì)算，分析結(jié)果得出失配條件下任意不同光伏陣列一般性結(jié)論。

1　光伏陣列理論建模

多個光伏電池片以一定數(shù)量串聯(lián)成串，同時(shí)相等電池片數(shù)量的列彼此之間并聯(lián)成陣列(如圖1)。每個列自身等分成各個小串，每個小串并聯(lián)1個旁路二極管；每列同時(shí)正向串接1個防反二極管，然后并聯(lián)組成光伏陣列。根據(jù)光伏電池片等效電路原理和光伏陣列電學(xué)理論要求，分析概括得出光伏陣列4條約束。

圖1　光伏陣列結(jié)構(gòu)簡圖

(1)根據(jù)光伏電池片等效電路原理，電池片自身受輸出電流載荷的約束。低電流載荷運(yùn)行時(shí)其輸出電壓電流滿足5參數(shù)模型，此時(shí)電池片向外輸出電量；而超電流載荷運(yùn)行時(shí)，電池片兩端產(chǎn)生反向偏向電壓，此時(shí)電池片吸收電量。

(2)根據(jù)二極管正向低電壓導(dǎo)通，反向高電壓截止原理。串聯(lián)電路失配時(shí)，電池串反向電壓過大，旁路二極管導(dǎo)通約束失配串的電壓值；并聯(lián)電路失配時(shí)，各并聯(lián)的電池串電壓不匹配，保護(hù)二極管防止電流回流。

(3)根據(jù)基爾霍夫電流定律，所有電池片在串聯(lián)時(shí)必須滿足等電流約束。

(4)根據(jù)基爾霍夫電壓定律，光伏陣列在并聯(lián)時(shí)所有串列都必須滿足等電壓約束。

1.1太陽能電池模型

在恒定的輻照強(qiáng)度下，太陽能電池工作電路可以等效為圖2中的單二極管5參數(shù)模型。由于太陽能電池的光電流不隨工作狀態(tài)變化而變化，故模型將其等效為恒流源。如圖2中所示，整個電路在對負(fù)載輸出電量時(shí)滿足公式(1)，而其中所指出的5參數(shù)主要包括：太陽能電池光電流、等效二極管反向飽和電流、曲線擬合因子、串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻。

(1)

式中：Iph為光生電流，A；ID為P-N結(jié)二極管通過電流，A；Ish為并聯(lián)電阻通過電流，A；Io為二極管反向飽和電流，A；Rs為串聯(lián)電阻，Ω；Rsh為并聯(lián)電阻，Ω；a為曲線擬合因子；I為輸出電流，A；U為輸出電壓，V。

圖2　太陽能單二極管等效電路圖

光伏電池片在不同輻照度和自身溫度下，短路電流值也不同。諸多文獻(xiàn)認(rèn)為光伏電池最大輸出電流為其光生電流，本文分析得出光伏電池片輸出的最大電流為實(shí)時(shí)的短路電流。光伏電池片在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，其工作性質(zhì)受制于輸出的負(fù)載電流。主要分為以下2種情況：

(1)若0≤I≤Isc，即負(fù)載電流輕載情況，光伏電池向外輸出功率，此時(shí)輸出電壓為正，電流和電壓滿足式(1)的5參數(shù)模型。

(2)若I≥Isc時(shí)，即電流重載情況，光伏電池由外吸收功率，此時(shí)輸出電壓為負(fù)且滿足式(2)：

(2)

1.2二極管模型

實(shí)際光伏電池在組成模塊使用時(shí)，為了防止極端電流和電壓情況導(dǎo)致光伏電池?fù)p壞，經(jīng)常在光伏模塊中并聯(lián)旁路二極管或者串聯(lián)保護(hù)二極管。

由圖3所示的二極管伏安特性曲線，二極管正向特性曲線顯示兩端電壓大于開啟電壓(死區(qū)電壓)才能夠正向?qū)?，正向電流隨正向電壓的上升而急劇上升，二極管正向電阻變得很小，二極管兩端的電壓約等于導(dǎo)通電壓VF，此時(shí)二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。反向特性曲線顯示二極管兩端加載一定數(shù)值的反向電壓，其通過的電流小于1 mA，幾乎處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)方向電壓大于VBR值時(shí)，此時(shí)二極管反向擊穿電流劇增，實(shí)際使用都盡量避免此種情況發(fā)生。

