你是否遇到遮蔽问题吗？了解太阳光电系统中的遮蔽效应

你是否遇到遮蔽问题吗？了解太阳光电系统中的遮蔽效应 你是否遇到遮蔽问题吗?了解太阳光电系统中的遮蔽效应,绿色科技, Michele Sclocchi 约2184字 将太阳能透过由太阳能面板组成的太阳光电数组转换成一般电力能源是目前市场中最具发展潜力的再生能源技术。太阳光电是成熟、强大且可靠的技术。由于政府透过补贴以及税率优惠等措施的奖励性大力推动太阳能应用，再加上传统电力价格势必将会逐渐提高的预期心理，使得太阳光电系统成为一项引人注目的投资项目。由于投资报酬是以年度所产出的电量为保证单位，因此能源转换效率最大化、高稳定度以及妥善维护的太阳光电系统便显得非常重要。本文将分析在电力制造的过程中，太阳能面板因局部遮蔽效应或是其他不匹配时，所出现的平均电力损耗情况。 面板的局部遮蔽效应对电力转换效率的实际影响，很难用简单的计算公式来预估，主要的原因在于有许多其他因素会产生交互影响作用，例如内部模块电池的交互连接方式、模块方位、太阳光电模块数组的串、并联，及转换器的组态设定等。 太阳光电电池模型及太阳光电模块 为了解遮蔽效应对太阳光电数组所造成的影响，我们必须先重新检视太阳能光电电池的简单电力特性。简单来说，将一个电流产生器与一个二极管并联就可以组成一个太阳能光电电池的模型(如图1所示)。其中光电电流与太阳辐射以及环境温度为函数的关系。图1中的串联电阻(Rs)及并联电阻分别代表了光电电池的电压损耗及电流流失:而二极管D则呈现出光电电池的非线性状态。 [图片] 图2所示为一个太阳能光电电池的典型电压,电流(V-1)及电压,电力(V-P)的特性。对于一个结晶硅太阳能电池而言，开放式电路电压(Voc)约为0.5V，而这与太阳能辐射是相对独立的。电池所产出的电流大小是由辐射、环境温度、电池表面面积及操作电压等因素来决定的。 [图片] 最大功率点(MDP)是太阳能电池的电流以及电压能产出最大电力的一点，在功率产出曲线上的最大功率点，电压约为开放电路电压的80,。 太阳光电模块顾名思义是由一系列连接在一起的太阳光电电池所组成，称为串行。每一个串行都采用一个旁路二极管来保护，以避免当一个或是多个太阳光电电池被遮蔽或是有缺陷时，因为过热而受损。这些串行以串联或是并联的方式连接起来，使面板可以获得较高的电压或是电流，以便产生最大的电力效能。 一个太阳能光电数组意谓着将一系列连接太阳光电模块的串行经由并联的方式所组成的架构。一个串行的最高电压一定要比转换器的最高输入电压的额定功率还要低。 最理想的太阳光电数组是由相同电力特性的模块所组成，这些模块以相同的接面温度来操作，除此之外，这些模块也通常被同类型辐射沿着数组照射。在这种理想的同质状况下，太阳光电数组的电压与电力(V-P)电性曲线与前文讨论的单一电池模块的电性曲线就会很类似，显示单一峰值可以放大到更高的电压以及更高的电力水平。 不匹配效应:局部遮蔽 不匹配损耗是由于相互连接的模块之间并没有完全相同的属性，或是两个模块之间具有不同的作业条件。在太阳光电数组中，不匹配损耗是很严重的问题，因为在效能最糟的情况下，整体太阳光电数组的输出会使得太阳光电模块只能产出最低的电力输出。这会容易导致局部电力流失并且产生局部热点。在太阳光电电池串行以及模块之间并联的旁路二极管可以减轻不匹配效应，及避免局部热点的破坏性效应。 对于太阳光电数组而言，比对其中一块模块被遮蔽的区域与另一块模块，这就是不匹配的主要成因。我们可以藉由在安装太阳光电数组前针对太阳光电场域进行精准的研究来避免 模块的局部遮蔽效应。具有3D仿真功能的遮蔽分析软件可以依各种遮蔽形式有效地分析数组遮蔽。然而，某些小型对象如烟囱、天线、树木及电缆线则可能大大减少了太阳光电数组在屋顶安装的可用面积。另外，有一些不可预期的遮蔽尚包括了灰尘堆积、落叶及鸟类排泄物等等。 任何可以在太阳光电数组上产生局部遮蔽的对象都可能大大降低电力的输出。 这些太阳光电数组中的非同质作业条件会导致一个电压与电力(V-P)的电性曲线产生多个高峰。 图3所示为两个模块串行的局部遮蔽效应，并强调了旁路二极管的重要性: [图片] 在高输出电流时，M2的旁路二极管是开启的状态，而电流也流通过二极管;M1可以输出所有的电力而M2是在关闭状态，M2的电力已流失(高峰1)。在一个有并联串行的中央变频器，因串联不同数量的主动模块而造成最大功率点时电压差异时，前述的情况会导致额外的不匹配发生。 在低输出电流时，M1及M2都会开启，M2可以输出所有的电力，而M1只能输出一部份的有效的电流，此时M1有部份电力损耗(高峰2)。 太阳能光电数组的多重最大功率点可能会导致集中式最大功率追踪(MPPT)架构产生额外的损耗，就如同最大功率点追踪器会很混淆，并会停在局部最高点上及停在电压与电力(V-P)特性的次高点上。 不同的个案研究及实地测试证实了局部遮蔽效应对于太阳光电系统的能源转换率有严重影响。图四所示为一个数组的局部遮蔽实地测试结果，当只有很少比例被遮蔽时，电力流失的情况却是呈倍数的状态，达到4,6倍之多。 [图片] 遮蔽效应可以藉由将模块安排成适当的串行结构，避免遮蔽集中在同一地方而减轻，或是在面板或串行层使用分布式的最大功率点追踪器控制，也可以减轻遮蔽效应所产生的影响。