间歇性遮挡对光伏组件发电量影响的研究[1]

第 ２ ９ 卷 第 １ 期２ ０ １ ２ 年 ２ 月现 代 电 力Ｍ ｏ ｄ ｅ ｒ ｎ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒＶ ｏ ｌ ． ２ ９ Ｎ ｏ ． １Ｆ ｅ ｂ．２ ０ １ ２现代电力 ， ２ ０ １ ２ ， ２ ９ （ １ ） ｈ ｔ ｔ ｐ ∥ ｘ ｄ ｄ ｌ ． ｎ ｃ ｅ ｐ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ｘ ｄ ｄ ｌ ＠ ｖ ｉ ｐ ． １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ文章编号 １ ０ ０ ７ － ２ ３ ２ ２ （ ２ ０ １ ２ ） ０ １ － ０ ０ ６ ５ － ０ ７ 文献标志码 Ａ 中图分类号 ＴＭ ６ １ ５间歇性遮挡对光伏组件发电量影响的研究周 磊 １ ， 刘 翼 ２ ， 雷 涛 １ ， 童亦斌 ２（ １ ． 北京能高自动化技术股份有限公司 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ； ２ ． 北京交通大学 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ４ ）Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ Ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎＰ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｐ Ｖ Ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｅＺ Ｈ Ｏ Ｕ Ｌ ｅ ｉ １ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｙ ｉ ２ ， Ｌ Ｅ Ｉ Ｔ ａ ｏ １ ， Ｔ Ｏ Ｎ Ｇ Ｙ ｉ ｂ ｉ ｎ ２（ １ ． Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｎ ｅ ｇ ｏ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｏ ｒ ｐ ． ， Ｌ ｔ ｄ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）摘 要 当光伏组件或者光伏阵列中部分光伏电池受到间歇性遮挡时 ， 输出伏安特性曲线呈现阶梯状 ， 对应的功率电压曲线包含多个局域峰值 ， 导致光伏阵列发电效率下降 ， 系统发电量降低 。 为了正确评估该类问题 ， 通过工程案例重点研究和 分 析 了 不 同 遮 挡 情 况 下 光 伏 电 池 输 出 特 性 ， 建 立ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 池板单元级 、 方阵 级 遮 挡 的 计 算 仿 真 模 型 ， 统 计出由于组件间歇性遮挡带来的系统发电量的损失 ， 文中的仿真统计结果与实际系统发电量进行了比较 ， 验证了该方法的可行性 。 文中最后 提 出 了 利 用 分 布 式 Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ 方 法 挽 回 遮 挡对系统发 电 量 的 影 响 ， 通 过 系 统 监 控 得 知 ， 分 布 式 Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ最高可挽回 １ ５ ． ５ ２ ％ 的发电量 ， 具有较高的工程应用价值 。