圖3　二極管伏安特性曲線

1.3失配條件光伏組件模型

晶體硅太陽能電池通常以串聯(lián)的方式組成太陽能光伏組件，如圖4所示假設(shè)電池片總數(shù)為M，串聯(lián)成為一個光伏組件整體，其中共有旁路二極管數(shù)為N，易知每個旁路二極管下并聯(lián)光伏電池?cái)?shù)目為M/N。

圖4　光伏組件模型簡圖

根據(jù)光伏組件中的二極管數(shù)目可將光伏組件分成N小串(如圖4所示)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)設(shè)其中部分電池片出現(xiàn)陰影失配的情況。如何求取整體的I-V輸出特性曲線，這里根據(jù)約束3的等電流約束要求，先求出整串電池輸出的電流范圍，然后在此范圍內(nèi)任意給定電流I1，按照式(3)計(jì)算所有電池片的電壓V1，求解5參數(shù)下電壓值時(shí)，采用逼近法求取。

(3)

根據(jù)求得所有電池的電壓，匯總出每一個旁路二級管下電池片的總電壓VN,x(1≤x≤M/N)。根據(jù)約束2中的旁路二極管正反向?qū)ǖ脑?，由?4)確定二極管約束下的電壓，進(jìn)一步求和VN,x得出整串組件的電壓。

(4)

根據(jù)以上的求解方式，可以求解組件所有輸出電流下對應(yīng)的輸出電壓值，故可以得出任意失配條件下串聯(lián)電池片的輸出I-V特性。

1.4失配條件光伏陣列模型

較為復(fù)雜的光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式為圖1中的串并聯(lián)結(jié)合的形式，本節(jié)在1.3節(jié)模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上每一整串光伏電池再串聯(lián)一個防反二極管，然后匯入并聯(lián)線路。此部分建模時(shí)要求滿足約束4的等電壓約束，首先計(jì)算出所有并聯(lián)線路各個串路中的輸出電壓范圍。假設(shè)系統(tǒng)總的串?dāng)?shù)為S，根據(jù)以上的電壓范圍內(nèi)任意給定U1，按照式(5)求取每一串中的電流。

(5)

式中：Ix為U1電壓下第x串的電流，A；Vx,i為第x串中第i個旁路二極管兩端電壓，V；Voc,x為第x串的總開路電壓，V。

通過式(5)可以計(jì)算出所有串的電流，累加得到U1電壓下整個光伏陣列的總電流。根據(jù)以上的模型可以得出任意失配條件下光伏陣列的輸出I-V特性。

2　失配條件下仿真模擬和分析

2.1光伏組件5參數(shù)模型驗(yàn)證

首先需要驗(yàn)證5參數(shù)模型的準(zhǔn)確性，這里選取光伏組件的型號為TSM-240PC/PA05，組件銘牌性能參數(shù)：Pmp=240 W，Vmp=30.4 V，Imp=7.89 A，Voc=37.2V，Isc=8.37 A。選擇仿真的STC條件(Standard Test Conditions,STC)：輻照度1 000 W·m-2，組件溫度25 ℃)。

如表1所示，本文中的5參數(shù)模型仿真模擬STC條件組件運(yùn)作，可以發(fā)現(xiàn)模擬值與銘牌值的誤差極小，該模型具有相當(dāng)高的精確度。

表1　光伏組件模擬值與銘牌值對比

2.2單電池片失配仿真

2.2.1單電池片失配特性仿真

首先模擬單電池陰影失配的特性，這里以STC為參照，模擬不同遮擋比率下的輸出特性，圖5所示為單電池片不同遮陰比率下的輸出特性。

圖5　STC條件電池片陰影失配特性

依據(jù)圖5中曲線可知：短路電流Isc隨遮擋比率線性變化，陰影越嚴(yán)重短路電流越小，同時(shí)反映其光生電流也線性減??；開路電壓Voc幾乎不受遮陰失配的影響，遮擋比從0到90%開路電壓僅僅下降0.02 V左右；Vz為流過失配電池片的電流值等于該情況下沒有遮擋時(shí)的最大功率點(diǎn)電流時(shí)的電壓，可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了非線性遞增的負(fù)壓，并且當(dāng)遮擋比率過大時(shí)過載電流造成超高壓的情形。同時(shí)反向電壓隨遮擋比率增加呈斜率絕對值遞增的趨勢，分析得出一串電池片中存在等面積的遮擋時(shí)，分布在不同電池片面積上越不均勻，造成的失配損失越大。

