局部陰影遮擋條件下光伏組件輸出特性的研究報告

1、-. z.局部陰影遮擋條件下局部陰影遮擋條件下光伏組件輸出特性的探究-. z.摘要：通過對光伏組件不同位置進展遮擋的實驗，得到不同陰影條件下的I-V曲線，并對所得數(shù)據(jù)進展比照分析，探究陰影位置對輸出功率的影響。結(jié)果說明，陰影遮擋對光伏組件的影響與被遮擋的串聯(lián)支路的個數(shù)有關(guān)，當遮擋一個串聯(lián)支路時，功率損耗為35.5%；遮擋兩個串聯(lián)支路時，功率損耗為70.1%；遮擋三個串聯(lián)支路時，功率損耗為97.3%。關(guān)鍵詞：光伏電池、局部陰影、I-V曲線、串聯(lián)單位、旁路二極管The e*periment on the productivity of PV Cells With Partial ShadingAB

2、STRACT：we get certain I-V curves under different shading conditions through the e*periment of covering different positions of the solar cells,then we analyze the data to e*plore the impact the shadow causes.The result shows that shading effects on the PV modules relate to the number of the branches

3、which are covered by the shadows.when one branch of the solar cells is covered,the power lost will be 35.5%,and if two or three are covered,the lost will be 70.1% and 97.3%.KEY WORDS：Photovoltaic cells;Partial occlusion;characteristic curve of VI;Bypass diode-. z.目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc2820

4、4 1. 引言 PAGEREF _Toc28204 1 HYPERLINK l _Toc20710 1.1問題提出 PAGEREF _Toc20710 1 HYPERLINK l _Toc8470 1. 2光伏電池的發(fā)電原理 PAGEREF _Toc8470 1 HYPERLINK l _Toc5533 1.3光伏電池的等效電路模型 PAGEREF _Toc5533 3 HYPERLINK l _Toc24115 1.4局部陰影遮擋下光伏組件輸出特性的研究 PAGEREF _Toc24115 5 HYPERLINK l _Toc20893 2.實驗方法 PAGEREF _Toc20893 5

5、HYPERLINK l _Toc4302 2.1多晶硅太陽能電池組件各參數(shù)PAGEREF _Toc4302 6 HYPERLINK l _Toc17442 2.2其它設(shè)備： PAGEREF _Toc17442 6 HYPERLINK l _Toc24543 2.3光伏組件構(gòu)造： PAGEREF _Toc24543 6 HYPERLINK l _Toc4651 3.實驗結(jié)果與分析 PAGEREF _Toc4651 8 HYPERLINK l _Toc13999 3.1對光伏組件同一串聯(lián)支路內(nèi)的電池片進展遮擋研究 PAGEREF _Toc13999 8 HYPERLINK l _Toc29463

6、3.2對光伏組件的多個串聯(lián)支路進展遮擋研究 PAGEREF _Toc29463 10 HYPERLINK l _Toc14159 4. 評價與解釋 PAGEREF _Toc14159 14 HYPERLINK l _Toc15314 5. 結(jié)論 PAGEREF _Toc15314 15 HYPERLINK l _Toc8517 6.參考文獻： PAGEREF _Toc8517 16-. z.引言1.1問題提出光伏發(fā)電的能量來源是取之不盡，用之不竭的太陽光，利用太陽光的波粒二象性在半導體中產(chǎn)生電子遷移而發(fā)電，在太陽能光伏發(fā)電的過程中，不會產(chǎn)生任何污染物，不破壞生態(tài)環(huán)境，是一種清潔平安的能源，具有

7、很大的開展前景。目前，太陽能的利用和光伏電池的特性研究是2l世紀的熱門課題，許多興旺國家正投入大量人力物力對太陽能接收器進展研究。光伏電池作為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的根本發(fā)電單元，極易受到樹葉，灰塵等各種遮擋物的影響，而使電池特性變壞，能量輸出能力降低，甚至形成熱斑，損壞電池。因此研究光伏電池板在陰影作用下的輸出特性，盡可能地提高電池板的輸出效率并減小遮擋物對電池板造成的損耗，對提高光伏系統(tǒng)效率具有重要意義。就目前而言，人們做的探究一是仿真建模，二是實驗室條件下做實驗。以往大家的實驗都是做關(guān)于陰影面積的大小對光伏組件輸出特性的影響而忽略了陰影位置的影響。于是本文就針對不同位置的陰影對輸出特性的影響

