遮挡对半片光伏组件阵列输出特性影响的研究-张昌远

遮挡 对半片光伏组件 阵列 输出特性 影响的研究 航天机电 连云港神舟新能源 张 昌远 肖怀韬 2018年 11月 10日 连云港神舟户外测试平台 建成于 2015年 12月疯狂生长的草 2018年 8月 20日 目 录 一、实验 对象 二、室内 外遮挡实验及 数据分析 三、结论 （一）组件等效电路 （二）室内测试条件 （三）室外 测试条件 （一）整片 （二）半片 （一）组件等效电路 （二）室内测试 条件 （三）室外 测试条件 一、 实验 对象 （一 ）组件等效电路 1. 整 片（左）和半片（右）光伏 组件 一、 实验 对象 串联结构 60片电池片 3个旁路 二极管 串并联对称 结构 120片电池片 3个旁路 二极管 0 50 1 0 0 1 5 0 2 00 2 5 0 3 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 0 50 1 0 0 1 5 0 2 00 2 5 0 3 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 （二）室内测试条件 1. 测试条件 一、 实验 对象  PASAN 3B太阳模拟器（ AAA级 ）  标准 测试条件（ STC， AM1.5、光强 1000W/m2、温度 25℃ ） 整片 半片 整片 半片 （三）室外测试条件 1. 测试条件 一、 实验 对象  4块组件 串联  HT IV400室外 IV测试 仪  晴天 ，辐照度 800900W/m2 环境温度 2830℃ ，风速低于 1m/s 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 00 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 00 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 整片 半片 整片 半片 （一）整片 （二）半片 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 方式 a 一片的 50 方式 b 1片 方式 c 2片 方式 d 一排 6片 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 （一 ）整片 （一 ）整片 方式 a 一片的 50 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 0 50 1 00 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 测试条件 遮挡方式 VocV IscA VmV ImA PmW 功率损失 室内 无遮挡 38.2 9.40 31.5 8.90 280.1 \方式 a 38.2 9.34 20.6 8.85 182.1 35 室外 无遮挡 134.84 8.66 107.4 8.1 870.35 \方式 a 135.05 9.13 96.82 8.29 802.71 31 在最大功率点处组件中被遮挡的电池串功率被二极管完全 旁通 室内 、室外测试结果相近 0 2 0 0 4 00 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 室内 室外 （一 ）整片 测试条件 遮挡方式 VocV IscA VmV ImA PmW 功率损失 室内 无遮挡 38.2 9.40 31.5 8.90 280.1 \方式 b 38.1 9.34 20.6 8.86 182.2 35 室外 无遮挡 134.84 8.66 107.4 8.1 870.35 \方式 b 134.75 8.91 96.04 8.33 799.82 32 Vm、 Im、 Pm和 方式 a基本 无 变化 室内、室外测试结果相近 室内 室外方式 b 1片 0 50 1 00 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 0 2 0 0 4 00 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 （一 ）整片 测试条件 遮挡方式 VocV IscA VmV ImA PmW 功率损失 室内 无遮挡 38.2 9.40 31.5 8.90 280.1 \方式 c 38.0 9.35 9.6 8.75 84.0 70 室外 无遮挡 134.84 8.66 107.4 8.1 870.35 \方式 c 134.52 8.81 87.6 8.12 711.49 73 室内 室外方式 c 2片 在 最大功率点处对应的二极管被旁通，功率损失约为 70 室内、室外测试结果 相近 0 50 1 0 0 1 5 0 2 00 2 5 0 3 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 0 2 0 0 4 00 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 （一 ）整片 测试条件 遮挡方式 VocV IscA VmV ImA PmW 功率损失 室内 无遮挡 38.2 9.40 31.5 8.90 280.1 \方式 d 37.3 0.23 22.8 0.17 3.7 99 室外 无遮挡 134.84 8.66 107.4 8.1 870.35 \方式 d 134.01 8.59 79.39 8.07 640.91 105 室内 室外方式 d 一排 6片 在 最大功率点处三个二极管全部被旁通，整块组件几乎无功率 输出 室内、室外测试结果 相近 0 50 1 00 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 0 2 0 0 4 00 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 室内 外遮挡实验及数据分析 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 （ 二 ）半片 方式 a 1片 方式 b 同一二极管不同侧 2片 方式 c 不同二极管同侧 2片 方式 d 不同二极管不同侧 2片 方式 e 1排 6片 方式 f 不同侧各 1排 12片 （ 二 ）半片 测试条件 遮挡方式 VocV IscA VmV ImA PmW 功率损失 室内 无遮挡 38.3 9.30 32.0 8.80 281.3 \方式 a 38.3 9.29 20.8 8.77 182.8 35 室外 无遮挡 135.5 9.18 108.8 8.6 935.7 \方式 a 135.28 9.26 98.97 8.58 848.77 37 室内 室外 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 在 最大功率点处组件中被遮挡的电池串功率被 二极管旁通 室内 、室外测试结果 相近 0 50 1 0 0 1 50 2 0 0 2 5 0 3 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 方式 a 1片 0 2 0 0 4 00 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 C1 C3 C5 C2 C4 C6 （二）半片 室内方式 a 二、 室内外遮挡 实验及数据分析  PV曲线存在两个 极值点 ；  极值点 P1 二极管旁通， C5和 C640片 无 输出 ，功率损失 1/3；  极值点 P2 二极管 未 旁通，被遮挡电池 片成为负载，降低了整个组件的工作电流。 