2.2.2失配狀態(tài)特性仿真

為驗(yàn)證單電池產(chǎn)生反向電壓的臨界電流，這里分別仿真流過電池片電流大小等于其短路電流Isc和光生電流Iph時(shí)的輸出電壓V1和V2，同時(shí)仿真得出其轉(zhuǎn)變?yōu)榈裙β守?fù)載時(shí)的過載電流比率η。

由表2中數(shù)據(jù)所示，可以發(fā)現(xiàn)光伏電池在不同陰影遮擋的條件下，流過電流為實(shí)時(shí)的光生電流值時(shí)，電池片已經(jīng)輸出微弱的反向電壓，所以陰影失配數(shù)學(xué)建模分段函數(shù)的臨界電流為電池片實(shí)時(shí)的短路電流，而非其光生電流值。

表2　仿真電池片失配特性

同時(shí)單電池運(yùn)行為等值的負(fù)載時(shí)僅需超額短路電流的3.0%，對比陰影失配導(dǎo)致光生電流銳減的差距，所以為了阻止陰影失配電池成為較大負(fù)載，必須分析失配的電池片或者電池陣列的特性，盡量隔離失配單元。

2.3光伏電池串列失配仿真

實(shí)際使用的光伏組件都是由一定數(shù)量的電池片串聯(lián)組成，如TSM-240PC/PA05是由60片電池片串聯(lián)而成，其中并聯(lián)了3個旁路二極管。以下仿真分析的是電池片串聯(lián)的失配特性。

2.3.1陰影分布對光伏組件失配影響

仿真模擬不同輻照度下，整塊組件存在相等面積陰影遮擋時(shí)，陰影分布的3種情況如：僅分布在同一旁路二級管下、分布在2個二級管下、分布在3個旁路二極管下。

如表3中所示，光伏組件陰影總量為單電池的80%面積，同時(shí)將其分成不同等分電池片上的陰影(如40%×2表示有2個40%陰影的電池片)，被遮擋的電池片分布在不同旁路二極管下，觀察陰影失配的一般規(guī)律。Pm1為被遮擋的電池片只在1個旁路二極管下，以此類推出Pm2和Pm3。

表3　STC條件下不同陰影分布的峰值功率

觀察Pm1、Pm2、Pm3每一列數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在遮擋組件相等大小陰影面積的情況下，分布在電池片上的陰影越不均勻，功率損失就越大；而且觀察Pm1數(shù)據(jù)列可知，組件功率損失由遮擋最嚴(yán)重的電池片決定，同時(shí)超過20%以后的陰影造成功率損失成非線性遞增的趨勢，故實(shí)際光伏組件應(yīng)極力避免陰影集中的情況。觀察每1行數(shù)據(jù)可得盡管遮擋的面積相等，但是分布在同1組件中不同旁路二極管下，最終不影響組件最大功率點(diǎn)的輸出。

綜上可得存在陰影失配的組件，失配損失與分布在不同電池片上陰影面積有關(guān)，而與陰影分布電池片的位置無關(guān)。

2.3.2優(yōu)化并聯(lián)旁路二極管接法

實(shí)際制造的光伏組件其背板上的接線盒中配備了一定數(shù)量的旁路二極管，一般60片或者72片的光伏組件都配備了3個旁路二極管。一定數(shù)量的電池片串聯(lián)成的光伏組件，在不同的輻照和陰影比例情況下，并聯(lián)旁路二極管個數(shù)對失配損失的影響至關(guān)重要。

(1)首先考慮旁路二極管最大并聯(lián)二極管數(shù)，由于二極管并聯(lián)連接于光伏電池片電路中，一般認(rèn)為旁路二極管并聯(lián)的1串電壓為正時(shí)，其處于截止?fàn)顟B(tài)。這主要假想二極管反向截止電壓UBR無窮大，而實(shí)際的旁路二極管的UBR并非無窮大，一般在20～30 V之間，而單電池片的開路電壓一般小于0.7 V，故可知旁路二極管最大并聯(lián)電池片數(shù)為28片。

(2)其次考慮任意輻照和陰影遮擋條件下，組件整個失配損失與并聯(lián)旁路二極管個數(shù)的關(guān)系。

圖6給出STC條件下光伏組件中某一單電池片90%、50%和20%的陰影遮擋情況時(shí)，觀察不同并聯(lián)旁路二極管數(shù)時(shí)組件失配的功率損失。由圖可以看出，旁路二極管數(shù)目越多失配功率損失就越??；當(dāng)旁路二極管數(shù)目大于10時(shí)，隨著旁路二極管數(shù)目增加，功率損失變化速度明顯減小；考慮旁路二極管本身的成本和最大并聯(lián)二極管數(shù)，3條曲線同時(shí)反映出旁路二極管范圍在3～8個時(shí)較適宜。