8、進展了探究。2光伏電池的發(fā)電原理如果在純潔的硅晶體中摻入少量的5價雜質(zhì)磷或砷、銻等，由于磷原子具有5個價電子，所以1個磷原子同相鄰的4個硅原子結(jié)成共價鍵時，還多余1個價電子，這個價電子很容易掙脫磷原子的吸引而變成自由電子。所以一個摻入5價雜質(zhì)的4價半導體就成了電子導電類型的半導體，也稱為n型半導體。在n型半導體中，除了由于摻入雜質(zhì)而產(chǎn)生大量的自由電子以外還有由于熱激發(fā)而產(chǎn)生的少量電子-空穴對。同理，摻入3價雜質(zhì)的4價半導體稱為p型半導體。假設(shè)將p型半導體和n型半導體兩者嚴密結(jié)合，聯(lián)成一體時，在靠近交界面附近的區(qū)域內(nèi)，空穴要由濃度大的p區(qū)向濃度小的n區(qū)擴散，并與那里的電子復合、從而使n區(qū)出現(xiàn)一批

9、帶正電荷的摻入雜質(zhì)的離子。同時，p區(qū)內(nèi)出現(xiàn)一批帶負電荷的摻入雜質(zhì)的離子。擴散的結(jié)果是在交界面的兩邊形成一邊帶正電荷而另一邊帶負電荷的一層很薄的區(qū)域，稱為空間電荷區(qū)，即p-n結(jié)。在p-n結(jié)內(nèi)由于兩邊分別積攢了負電荷和正電荷，會產(chǎn)生一個由n區(qū)指向p區(qū)的電場，稱為內(nèi)建電場或勢壘電場。n區(qū)p區(qū)n區(qū)p區(qū)在光照下，當光子能量大于半導體材料的禁帶寬度時，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中使價電子激發(fā)出來，以致產(chǎn)生電子空穴對。并且，在內(nèi)建電場作用下空穴由N極區(qū)往P極區(qū)移動，電子由P極區(qū)向N極區(qū)移動，從而在p-n結(jié)兩側(cè)形成了正負電荷的積累，形成與內(nèi)建電場相反的光生電場。這個電場除了局部抵消內(nèi)建電場以外，還

10、使p型區(qū)帶正電，n型區(qū)帶負電，因此產(chǎn)生了光生電動勢。如果在該光伏電池上接上負載，則被結(jié)分開的過剩載流子中就有一局部把能量消耗于降低p-n結(jié)的勢壘，即用于建立工作電壓Vm，而剩余局部的光生載流子則用來產(chǎn)生光生電流Im。1.3光伏電池的等效電路模型當光照恒定時，由于光生電流不隨光伏電池的工作狀態(tài)而變化因此在等效電路中可以看作是一個恒流源。光伏電池的兩端接入負載R后，光生電流流過負載，從而在負載的兩端建立起端電壓V。負載端電壓反作用于光伏電池的PN結(jié)上，產(chǎn)生一股與光生電流方向相反的電流。此外，由于太陽能光伏電池板前后外表的電極以及材料本身所帶有的電阻率，當工作電流流過板子時必然會引起電池板內(nèi)部的串聯(lián)

11、損耗，故引入串聯(lián)電阻。串聯(lián)電阻越大，線路損失越大，光伏電池輸出效率越低。在實際的太陽能光伏電池中，一般串聯(lián)電阻都比擬小。大都在之間。另外，由于制造工藝的因素，光伏電池的邊緣和金屬電極在制作時可能會產(chǎn)生微小的裂痕、劃痕，從而會形成漏電而導致本來要流過負載的光生電流短路掉，因此引入一個并聯(lián)電阻來等效。相對于串聯(lián)電阻來說，并聯(lián)電阻比擬大，一般在1K歐以上，有時可忽略對電路的影響。太陽能光伏電池的等效電路如圖1所示。由太陽能光伏電池等效電路可得出：其中I流過負載的電流；一與日照強度成正比例的光生電流； 一流過二極管的電流；廣太陽能光伏電池的漏電極。而上式中，反向飽和電流(一般而言，其數(shù)量級為;q電子電

12、荷(16*C)；K玻耳茲曼常數(shù)(138*)；T一絕對溫度(T=t+273K)；nPN結(jié)理想因子；光伏電池并聯(lián)電阻；光伏電池串聯(lián)電阻。此外:綜上所述：1.4局部陰影遮擋下光伏組件輸出特性的研究目前世界各地有不少人對陰影遮擋下光伏組件的輸出特性進展過探究。其中大致分幾個方面：遮擋率對輸出特性的影響陰影電池的個數(shù)對輸出特性的影響功率損耗隨遮光比例的變化關(guān)系2.實驗方法2.1多晶硅太陽能電池組件各參數(shù)最大功率：235W開路電壓：37.60V短路電流：8.32A最大功率點電壓：29.8V最大功率點電流：7.89A2.2其它設(shè)備：HT IV 400測試儀，輻照計，導線，溫度感應器，黑色遮光板2.3光伏組件

13、構(gòu)造：多晶硅太陽電池組件由60片156mm156mm電池串聯(lián)而成，接線盒設(shè)有3個旁通二極管，分別由20個電池片串聯(lián)組成一個串聯(lián)支路，組件構(gòu)造如下列圖所示：3.實驗結(jié)果與分析表1 對光伏組件的每一列分別遮擋3.1對光伏組件同一串聯(lián)支路內(nèi)的電池片進展遮擋研究表1 對光伏組件的每一列分別遮擋實驗編號遮擋第n列溫度/輻照度/W/Voc/VIsc/APma*/WPma*損耗率28無遮擋47.30700.0032.246.08140.76/29147.90700.0030.946.2290.3135.84%30248.20707.0030.806.3090.1835.93%31348.80709.0030

