CN110311626B - 一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法，包括，对每一个光伏电池串进行检验，计算其总电压，并判断所述光伏电池串的总电压与旁路二极管击穿电压的大小，若光伏电池串总电压大，则该光伏电池串通过检验，否则旁路二极管被激活，该光伏电池串被旁通；最后根据剩余正常工作的光伏电池串，确定失配条件下双面光伏组件的工作电流。采用本发明方法只要知道组成光伏组件的太阳电池片的开路电压、短路电流、串联电阻即可计算出光伏组件的工作电流。

Description

一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法

技术领域

本发明公开了一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法，属于光伏发电性能检测技术领域。

背景技术

在光伏组件工作过程中，不能保证所有的电池性能参数相同。但由于电池串联，流经所有电池的电流相同，从而导致组件功率损失使组件功率输出偏离最大功率点。光伏组件通过二极管反向偏置或激活旁路二极管来降低由低电流电池带来的影响，但会导致组件能量损失。二极管的反向偏置，有时可能导致热斑效应，使电池升温，并通过燃烧EVA和背板对组件造成破坏。

发明内容

本发明提出了一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法，解决了失配条件下的电流计算问题。

为实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法，所述双面光伏组件中的所有光伏电池均串联，每w片光伏电池并联一个旁路二极管构成一个光伏电池串，对每一个光伏电池串进行如下检验：

1)确定光伏电池串的工作电流；

2)筛选出电流比工作电流低的光伏电池；

3)根据所述工作电流，计算出所述筛选出的光伏电池的反偏电流；

4)根据所述反偏电流，计算出所述筛选出的光伏电池的反偏电压；

5)根据所述筛选出的光伏电池的反偏电压和光伏电池串的工作电流，计算光伏电池串的总电压；

6)判断所述光伏电池串的总电压与旁路二极管击穿电压的大小，若光伏电池串总电压大，则该光伏电池串通过检验，否则旁路二极管被激活，该光伏电池串被旁通；

遍历完所有的光伏电池串后，筛选出所有被旁通的光伏电池串；

根据剩余正常工作的光伏电池串，确定失配条件下双面光伏组件的工作电流。

前述的确定光伏电池串的工作电流，包括：

选取一系列的电流值，计算每一个电流值下光伏电池串的功率，取光伏电池串最大功率点对应的电流值即为光伏电池串的工作电流。

前述的每一个电流值下光伏电池串的功率计算为：将电流值与光伏电池的电阻相乘得到光伏电池的电压，光伏电池串中所有光伏电池的电压叠加后，再乘以电流，即为光伏电池串的功率。

前述的计算出所述筛选出的光伏电池的反偏电流，包括：

I_reverse＝I_w-I_ph

其中，I_reverse为反偏电流，I_w为光伏电池的工作电流，I_ph为光伏电池的光生电流。

前述的计算出所述筛选出的光伏电池的反偏电压，包括：

其中，V_reverse为反偏电压，a和m为Bishop反偏置方程中的两个曲线拟合参数，R_s和R_sh分别为光伏电池的串联电阻和分流电阻，V_br是光伏电池的击穿电压。

前述的计算光伏电池串的总电压，包括：

光伏电池串中所有光伏电池的电压之和即为光伏电池串的总电压；

对于正常工作的光伏电池，其电压为光伏电池串的工作电流乘以电阻得到；对于电流比工作电流低的光伏电池，其电压为反偏电压。

前述的确定失配条件下双面光伏组件的工作电流，包括：

选取一系列的电流值，计算每一个电流值下所有光伏电池串的功率，叠加后得到整个双面光伏组件在不同电流下的功率，取双面光伏组件最大功率点对应的电流即为失配条件下的双面光伏组件工作电流。