圖6　旁路二極管數(shù)目對組件功率的影響

同時(shí)仿真在其他非STC條件時(shí)，不同陰影遮擋比例下，以上所得結(jié)論依然成立。

2.3.3陰影與P-V曲線關(guān)系

考慮陰影失配與組件最大功率點(diǎn)位置的關(guān)系時(shí)，這里以實(shí)際并聯(lián)3個旁路二極管的光伏組件為參考對象，觀察出現(xiàn)多重陰影失配時(shí)P-V曲線峰值點(diǎn)規(guī)律。由上節(jié)2.3.1已得出以下結(jié)論，失配損失主要與陰影的面積有關(guān)；而當(dāng)陰影面積完全相同時(shí)，失配損失與陰影的具體分布無關(guān)。

(1)光伏組件的某1個旁路二極管下存在陰影遮擋時(shí)，假設(shè)其中1片電池片分別遮擋0%～100%時(shí)，模擬組件整體P-V性能曲線，如圖7所示為5種情況的曲線圖。

圖7　單電池片不同比例遮擋的功率曲線

觀察曲線的變化規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)1個旁路二極管下電池片存在陰影遮擋時(shí)，組件的P-V曲線最多出現(xiàn)2個峰值點(diǎn)，并且當(dāng)且僅當(dāng)0%和100%遮擋時(shí)出現(xiàn)1個峰值點(diǎn)；陰影遮擋只影響最右邊的峰值點(diǎn)高低，而與左邊的峰值點(diǎn)高低無關(guān)，因此若1個旁路二極管下存在失配并且導(dǎo)通時(shí)，追蹤到的最大功率點(diǎn)肯定為1個定值。

同樣根據(jù)曲線的峰值點(diǎn)位置即可判斷旁路二極管的通斷：若旁路二極管存在2個峰值點(diǎn)，需要明確左邊的點(diǎn)對應(yīng)某1二極管導(dǎo)通后的最大功率點(diǎn)，右邊的點(diǎn)代表沒有二極管導(dǎo)通的點(diǎn)。組件輸出最大功率點(diǎn)總是較高的點(diǎn)，因此就可以判斷此時(shí)的二極管通斷了；如果只存在1個功率點(diǎn)，而功率曲線沒有水平段則整個組件沒有陰影遮擋，反之曲線存在水平段則肯定有導(dǎo)通的旁路二極管。

(2)組件的2個旁路二極管下存在陰影遮擋時(shí)，仿真不同的陰影組合對組件輸出特性曲線的影響，這里選取其中幾種曲線情形為例。

觀察圖8可知，當(dāng)組件中某2個旁路二極管下電池存在陰影遮擋時(shí)，P-V曲線最多出現(xiàn)3個峰值點(diǎn)；如果兩個旁路二極管下的遮擋完全相同(如30%+30%遮擋的曲線)，P-V曲線只可能出現(xiàn)2個峰值點(diǎn)；并且最右的點(diǎn)較高則組件最大功率點(diǎn)時(shí)無旁路二極管導(dǎo)通，再者中間的點(diǎn)較高則組件最大功率點(diǎn)時(shí)遮擋最嚴(yán)重電池所在旁路二極管導(dǎo)通，而最左點(diǎn)較高時(shí)則存在遮擋的二極管都導(dǎo)通。

圖8　2個旁路二極管下的電池片遮擋

(3)組件中3個旁路二極管下存在陰影遮擋時(shí)，仿真不同陰影組合對組件輸出特性曲線的影響。

由圖9可以發(fā)現(xiàn)最多出現(xiàn)3個峰值點(diǎn)外加1個谷值點(diǎn)，峰值點(diǎn)時(shí)旁路二極管通斷規(guī)律依然滿足2個旁路二極管下電池遮擋的規(guī)律，但工作在谷值時(shí)表示3個旁路二極管都導(dǎo)通，整個組件處于保護(hù)狀態(tài)。

