CN102244139B - 一种光伏组件定电压范围工作点控制消除热斑损害的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光伏组件定电压范围工作点控制消除热斑损害的方法，该方法为：在组件的输出端依次串联MPPT功能模块和DC-DC模块，MPPT功能模块在设定的工作电压范围内寻找组件的最大功率点的跟踪，该工作电压范围的设定方法为：通过测得的环境温度Ta、辐照强度R，辐照引起的组件温升系数K，组件温度电压系数Ct、组件的25℃时标称额定最佳工作点电压Vmr，根据Vm＝Vmr-Ct(Ta+R×K-25)计算组件无遮挡时的实际最佳工作电压Vm，Vm+Vr～Vm-Vr即为设定工作电压范围，Vr为被遮挡组件的最大反偏电压。本发明通过控制光伏组件的工作点电压方式可以消除组件的热斑损害。同时通过该方式可以实现无旁通二极管光伏组件设计，还可减少组件之间电性能失配带来的功率损耗。

Description

一种光伏组件定电压范围工作点控制消除热斑损害的方法
技术领域
本发明涉及一种光伏组件定电压范围工作点控制消除热斑损害的方法。
背景技术
由于单个太阳电池组件输出功率往往不足以提供实际需求的功率，因此它们通常以串联、并联的方式构成太阳电池阵列来满足设计要求。在选取太阳电池组件构成阵列的时候，通常都会遇到由于串、并联的各个组件的电性参数不一致而导致串、并联后的输出功率小于单个组件输出功率之和，称之为失配损失。同时，在串联联接时若电流不匹配，会造成阵列工作在某一状态下时，阵列内个别组件处于反向偏置，形成“热斑”，在并联联接时若电压不匹配，会造成阵列工作在某一状态下时，阵列内形成“环流”。“热斑”和“环流”都会使串、并联联接中的个别组件处于消耗功率的状态，并可能损及组件寿命。特别当太阳电池阵列无法工作在均匀的光照下，产生的失配损失就更大。为了缓解此时的功率下降，通常给每个组件或组件中一个电池串反向并联一个旁通二极管，来阻止一个组件或一个电池串支路消耗整个阵列的电能。而为了避免某个并联支路电压小于阵列电路电压时造成的电流回流，往往还会在每个并联支路上安装一个阻塞二极管。但旁通二极管和阻塞二极管工作时会产生大量的热量，本身存在安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种光伏组件定电压范围工作点控制消除热斑损害的方法，在无旁通二极管的情况下减小热斑，提高发电效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光伏组件定电压范围工作点控制消除热斑损害的方法，在组件的输出端依次串联MPPT功能模块和DC-DC模块，DC-DC模块使组件串的每个组件输出电流一致，MPPT功能模块在设定的工作电压范围内寻找组件的最大功率点的跟踪，该工作电压范围的设定方法为：通过测得的环境温度Ta、辐照强度R，辐照引起的组件温升系数K，组件温度电压系数Ct、组件的标称额定最佳工作点电压Vmr，根据Vm＝Vmr-Ct(Ta+R×K-25)计算组件无遮挡时的最佳工作电压Vm，Vm+Vr～Vm-Vr即为设定工作电压范围，Vr为被遮挡组件的最大反偏电压。
该工作电压范围的设定具体方法如下：首先，通过组件串输出的电流Im与组件1000W/m2光强下的标准电流Ir比较，根据电流与辐照成近线型关系，计算出此时的辐照度R；组件中电池的温升Tg与辐照强度线性相关，Tg＝K×R，其中K为辐照引起的温升系数，取0.031～0.04，利用测得的环境温度Ta、根据辐照强度R计算组件中电池工作温度Tc＝Ta+Tg＝Ta+K×R；根据组件温度电压系数Ct，组件的25℃时标称额定最佳工作点电压Vmr，计算组件的无遮挡时电池温度Tc与辐照度R情况下无遮挡时实际最佳工作电压Vm＝Vmr-Ct(Tc-25)；根据组件中电池的漏电流的分布情况，设定被遮挡组件的最大反偏电压Vr，如金属硅电池组成的组件，漏电流大可以设置Vr为5～6V，反向漏电性能好的电池可以设置Vr为8～10V，Vm+Vr～Vm-Vr即为设定的工作电压范围。
本发明的有益效果是：本发明通过控制光伏组件的工作点电压方式可以消除组件的热斑损害。同时通过该方式可以实现无旁通二极管光伏组件设计，减少组件因旁通二极管结温过高引起的安全隐患。该发明与DC-DC直流变化器与控制电路结合还可减少组件之间电性能失配带来的功率损耗。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1为失配情况下光伏组件的IV与PV曲线图；
图2光伏组件电路结构图；
图3单组件热斑控制系统流程图。
具体实施方式
图1为失配情况下光伏组件的IV与PV曲线图，遮挡后PV(功率与电压)曲线在低电压处(图1中极值点1)与高电压处(图1中极值点2)各有一个功率极大值。有/无旁通二极管情况下，当工作在极值点1附近时，工作点电压V1低，组件产生的电压大部分(Voc-V1)聚集在被遮挡电池两端，且有电流I1(较大，接近短路电流)通过，从而被遮挡电池产生大量热，出现热斑效应；在极值点2附近时，工作点电压高，太阳电池组件损失的功率较均匀分布在组件的各个未遮挡电池上，组件中每片电池两端电压均不高，通过电流不大(I2)，不会产生电池温度过高现象。
太阳能电池最大功率点的跟踪实现，一般采用功率差分值作为判据。通过对太阳能电池的输出电压和电流进行连续的采样，并将每次采样的一组电压电流数据相乘折合成功率值，然后减掉上一次采样得到的功率值，即为功率差分值。当功率达到最大值时满足由于在一定的光照强度下，太阳能电池的输出功率只与环境温度和端电压有关，因此在单级式光伏并网逆变系统中，改变太阳能电池的工作点只能通过调整母线电容C上的电压进行，即改变逆变电路的输出有功来进行调节。定步长最大工作点跟踪(MPPT)算法就是以固定步长修改逆变电路输出有功设定值(PREF)从而跟踪太阳能电池最大功率点的。
本发明通过单光伏组件定电压范围MPPT方法，即在每个组件上设立最大功率跟踪器，使组件工作点电压工作在极值点2附近，从而避免了组件热斑的产生。
如图3所示控制方式，每个组件匹配MPPT功能模块与DC-DC模块，可对单个组件进行MPP跟踪，并利用DC-DC模块使组件串的每个组件输出电流经直流变换后无不匹配造成的功率损耗。首先，通过组件串输出的电流Im与组件1000W/m2光强下的标准电流Ir(组件额定电流)比较，根据电流与辐照成近线型关系，计算出此时的辐照度R；组件中电池的温升Tg与辐照强度线性相关，Tg＝K×R，其中K为辐照引起的温升系数，取0.031～0.04(敞开式支架取0.031，密闭支架与屋顶BIPV取0.04)，利用测得的环境温度Ta，Tc＝Ta+Tg＝Ta+K×R；根据组件温度电压系数Ct(晶体硅组件取0.45％/℃)，组件的标称额定最佳工作点电压Vmr(1000W/m2，25℃)，计算组件的无遮挡时温度Tc与辐照度R下无遮挡时最佳工作电压Vm＝Vmr-Ct(Tc-25)。根据组件中电池的漏电流的分布情况，设定被遮挡组件的最大反偏电压Vr，如金属硅电池组成的组件，漏电流大可以设置Vr为5～6V，反向漏电性能好的电池可以设置Vr为8～10V。Vm+/-Vr为组件可以安全工作的电压范围，MPPT模块在该设定的工作电压范围内寻找MPP点，得到此时组件功率最优的工作点。组件串中每个组件的最大工作点电流会存在差异，为减少不匹配造成的组件串输出功率损耗，取组件串中最大电流组件的最佳工作点电流Imax为基准，利用DC-DC模块使组件串的每个组件输出电流经DC-DC变换后与Imax一致。这样对于整个阵列来说，既保证了被遮挡组件的安全性又使整个阵列的输出功率达到最大。