本发明有如下优点：

(1)采用本发明方法只要知道组成光伏组件的太阳电池片的开路电压、短路电流、串联电阻即可计算出光伏组件的电流。

(2)本发明方法可以通过Matlab仿真模拟，不需要人工计算或者测量。

附图说明

图1为单二极管等效电路模型；

图2为光伏电池串的等效电路示意图；

图3为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法，具体如下：

1.二极管反偏理论

11).太阳电池二极管反偏

同一电池串内不能保证所有的电池性能参数一致，由于串联后电池电流要一致，所以，要确定电池串内的最佳工作电流。若电池串中有某一片电池达不到工作电流的要求，则该片电池片二极管反偏，与光生电流相加以达到工作电流。该片电池电压反偏，若反偏电流持续增大，大于式(2)计算的最大值，则二极管会发生雪崩击穿效应。

12).旁路二极管反偏

如11)中所述，如果太阳电池片反向偏压过大，当一个光伏电池串内的总电压之和低于旁路二极管的击穿电压V_{bypass diode}(一般的二极管击穿电压为0.5V)时，旁路二极管就会被击穿。旁路二极管将该路旁通掉以避免该电池串对其他电池串的影响。

2.参数计算公式

本发明使用单二极管等效电路模型来模拟太阳电池的正向偏置，旁路二极管反向偏置会导致雪崩击穿现象。等效电路如图1所示，暗电流、反向电流、旁路电流由式(1)、(2)、(3)推导。其中，击穿电压是固定的，可以从电池参数中读出。

其中，I_dark为二极管暗电流，I₀为二极管暗饱和电流，V_cell为电池电压，I_cell为电池电流，I_reverse为二极管反向电流，I_shunt为旁路电流，V_T为热电压(26mV)，计算公式为：

k为玻尔兹曼常数，T为温度，q为电子电量，n是二极管理想因子，a和m是Bishop反偏置方程中的两个曲线拟合参数，V_br是电池的击穿电压，R_s和R_sh分别是串联电阻和分流电阻。

图2为一串光伏电池的等效电路示意图，假设光伏电池都是串联的，旁路二极管与每6片光伏电池并联，即每6片光伏电池构成一个光伏电池串。在表1中，列出了光伏电池、光伏电池串、光伏电池组件的电流电压计算方程。

表1光伏电池、电池串、电池组件的电流电压方程

表中，w是每一个光伏电池串的电池数，V是光伏电池组件中的光伏电池串总数V_{bypass diode}是被击穿时的旁路二极管电压，U_oc表示开路电压，I_cell(i)，V_cell(i)分别表示第i个光伏电池的电流和电压，i＝1,2,…w，I_string为光伏电池串的电流，V_string(j)为光伏电池串的电压，I_ph为光生电流，A为P-N结的结构因子，计算时取1。组件和电池串要满足表中给定的指定条件。

3.确定组件工作电流

理论来说组件最佳功率为所有电池最大功率之和，由于电池串联，电流相同，不能保证所有电池都在最大功率点下工作。

理想最大功率计算式：P_mm＝(I₁·V₁+I₂·V₂+…+I_x·V_x)_max

电池串联后的最大功率：P_m＝I(V₁+V₂+…+V_x)

其中，I为工作电流，V₁，V₂…V_x为对应工作电流的电压。取功率最P_m大时对应的I即为工作电流。

4.失配条件下双面光伏组件的电流计算

已知条件：每一块光伏电池的额定参数，开路电压，短路电流和串联电阻。结合图3。

首先从光伏组件的一个电池串进行检验。

(1)用叠加法确定电池串的工作电流I_w。具体如下：

由于每个电池片的I-V曲线已知，

由于同一电池串电流相同，不同的电流值下对应不同的电压值，取

计算不同的电流值下电池串中所有电池片的电压，叠加后得到不同电流值下电池串的功率，取电池串最大功率点对应的电流即为电池串的工作电流。

(2)找出比工作电流低的电池片。

(3)计算步骤(2)所筛选出的电池片的反偏电流：I_reverse＝I_w-I_ph。

(4)根据公式(2)计算该电池片的反偏电压，判断该反偏电压是否超过旁路二极管的击穿电压，是则会发生雪崩击穿效应。

(5)计算电池串总电压：

V_cell(i)为电池片i的电压，对于正常工作的电池片，其电压为电池串的工作电流乘以电阻得到，对于电流值比工作电流低的电池片，其电压为根据公式(2)所计算的反偏电压。