圖9　3個旁路二極管下電池片遮擋

2.4光伏陣列失配仿真

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要采用多個組件串聯(lián)成列，然后多列接入?yún)R流箱，匯流后流入光伏逆變器進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤和直交流逆變，所以最大功率點(diǎn)追蹤的對象往往是串并聯(lián)結(jié)合的光伏陣列，并且光伏組件串列接入?yún)R流箱入口時(shí)都配有防反二極管的保護(hù)，等效的模擬電路如圖1所示，模擬陣列中某1串存在陰影失配時(shí)陣列的輸出。圖10為光伏陣列陰影失配特性曲線。

圖10　光伏陣列陰影失配特性

圖10分析的對象是總共4塊組件的光伏陣列(2并2串)，假設(shè)其中某1串2塊組件中存在80%陰影遮擋的電池片，陣列的整體輸出和2串各自的輸出。由圖可以看出2串在各自輸出時(shí)滿足串聯(lián)失配的規(guī)律，而并聯(lián)輸出時(shí)P-V曲線出現(xiàn)3個峰值。根據(jù)電學(xué)性質(zhì)分析：曲線出現(xiàn)第1個峰值點(diǎn)時(shí)，遮擋的組件串中的二極管導(dǎo)通，遮擋串的電壓階躍減小，其沒有輸出電壓能夠等于未遮擋串的電壓，所以防反二極管工作出現(xiàn)1個峰值點(diǎn)；第2個峰值點(diǎn)只是未遮擋串的輸出的最大功率點(diǎn)；第3個峰值點(diǎn)是2串中的二極管都為導(dǎo)通的峰值點(diǎn)，曲線的走勢和規(guī)律滿足要求，所以串并聯(lián)理論具有相當(dāng)高的準(zhǔn)確度。

3　結(jié)論

(1)單電池片產(chǎn)生反向電壓的臨界電流為實(shí)時(shí)的短路電流，超額短路電流3%電池轉(zhuǎn)變?yōu)榈戎档呢?fù)載；在不同比例陰影遮擋時(shí)，隨遮擋面積的增加短路電流線性減小，開路電壓幾乎不變，反向偏壓急劇增大。

(2)存在等面積陰影遮擋的組件，失配損失與分布在不同電池片上陰影面積有關(guān)，分布越不均勻失配損失越大，同時(shí)失配損失與陰影分布電池片的位置無關(guān)。

(3)不同輻照度和陰影下，旁路二極管數(shù)目越多失配功率損失就越小，綜合考慮旁路二極管的成本和二極管最大并聯(lián)28片的條件，組件所接旁路二極管范圍在3～8個時(shí)較適宜。

(4)并聯(lián)N個旁路二極管的串聯(lián)電路，理論上最多出現(xiàn)N個峰點(diǎn)和1個谷點(diǎn)，最少出現(xiàn)0個峰點(diǎn)；并且曲線最右邊的峰點(diǎn)沒有旁路二極管導(dǎo)通，越往左邊的峰點(diǎn)導(dǎo)通的二極管越多，MPPT追蹤的最大功率點(diǎn)與陰影失配緊密相關(guān)。

(5)串并聯(lián)的光伏陣列理論能夠模擬實(shí)際陣列的運(yùn)行，并且理論模擬的峰值點(diǎn)具有很高的準(zhǔn)確度。

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Theoretical Modeling and Simulation Analysis of Partical Shading Effects in PV Arrays

CAO Yang1, YUAN Taijun1, WANG Liang2

(1. Eastern China Branch of China Nuclear Industry 23 Construction Co., Ltd., Nanjing 210000, China;2. NARI Electric Power Design Co., Ltd., Nanjing 210000, China)

In this paper, the output performance and mismatch losing law of the single cell, PV module and PV array were respectively simulated under different shading conditions. Based on the solar cell single diode model with five parameters within four constraints of the PV array, the theoretical models for the PV modules with bypass diodes and PV arrays with anti-reverse current diodes were carefully analyzed in the paper. According to the experimental results, the short-circuit current is critical to subsection function, while the facts that the optimal constructions are one bypass diode connecting with 28 cells at most, and one PV module with 3 to 8 by pass diodes are also obtained. Meanwhile, relationships between the MPPT of P-V multi-peak curve and bypass diode on-off state are also drawn.

PV arrays; shading mismatch; P-V multi-peak curve; bypass diode; anti-reverse current diode

2016-05-17。

曹陽(1989-)，男，助理工程師，從事太陽能光伏系統(tǒng)仿真模擬與大型地面電站設(shè)計(jì)等研究工作，E-mail：caoyang0406@163.com。

TM615

ADOI：10.3969/j.issn.1672-0792.2016.10.006