关键词 光伏遮挡 ； 单体光伏电池 ； 光伏组件 ； 伏安特性Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｗ ｈ ｅ ｎ ｓ ｏ ｍ ｅ Ｐ Ｖ ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ｏ ｆ Ｐ Ｖ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｏ ｒ Ｐ Ｖ ａ ｒ ｒ ａ ｙａ ｒ ｅ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ － ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｓ ｔ ｅ ｐ ｌ ａ ｄ ｄ ｅ ｒ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ， ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｗ －ｅ ｒ － ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｐ ｅ ａ ｋ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｐ Ｖ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ． Ｉ ｎｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｌ ｙ ， ｔ ｈ ｅ Ｉ －Ｕ ｃ ｈ ａ ｒ －ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ａ ｎ ａ －ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｍ ａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｃ ａ ｓ ｅ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌｏ ｆ Ｐ Ｖ ｃ ｅ ｌ ｌ ａ ｎ ｄ Ｐ Ｖ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ａ ｒ ｅ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ｉ ｎ ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅｌ ｏ ｓ ｓ ｏ ｆ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ －ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ａ ｔ ｏ ｆ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅｅ ｎ ｄ ， ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｉ ｌ ｌ ｂ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍ ｅ ｂ ｙ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ， ａ ｎ ｄ ｍ ａ ｘ ｉ ｍ ｕ ｍ ｓ ａ ｌ ｖ ａ ｇ ｅ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｉ ｌ ｌ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ１ ５ ． ５ ２ ％ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｓ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｎ ｇ ｉ －ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ．Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ； Ｐ Ｖ ｃ ｅ ｌ ｌ ； Ｐ Ｖ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ； Ｉ －Ｕ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ０ 引 言近年来 ， 随着 光 伏 电 池 生 产 规 模 的 扩 大 ， 电池成本的不 断 降 低 ， 光 伏 发 电 技 术 已 走 出 实 验 室阶段 ， 进入了 商 业 化 运 行 。 由 于 光 伏 组 件 具 有 固定的输出 特 性 曲 线 ， 在 进 行 光 伏 发 电 时 ， 需 要 进行最大功率 跟 踪 ， 保 证 最 大 限 度 利 用 光 伏 组 件 产生的电能 。 但 在 实 际 工 程 应 用 中 ， 由 于 建 设 场 地问题 ， 光伏阵 列 中 某 些 单 体 光 伏 电 池 被 遮 挡 ， 此时组件输出 伏 安 特 性 曲 线 呈 阶 梯 状 ， 相 应 的 功 率电压曲线包 含 多 个 局 域 最 大 峰 值 ， 导 致 单 峰 最 大跟踪算法 失 效 ［ １ ］ ， 整 个 光 伏 系 统 发 电 量 降 低 。 为了分析遮挡 对 光 伏 系 统 发 电 量 的 影 响 ， 需 要 建 立单体电池在 遮 挡 情 况 下 的 物 理 模 型 ， 通 过 模 型 的串并联得 到 光 伏 阵 列 在 遮 挡 情 况 下 的 物 理 模 型 ，分析出光伏阵 列 在 不 同 遮 挡 情 况 下 输 出 伏 安 特 性曲线 ， 进 而 统 计 出 由 于 组 件 间 歇 性 遮 挡 带 来 的 系统发电量的损失 ， 对光伏电站经济性运行具有很高的工程指导意义 。１ 光伏组件物理模型及数学模型太阳能光伏电池是利用光伏伏打效应 ， 将光能转换为电能 。 光伏电池的等效物理模型如图 １ 。图 １ 光伏电池等效电路图中 Ｉ ｐ ｈ 是 光 生 电 流 ， 相 当 于 电 流 源 ， 在 负 载现代电力 ， ２ ０ １ ２ ， ２ ９ （ １ ） ｈ ｔ ｔ ｐ ∥ ｘ ｄ ｄ ｌ ． ｎ ｃ ｅ ｐ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ｘ ｄ ｄ ｌ ＠ ｖ ｉ ｐ ． １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ电压上升至最大功率点之前 ， 其电流几乎不变 ， 因此可视为恒流源 。 当调节光伏电池两端负载时 ， 由于负载端电 压 的 反 作 用 ， 在 内 部 Ｐ － Ｎ 结 上 产 生 与光生载流子方向相反的电流 Ｉ ｄ 。 Ｒ ｓ 表示电池内部的串联等效电阻 。 旁路电阻 Ｒ ｓ ｈ 为电 池对地的 并 联 电阻 ， 反映了池板的绝缘性 。根据太阳能电池内部物理结构和电气特性 ， 得出太阳能电池数学模型公式表达如下 ［ ２ ］ Ｉ ｐ ｈ ＝ Ｉ ｐ ｈ （ Ｔ １ ） （ １ ＋ Ｋ ０ （ Ｔ － Ｔ １ ） ） （ １ ）Ｉ ｐ ｈ （ Ｔ １ ） ＝ Ｇ Ｉ ｓ ｃ （ Ｔ １ ， ｎ ｏ ｍ ） ／ Ｇ ｎ ｏ ｍ （ ２ ）Ｋ ０ ＝ （ Ｉ ｓ ｃ （ Ｔ ２ ） － Ｉ ｓ ｃ （ Ｔ １ ） ） ／ （ Ｔ ２ － Ｔ １ ） （ ３ ）Ｉ ｄ ＝ Ｉ ｏ ｓ ｛ ｅ ｘ ｐ ［ ｑ （ Ｖ ＋ Ｉ Ｒ ｓ ）Ａ Ｋ Ｔ － １ ］ ｝ （ ４ ）式中 Ｉ ｐ ｈ 为光 生 电 流 ； Ｉ ｓ ｃ （ Ｔ １ ） 为 标 准 光 照 条 件 Ｇ ＝１ ０ ０ ０ Ｗ ／ ｍ ２ 、 温度为 Ｔ １ 条件下的短路电流 ； Ｉ ｓ ｃ （ Ｔ ２ ）为标准光照条件 Ｇ ＝ １ ０ ０ ０ Ｗ ／ ｍ ２ 、 温度为 Ｔ ２ 条件下的短路电流 ； Ｇ 为光照强度 ； Ｇ ｎ ｏ ｍ 为标准光照强度 ， 值 为 １ ０ ０ ０ Ｗ ／ ｍ ２ ； Ｋ ０ 为 短 路 电 流 温 度 数Ａ ／ ℃ ； Ｉ ｄ 为流过 二 极 管 的 电 流 ； Ｉ ｏ ｓ 为 光 伏 电 池 饱和电流 ； Ｖ 为负载端电压 ； Ｉ 为 负载端 电流 ； Ａ 为Ｐ － Ｎ 结理想因子 ， 取值 在 １ ～ ２ 之 间 ； Ｋ 为 玻 尔 兹曼常数 ； Ｔ 为开氏温度 。２ 遮挡条件下的光伏组件模型光伏组件是由多个单体晶元串联而成 ， 如果光伏组件中各单体晶元接收的太阳辐射相同时 ， 其输出伏安曲线呈单峰状 。 然而 ， 当光伏组件被阴影或者云层遮挡时 ， 各单体晶元接收的光照强度发生差异 ， 相应的伏安曲线发生变化 。 各单体晶元伏安特性曲线 经 叠 加 后 ， 光 伏 组 件 的 伏 安 特 性 呈 现 阶 梯状 。 因此 ， 要分 析 有 遮 挡 情 况 下 光 伏 组 件 伏 安 特性 ， 需从单体晶元物理模型着手 。在电池被遮蔽的情况下 ， 考虑光伏电池完全电压段 （ 正向和反向 ） 的输出特性及旁路二极管的导通特性 ［ ３ ］ ， 可以描绘出光伏电池在整个电压范围内的伏安特性曲线 ， 曲线依据 “ 电流相同电压叠加 ” 的串联电路原则 ， 得到光伏单体电池串联子串的伏安输出特性 。一般情况下 ， 商用光伏组件中单个光伏电池消耗的功率 上 限 为 ２ ５ Ｗ ， 超 过 此 限 制 极 有 可 能 产 生热斑现象 。 按照上述理论分析 ， 对光照均匀条件下的光伏电池组件模型做了相应的修正 ， Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 模型在电压电流的出口处并联旁路二极管 ， 如图 ２ 所示 。 其中 ① 模型中可控电流源的控制信号 Ｉ ｐ ｈ 由 （ １ ） 式确定 ， Ｇ 为光照强度 、 Ｔ 为池板温度 ， 两者作为模型输入控制量 ；② 模型中二极管的控制信号为 Ｉ ｄ ， 可由 （ ４ ） 式确定 ， 可见 需 要 两 个 输 入 变 量 Ｕ （ 由 两 端 电 压 确定 ） 和光生电流 Ｉ ｐ ｈ ， 其可以通过实际测量确定 。③ 串联电阻 Ｒ Ｓ 的确定 。可确定在最大功率点 （ ｍ ｐ ｐ ） 处 ， 如图 ３ 所示 。Ｉ ｍ ｐ ｐ ＝ Ｉ ｐ ｈ － Ｉ Ｏ Ｓ ｅ ｘ ｐ ｑ Ｕ ｍ ｐ ｐ ＋ Ｉ ｍ ｐ ｐ Ｒ（ ）Ｓ３ ６ ［ ］Ａ ｋ Ｔ －｛ ｝１（ ５ ）令 Ｕ ｔ ＝ Ａ ｋ Ｔｑ， 则Ｒ Ｓ ＝３ ６ Ｕ ｔ ｌ ｎ Ｉ ｐ ｈ － Ｉ ｍ ｐ ｐＩＯ Ｓ ＋（ ）１ － Ｕ ｍ ｐ ｐＩ ｍ ｐ ｐ（ ６ ）调节负载电阻的大小进行采样 ， 可得到伏安特性曲线 。图 ２ 光伏电池 ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 模型 （ 遮挡 ）为了验证 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 模型 ， 用 Ｍ 语言编成进行仿真计算 ， 完善其输出特性的区间 ， 增加了电压为负 ， 电流为正的 负 功 率 段 。 将 ５ 个 电 池 组 件 串 联 ，其中 １ 个 接 收 的 光 照 强 度 为 ５ ０ ０ Ｗ ／ ｍ ２ ， 另 外 ４ 个接收的光照强度是 １ ０ ０ ０ Ｗ ／ ｍ ２ ， 负载为阻性负载 ，调节负 载 的 大 小 ， 记 录 测 得 的 工 作 点 （ Ｕ ， Ｉ ） ， 绘制曲线结果与相同参数的 Ｍ 语言模型进行比较 ［ ４ ］ ，如图 ３ 所示 。