判断：电池串总电压与旁路二极管击穿电压的大小。若总电压大，则该电池串通过检验，否则二极管被激活，该电池串被旁通。

其他电池串以此类推，找出被旁通的电池串。将所有被旁通的电池串全部找出来之后，根据其他正常工作的电池串，确定整个双面光伏组件工作电流，具体为：

计算不同的电流值下所有正常工作的电池串的电压，叠加后得到整个双面光伏组件的功率，取双面光伏组件最大功率点对应的电流即为失配条件下的双面光伏组件工作电流。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法，其特征在于，所述双面光伏组件中的所有光伏电池均串联，每w片光伏电池并联一个旁路二极管构成一个光伏电池串，对每一个光伏电池串进行如下检验：

1)确定光伏电池串的工作电流；

2)筛选出电流比工作电流低的光伏电池；

3)根据所述工作电流，计算出所述筛选出的光伏电池的反偏电流；

4)根据所述反偏电流，计算出所述筛选出的光伏电池的反偏电压；

5)根据所述筛选出的光伏电池的反偏电压和光伏电池串的工作电流，计算光伏电池串的总电压；

6)判断所述光伏电池串的总电压与旁路二极管击穿电压的大小，若光伏电池串总电压大，则该光伏电池串通过检验，否则旁路二极管被激活，该光伏电池串被旁通；

遍历完所有的光伏电池串后，筛选出所有被旁通的光伏电池串；

根据剩余正常工作的光伏电池串，确定失配条件下双面光伏组件的工作电流，包括：

选取一系列的双面光伏组件电流值，计算每一个双面光伏组件电流值下所有光伏电池串的功率，叠加后得到整个双面光伏组件在不同电流下的功率，取双面光伏组件最大功率点对应的电流即为失配条件下的双面光伏组件工作电流。

2.根据权利要求1所述的一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法，其特征在于，所述确定光伏电池串的工作电流，包括：

选取一系列的光伏电池串电流值，计算每一个光伏电池串电流值下光伏电池串的功率，取光伏电池串最大功率点对应的电流值即为光伏电池串的工作电流。

3.根据权利要求2所述的一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法，其特征在于，所述每一个光伏电池串电流值下光伏电池串的功率计算为：将光伏电池串电流值与光伏电池的电阻相乘得到光伏电池的电压，光伏电池串中所有光伏电池的电压叠加后，再乘以光伏电池串电流，即为光伏电池串的功率。

4.根据权利要求1所述的一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法，其特征在于，所述计算出所述筛选出的光伏电池的反偏电流，包括：

I_reverse＝I_w-I_ph

其中，I_reverse为反偏电流，I_w为光伏电池的工作电流，I_ph为光伏电池的光生电流。

5.根据权利要求4所述的一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法，其特征在于，所述计算出所述筛选出的光伏电池的反偏电压，包括：

其中，V_reverse为反偏电压，a和m为Bishop反偏置方程中的两个曲线拟合参数，R_s和R_sh分别为光伏电池的串联电阻和分流电阻，V_br是光伏电池的击穿电压。

6.根据权利要求1所述的一种计算失配条件下双面光伏组件电流的方法，其特征在于，所述计算光伏电池串的总电压，包括：

光伏电池串中所有光伏电池的电压之和即为光伏电池串的总电压；

对于正常工作的光伏电池，其电压为光伏电池串的工作电流乘以电阻得到；对于电流比工作电流低的光伏电池，其电压为反偏电压。

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