0 50 1 0 0 1 50 2 0 0 2 5 0 3 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 P1 P2 VmV ImA PmW 无遮挡 32.0 8.80 281.3 P1 20.8 8.77 182.8 P2 34.2 5.10 174.7 （ 二 ）半片 测试条件 遮挡方式 VocV IscA VmV ImA PmW 功率损失 室内 无遮挡 38.3 9.30 32.0 8.80 281.3 \方式 b 38.3 9.29 20.9 8.77 182.8 35 室外 无遮挡 135.5 9.18 108.8 8.6 935.7 \方式 b 134.91 9.23 99.75 8.38 835.82 43 室内 室外 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 方式 b 同一二极管不同侧 2片 在 最大功率点处组件中被遮挡的电池串功率被二极管旁通，功率损 失与 方式 a损失 基本 相同 0 50 1 00 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 0 2 0 0 4 00 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 （ 二 ）半片 测试条件 遮挡方式 VocV IscA VmV ImA PmW 功率损失 室内 无遮挡 38.3 9.30 32.0 8.80 281.3 \方式 c 38.1 9.31 33.0 4.77 157.2 44 室外 无遮挡 135.5 9.18 108.8 8.6 935.7 \方式 c 135.72 9.4 90.03 8.61 775.07 69 室内 室外 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 方式 c 不同二极管同侧 2片 最大功率点 P4工作 在二极管 未旁通 状态 ， C1和 C2两串电池并联后与 C3、 C5串联输出，从而降低了整个组件的工作电流 ，功率损失 44 0 50 1 00 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 C1 C3 C5 C2 C4 C6 0 2 0 0 4 00 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 室内 阵列最大功率点 P3ˊ工作 在 二极管 旁通 状态 ， C3C6均被旁路掉， 阵列的工作电流基本不受影响，功率损失约 2/3室外 P3 P4 P3ˊ P4ˊ 0 50 1 00 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 C1 C3 C5 C2 C4 C6 （二）半片 室内方式 c 二、 室内外遮挡 实验及数据分析  PV曲线存在两个 极值点 ；  极值点 P3 二极管 旁通 ， C3C680片 无 输出，功率损失 2/3；  极值点 P4 二极管 未 旁通， C1和 C2两串电池并联后与 C3、 C5串联输出 ， 降低 了整个 组件的工作电流。 VmV ImA PmW 无遮挡 32.0 8.80 281.3 P3 9.9 8.58 84.7 P4 33.0 4.77 157.2 P3 P4 （ 二 ）半片 测试条件 遮挡方式 VocV IscA VmV ImA PmW 功率损失 室内 无遮挡 38.3 9.30 32.0 8.80 281.3 \方式 d 38.1 9.31 32.9 4.80 158.2 44 室外 无遮挡 135.5 9.18 108.8 8.6 935.7 \方式 d 133.51 9.42 89.18 8.64 770.69 71 室内 室外 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 方式 d 不同二极管不同侧 2片 实际 等效后 电路图与方式 c一致， 因此测量 结果 相近 0 50 1 0 0 1 5 0 2 00 2 5 0 3 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 0 2 0 0 4 00 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 （ 二 ）半片 测试条件 遮挡方式 VocV IscA VmV ImA PmW 功率损失 室内 无遮挡 38.3 9.30 32.0 8.80 281.3 \方式 e 38.1 4.96 32.1 4.66 149.3 47 室外 无遮挡 135.5 9.18 108.8 8.6 935.7 \方式 e 135.55 9.2 81.96 8.43 691.17 105 室内 室外 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 方式 e 1排 6片 功率 损失约 47， Isc、 Im约为无遮挡条件下的一半， IV、 PV曲 线形状没有台阶，组件只有一半正常输出 0 50 1 0 0 1 5 0 2 00 2 5 0 3 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 00 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 室内 室外 整块组件被旁路掉 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 00 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 （二）半片 室外方式 e 二、 室内外遮挡 实验及数据分析  串联 连接阵列中的一块半片光伏组件，可等效为一块组件中与二极管并联的两 串  这种 状态下的遮挡会导致被遮挡组件的 3个二极管旁通，即被遮挡组件的功率全部 损失  同样 的遮挡方式 ，室外阵列和 室内单块组件测试结果 不同  实际户外发 电过 程，半片组件在这种遮挡条件下组件无功率输出。 组件 1 组件 2 组件 3 组件 4 （ 二 ）半片 测试条件 遮挡方式 VocV IscA VmV ImA PmW 功率损失 室内 无遮挡 38.3 9.30 32.0 8.80 281.3 \方式 f 37.4 0.24 22.4 0.17 3.8 99 室外 无遮挡 135.5 9.18 108.8 8.6 935.7 \方式 f 135.01 9.38 81.1 8.67 703.06 99 室内 室外 二、 室内外遮挡 实验及数据分析 方式 f 不同侧各 1排 12片 在 最大功率点处三个二极管全部被旁通，整块组件几乎无功率 输出 室内、室外测试结果 相近 0 50 1 00 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 35 40 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 00 1 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 50 1 0 0 1 5 0 功率（ W ） 电流（ A ） 电压（ V ） IV 曲线 PV 曲线 三、结论 组件类型 遮挡方式 室 内外输出表现 整片 方式 a 1片的 50 √ 方式 b 1片 √ 方式 c 2片 √ 方式 d 1排 6片 √ 半片 方式 a 1片 √ 方式 b 同一二极管不同侧 2片 √ 方式 c 不同二极管同侧 2片 方式 d 不同二极管不同侧 2片 方式 e 1排 6片 方式 f 不同侧各 1排 12片 √ 整片 室 内外输出 表现一致 半片 室 内遮挡 输出 相比整片有明显优势 室 内 外输出表现不同 ， 并不能减少阴影 遮挡 而 导致的发电量的损失 报告结束。 谢谢汇报结束。 谢谢 张昌远 changyuan.zhanght-saae.com