一般商用池板 ， 每 １ ０ ～ １ ８ 个单体电池并联一个旁路 二 极 管 ， 通 过 对 单 体 光 伏 电 池 物 理 模 型 调整 ， 得出电 池 组 件 在 不 同 遮 挡 情 况 下 伏 安 特 征 曲线 ， 如图 ４ ～ 图 ６ 所示 。６６ 现 代 电 力 ２ ０ １ ２ 年现代电力 ， ２ ０ １ ２ ， ２ ９ （ １ ） ｈ ｔ ｔ ｐ ∥ ｘ ｄ ｄ ｌ ． ｎ ｃ ｅ ｐ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ｘ ｄ ｄ ｌ ＠ ｖ ｉ ｐ ． １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ图 ３ 光伏电池输出 Ｉ － Ｕ 特性 （ 遮挡 ）３ 光伏组件遮挡对发电量影响的分析通过对遮 挡 池 板 建 模 ， 分 析 其 输 出 特 性 曲 线 ，得知遮挡对光伏组件发电效率影响很大 ， 从而导致发电效率降低 。 下面结合具体光伏电站进行具体分析遮挡对发电量的影响 。工程现场出现被遮挡的光伏阵列其布局如图 ７所示 ， 共安装 １ ２ 排 光 伏 方 阵 ， 每 排 光 伏 阵 列 由 上下两层池板组成 ， 每行共计 ４ ４ 块光伏组件 ； 每 １ ６块光伏组件串联为一 个 光 伏 电 池 串 ， 两 排 共 １ １ 个光伏电池串 。图 ４ 没有遮挡光伏组件的 Ｉ － Ｕ 特征曲线 （Ｉ ｍ ｐ ｐ ＝ ５ ． １ ８ ８ Ａ ， Ｕ ｍ ｐ ｐ ＝ ６ ． ２ ７ ７ Ｖ ， Ｐ ｍ ｐ ｐ ＝ ３ ２ ． ５ ７ Ｗ ）图 ５ 遮挡 （ 一块 ） 光伏组件的 Ｉ －Ｕ 特征曲线 （ Ｉ ｍ ｐ ｐ ＝ ５ ． １ ５ ５ Ａ ， Ｕ ｍ ｐ ｐ ＝ ３ ． ４ ０ ２ Ｖ ， Ｐ ｍ ｐ ｐ ＝ １ ７ ． ５ ４ Ｗ ）３ ． １ 光伏电池阵列的具体遮挡情况首先重点分析春分 、 夏至 、 秋分和冬至 ４ 个典型日中 ， 油罐阴影对光伏阵列的影响 ， 主要是从遮挡位置角度分析 。例如 冬至日的情况 根据当地的气象 条 件 ， 早晨 ９ ０ ０ 之 前 ， 光 照较弱 ， 光伏阵 列 发 电 量 相 对 较 低 ， 因 此 不 加 以 考虑 。 阴影遮挡的初始时刻设定为 ９ ０ ０ 。通过对太阳高 度 角 的 分 析 ， 图 ８ （ ａ ） 所 示 是冬至日 ９ ０ ０ 时 ， 油罐阴影与光伏阵列的位置情况 。此后随着 时 间 的 推 移 ， 油 罐 阴 影 逐 渐 偏 离 光 伏 阵列 ， 直到 １ １ ４ ０ 光伏阵列完全不受遮挡 。７６第 １ 期 周 磊等 间歇性遮挡对光伏组件发电量影响的研究现代电力 ， ２ ０ １ ２ ， ２ ９ （ １ ） ｈ ｔ ｔ ｐ ∥ ｘ ｄ ｄ ｌ ． ｎ ｃ ｅ ｐ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ｘ ｄ ｄ ｌ ＠ ｖ ｉ ｐ ． １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ图 ６ 遮挡 （ 两块 ） 光伏组件的 Ｉ Ｖ 特征曲线 （ Ｉ ｍ ｐ ｐ ＝ ０ ． ５ ４ ９ ４ Ａ ， Ｕ ｍ ｐ ｐ ＝ ７ ． ４ ２ ２ Ｖ ， Ｐ ｍ ｐ ｐ ＝ ４ ． ０ ７ ７ Ｗ ）图 ７ 现场光伏阵列组件布置图图 ８ 冬至日遮挡情况其他典型日的情况可以用相同的方法经过具体计算得出遮挡详情 ， 如图 ９ ～ 图 １ １ 所示 。在实际中 光 伏 电 池 型 号 为 使 用 电 池 板 型 号 为Ｐ Ｌ Ｕ Ｔ Ｏ １ ９ ５ － Ａ ｄ ｅ ， 具体参数如表 １ 所示 ［ ５ ］ 。３ ． ２ 仿真模型介绍依据工 程 现 场 实 际 阵 列 被 遮 挡 的 情 况 ， 利 用Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 搭建被遮 挡 区 域 光伏系统 的 仿 真模型 。 