Claims (2)

1.一种光伏组件定电压范围工作点控制消除热斑损害的方法,其特征是：在组件的输出端依次串联MPPT功能模块和DC-DC模块，DC-DC模块使组件串的每个组件输出电流一致，MPPT功能模块在设定的工作电压范围内寻找组件的最大功率点，该工作电压范围的设定方法为：通过测得的环境温度Ta、辐照强度R，辐照引起的组件温升系数K，组件温度电压系数Ct、组件的标称额定最佳工作点电压Vmr，根据Vm=Vmr-Ct(Ta＋R×K－25)计算组件无遮挡时的最佳工作电压Vm，Vm+Vr～Vm-Vr即为设定工作电压范围，Vr为被遮挡组件的最大反偏电压。
2.根据权利要求1所述的一种光伏组件定电压范围工作点控制消除热斑损害的方法,其特征是：该工作电压范围的设定具体方法如下：
首先，通过组件串输出的电流Im与组件1000W/m2光强下的标准电流Ir比较，根据电流与辐照成近线型关系，计算出此时的辐照度R；组件中电池的温升Tg与辐照强度线性相关，Tg＝K×R，其中K为辐照引起的温升系数，取0.031～0.04，利用测得的环境温度Ta、根据辐照强度R计算组件中电池工作温度Tc＝Ta＋Tg＝Ta＋K×R；根据组件温度电压系数Ct，组件的25℃时标称额定最佳工作点电压Vmr,计算组件的无遮挡时电池温度Tc与辐照度R情况下无遮挡时实际最佳工作电压Vm＝Vmr-Ct（Tc－25）；根据组件中电池的漏电流的分布情况，设定被遮挡组件的最大反偏电压Vr，如金属硅电池组成的组件，漏电流大,设置Vr为5～6V，反向漏电性能好的电池设置Vr为8～10V，Vm+Vr～Vm-Vr即为设定的工作电压范围。
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