其中光伏组件模型按照实际电池的物理模型进行搭建 。图 ９ 春分日的遮挡情况在建模中 ， 考虑以下几点假设情况 表 １ 电池组件 Ｐ Ｌ Ｕ Ｔ Ｏ １ ９ ５ － Ａ ｄ ｅ 的参数项目 开路电压 ／ Ｖ 短路电流 ／ Ａ 最大功率点参数 ４ ５ ． ４ ５ ． ５ ２ ３ ７ ． ６ Ｖ ／ ５ ． １ ９ Ａ项目最大功率 ／ Ｗ功率温度系数 ／ （ ％ ／ ℃ ）电流温度系数 ／ （ ％ ／ ℃ ）电压温度系数 ／ （ ％ ／ ℃ ）参数 １ ９ ５ － ０ ． ３ ８ ０ ． ０ ４ ６ － ０ ． ２ ９８６ 现 代 电 力 ２ ０ １ ２ 年现代电力 ， ２ ０ １ ２ ， ２ ９ （ １ ） ｈ ｔ ｔ ｐ ∥ ｘ ｄ ｄ ｌ ． ｎ ｃ ｅ ｐ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ｘ ｄ ｄ ｌ ＠ ｖ ｉ ｐ ． １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ图 １ ０ 夏至日的遮挡情况图 １ １ 秋分日的遮挡情况３ ． ２ ． １ 光照强度的设置光照强度信息借用当地的气象数据 ， 分别计算出 ４ 个典型 日 开 始 遮 挡 时 刻 和 结 束 时 刻 的 光 照 强度 ， 并作为计算遮挡开始时刻和遮挡结束时刻功率的光照强度 。 被 遮 挡 的 组 件 ， 其 光 照 强 度 假 设 为２ ０ ０ Ｗ ／ ｍ ２ 。３ ． ２ ． ２ 温度的设置光伏组件的温度依据实际测量数据 ， 统一固定为 ２ ５ ℃ 。３ ． ２ ． ３ 发电量的估算只考虑每个典型 日 ， 存在遮挡 时间的发 电 量 ，并比较有无遮挡及改变控制方法后发电量的变化情况 。 由于实际每天的日照情况非常复杂 ， 仿真中假设每个典型日可以代表其前后一个半月的情况 ， 具体代表天数见表 ３ 。表 ２ ４ 个典型日光照强度典型日起始时刻起始时刻光照强度（ Ｗ ／ ｍ ２ ）结束时刻结束时刻光照强度（ Ｗ ／ ｍ ２ ）春分 ９ ０ ０ ５ ２ ８ ． ２ ６ １ １ ２ ０ ６ ９ ８ ． ４夏至 ９ ０ ０ ７ １ ６ ． ５ １ ０ ３ ０ ７ ５ ０秋分 ９ ０ ０ ７ １ ４ ． １ １ ０ ４ ５ ７ ３ ９冬至 ９ ０ ０ ２ ７ ２ ． ２ １ １ ４ ０ ４ ９ ４ ． ４表 ３ 典型日代表天数 ｄ典型日 春分 夏至 秋分 冬至典型日代表的其前后一个半月的具体天数 ９ ０ ９ １ ９ １ ９ ０４ 仿真计算结果按照本文介绍的分析方法 ， 只需分析遮挡起始时刻和遮挡结束时刻光伏阵列的输出特性 ， 并确定输出最大功率 。 各典型日两个时刻的输出特性曲线如下 图 １ ２ 春分日起始点与结束点光伏阵列输出特征曲线 （ Ｉ －Ｕ 和 Ｐ －Ｕ ）根据仿真结果 ， 计算发电量及发电损失 ， 如表４ 所示 。９６第 １ 期 周 磊等 间歇性遮挡对光伏组件发电量影响的研究现代电力 ， ２ ０ １ ２ ， ２ ９ （ １ ） ｈ ｔ ｔ ｐ ∥ ｘ ｄ ｄ ｌ ． ｎ ｃ ｅ ｐ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ｘ ｄ ｄ ｌ ＠ ｖ ｉ ｐ ． １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ图 １ ３ 夏至日起始点与结束点光伏阵列输出特征曲线 （ Ｉ － Ｕ 和 Ｐ － Ｕ ）图 １ ４ 秋分日起始点与结束点光伏阵列输出特征曲线 （ Ｉ － Ｕ 和 Ｐ － Ｕ ）表 ４ 遮挡时间内的发电功率及发电量典型日初始时刻功率／ ｋ Ｗ结束时刻功率／ ｋ Ｗ平均功率 ／ ｋ Ｗ日发电时间 ／ ｈ季发电天数遮挡时间年发电量／ ｋ Ｗ ｈ春分 ９ ５ ． １ ０ ５ １ ４ ９ ． ８ ４ １ ２ ２ ． ４ ７ ２ ５ ２ ． ３ ３ ９ ０ ２ ５ ７ １ ９ ． ２ ３夏至 １ ２ ６ ． ７ ８ １ ３ ６ ． ５ １ ３ １ ． ６ ４ １ ． ５ ０ ９ １ １ ７ ９ ６ ８ ． ８ ６秋分 １ ２ ６ ． ４ ８ １ ３ ９ ． ９ ３ １ ３ ３ ． ２ ０ ５ １ ． ７ ５ ９ ０ ２ ０ ９ ７ ９ ． ７ ９冬至 ５ ３ ． ６ １ ８ １ ０ ７ ． ５ ９ ８ ０ ． ６ ０ ４ ２ ． ６ ７ ９ １ １ ９ ５ ５ ９ ． ９ ０图 １ ５ 冬至日起始点与结束点光伏阵列输出特征曲线 （ Ｉ － Ｕ 和 Ｐ － Ｕ ）如果不存在遮挡 ， 则相同时间内发电功率及发电量 ， 如表 ５ 所示 。表 ５ 不遮挡情况下发电功率及发电量典型日遮挡初始时刻功率／ ｋ Ｗ遮挡结束时刻功率／ ｋ Ｗ平均功率／ ｋ Ｗ发电时间 ／ ｈ发电天数遮挡时间年发电量／ ｋ Ｗ ｈ春分 １ １ ４ ． ９ ３ １ ４ ９ ． ８ ４ １ ３ ２ ． ３ ８ ５ ２ ． ３ ３ ９ ０ ２ ７ ８ ０ ０ ． ８ ５夏至 １ ４ １ ． ５ １ ３ ６ ． ５ １ ３ ９ １ ． ５ ０ ９ １ １ ８ ９ ７ ３ ． ５ ０秋分 １ ３ ６ ． １ ５ １ ３ ９ ． ９ ３ １ ３ ８ ． ０ ４ １ ． ７ ５ ９ ０ ２ １ ７ ４ １ ． ３ ０冬至 ６ ０ ． ３ ２ ８ １ ０ ７ ． ５ ９ ８ ３ ． ９ ５ ９ ２ ． ６ ７ ９ １ ２ ０ ３ ７ ４ ． ０ ５由此可见 ， 发电量损失比例为如表 ６ 所示 。表 ６ 发电量损失功率损失比例 ／ ％ 损失发电量 ／ ｋ Ｗ ｈ春分日 ７ ． ４ ９ ２ ０ ８ １ ． ６ ３夏至日 ６ ． ９ ７ １ ０ ０ ４ ． ６ ４秋分日 ３ ． ５ ０ ７ ６ １ ． ５ １冬至日 ４ ． ０ ０ ８ １ ４ ． １ ５５ 仿真结果分析以及改进措施根据被遮挡光伏组件输出特性仿真结果 ， 由于遮挡的存 在 ， 使 得 光 伏 阵 列 输 出 特 性 曲 线 发 生 变化 ， 呈现多阶梯状 。 但工程现场被遮挡的光伏阵列０７ 现 代 电 力 ２ ０ １ ２ 年现代电力 ， ２ ０ １ ２ ， ２ ９ （ １ ） ｈ ｔ ｔ ｐ ∥ ｘ ｄ ｄ ｌ ． ｎ ｃ ｅ ｐ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ｘ ｄ ｄ ｌ ＠ ｖ ｉ ｐ ． １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ比例不大 ， 通过仿真结果看出 ， 特性曲线的多阶梯状不明显 ， 但遮挡导致了光伏阵列出力降低 ， 从而影响光伏系统发电量 。 根据表 ６ ， 遮挡造成 ４ 个典型 日 发 电 功 率 下 降 ７ ． ４ ９ ％ 、 ６ ． ９ ７ ％ 、 ３ ． ５ ０ ％ 和４ ． ０ ０ ％ ， 其中春分日前后的遮挡最严重 ， 但由于光伏组件遮挡时间不是很长 ， 在遮挡时间内导致的年损失发 电 量 约 为 ４ ６ ６ １ ． ９ ３ ｋ Ｗ ｈ ， 通 过 光 伏 电 站 监控系统 得 知 ， 实 际 光 伏 系 统 年 损 失 发 电 量 约 为 ５０ ９ ８ ． ８ ２ ｋ Ｗ ｈ ， 主要 是 由 于 变 流 器 在 低 输 入 功 率 条件下 ， 效率降低的缘故 ， 这一点在仿真中并没有考虑 。 因此 ， 两者数据有一定的差异 ， 在未来的仿真统计中可以增加变流器仿真模型 ， 以提高系统仿真的准确性 。根据遮挡对光伏系统发电量影响的分析 ， 可以采用分布 式 Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ 进行改 进和提高 ， 即通过对被遮挡的池 板单独增加 Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ 控制 器 ， 串联的组件控制电流相同 ， 并联的组件控制电压相同 ， 使得被遮挡的池 板 不 再 成 为 负 载 ， 提 高 了 整 个 系 统 的 出力 。 春分时 刻 发 电 量 可 提 高 ０ ． ６ ３ ％ ， 夏 至 时 刻 发电量 可 提 高 １ ５ ． ５ ２ ％ ， 秋 分 时 刻 发 电 量 可 提 高１ ２ ． ６ １ ％ ， 冬至时刻发电量可提高 １ ． ６ ２ ％ 。综上所述 ， 组件遮挡对光伏系统输出特性产生很大的影响 ， 从而导致光伏系统发电量的降低 ， 通过池板仿真建模对实际工程项目进行了验证 ， 并提出了改进建议 ， 对光伏系统经济性的提高具有较高的工程指 导 意 义 。 估 算 中 假 设 了 辐 照 度 与 池 板 温度 ， 仿真计算有一定仿真误差 ， 如果能提供准确的光资源气象数据 ， 以及变流器模型 ， 对发电量的统计将更为准确 。参 考 文 献［ １ ］ 刘辉 ． 太阳能电池最大功率跟 踪 技 术 研 究 ［ Ｊ ］ ． 武汉科技学院学报 ， ２ ０ ０ ５ ， １ ８ （ ８ ） １ ３ － １ ５ ．［ ２ ］ Ｇ ｅ ｏ ｆ ｆ Ｗ ａ ｌ ｋ ｅ ｒ ． Ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ Ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ －ｇ ｉ ｅ ｓ Ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ Ｐ Ｖ Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ［ Ｊ ］ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆＥ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ＆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ （ Ｓ ０ ７ ２ ５ － ２ ９ ８ ６ ） ，２ ０ ０ １ ， ２ １ （ １ ） ４ ９ － ５ ５ ．［ ３ ］ Ｄ ｏ ｎ ａ ｌ ｄ Ａ Ｎ ｅ ａ ｍ ｅ ｎ ． Ｓ ｅ ｍ ｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｄ ｅ －ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ［ Ｍ ］ ．Ｕ Ｓ Ａ Ｍ ｃ Ｇ ｒ ａ ｗ － Ｈ ｉ ｌ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｆ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ， １ ｓ ｔＳ ｅ ｐ ， ２ ０ ０ ２ ．［ ４ ］ 崔岩 ． 太阳能光伏模板仿真模 型 的 研 究 ［ Ｊ ］ ． 系 统仿真学报 ， ２ ０ ０ ６ ， １ ８ （ ４ ） ８ ２ ９ － ８ ３ １ ．［ ５ ］ Ｓ ｕ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ． Ｐ Ｌ Ｕ Ｔ Ｏ １ ９ ５ － Ａ ｄ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｓ ｈ ｅ ｅ ｔ ．收稿日期 ２ ０ １ １ － ０ ５ － １ ９作者简 介 周 磊 （ １ ９ ７ ７ － ） ， 男 ， 博 士 ， 工 程 师 ， 主 要 研究方向为电力电子技术 。（ 责任编辑 林海文 ）１７第 １ 期 周 磊等 间歇性遮挡对光伏组件发电量影响的研究