14、.806.3190.7735.51%32448.90713.0030.676.3290.3835.79%34548.80725.0030.606.5392.7034.14%35649.70721.0030.676.5892.2234.48%圖1 對光伏組件的每一列進展遮擋所得I-V曲線圖1 對光伏組件的每一列進展遮擋所得I-V曲線對上述圖表的輸出功率及被遮擋時受到的影響率進展分析發(fā)現(xiàn)：遮擋不同列時得到的I-V曲線根本重合，最大輸出功率的損耗率也幾乎相等，且平均值為35.5%，由此可得：當遮擋面積一樣時，無論陰影遮擋位于哪一列上，其所產(chǎn)生的影響是一樣的。即陰影局部的位置與輸出功率受到的影響啊無關(guān)

15、。編號遮擋數(shù)目溫度/溫度/Voc/VIsc/APma*/WPma*損耗率57056.70632.0031.095.58123.25/581個57.00634.0030.945.7580.1135.00%602個57.00632.0030.835.7279.7835.27%613個57.00627.0030.676.6878.9435.95%表2 對光伏組件同一列內(nèi)進展不同數(shù)目的電池片的遮擋表2 對光伏組件同一列內(nèi)進展不同數(shù)目的電池片的遮擋對表2進展分析得出：即使被遮擋的電池片數(shù)目不同，即陰影遮擋的面積不同時，對最大輸出功率產(chǎn)生的影響是一樣的，且損耗率的平均值為35.40%。由此可得：陰影局部面

16、積大小也與遮擋下光伏電池輸出受到的影響無關(guān)。3.2對光伏組件的多個串聯(lián)支路進展遮擋研究表3 對光伏組件的每一行分別進展遮擋表3 對光伏組件的每一行分別進展遮擋實驗編號遮擋第n行溫度/輻照度/w/Voc/VIsc/APma*/WPma*損耗率37059.50665.0031.045.87128.67/47160.00657.0030.230.224.7596.31%46260.30656.0030.160.183.7397.10%45360.70657.0030.160.162.7097.90%44459.90659.0030.110.173.3897.37%43559.70665.0030.1

17、70.163.3897.37%42659.50662.0030.210.173.5697.23%41759.70667.0030.230.153.3897.37%40859.80667.0030.190.162.9697.70%39959.90670.0030.230.163.1397.57%381059.80669.0030.300.235.1995.97%圖2圖2 對光伏組件的每一行分別進展遮擋所得I-V曲線對光伏組件的一整行進展遮擋時，對最大輸出功率造成的損耗到達90%以上，且短路電流已降到幾乎為零。遮擋一整列時，有10個電池片處于陰影下，而遮擋一整行時，僅有六塊電池片受到陰影遮擋，然而

18、遮擋一整行時對光伏組件的影響卻遠大于前者。又由于遮擋一列時所涉及到的串聯(lián)之路僅有一個，而遮擋一整列時涉及到了全部的3個串聯(lián)支路，由此可得：陰影遮擋對光伏組件輸出的影響與其所處的串聯(lián)支路個數(shù)有關(guān)。表4 對光伏組件的兩列進展遮擋表4 對光伏組件的兩列進展遮擋實驗編號遮擋第n列溫度/輻照度/w/Voc/VIsc/APma*/WPma*損耗率37059.50665.0031.045.87128.67/501,260.40652.0028.395.9481.8136.42%512,360.20652.0028.304.9037.3870.95%523,4,60.30648.0028.305.8582.3

19、436.01%534,558.80648.0028.395.0038.3170.23%545,656.70648.0028.615.9782.7735.67%圖3 對光伏組件的兩列進展遮擋所得的I-V曲線圖3 對光伏組件的兩列進展遮擋所得的I-V曲線圖表5 在光伏組件最上端的不同位置遮擋兩個電池片實驗編號為50,52,54組為被遮擋位置處于同一串聯(lián)支路內(nèi)時所得的數(shù)據(jù)，由圖3可得，此時三組實驗的輸出功率是一樣的,且平均最大功率的損耗率為36.03%。而實驗編號為52,53組為遮擋位置位于兩個串聯(lián)支路內(nèi)時所得的數(shù)據(jù)，同樣，這兩組實驗的輸出功率也是一樣的，且平均最大輸出功率的損耗率為70.59%。表

20、5 在光伏組件最上端的不同位置遮擋兩個電池片編號遮擋電池片編號溫度/輻照度/w/Voc/VIsc/APma*/WPma*損耗率64058.40593.0030.845.23114.97/651，2058.60590.0030.665.3173.8335.78%6620，2158.70588.0030.644.7134.3470.13%6721，4058.70586.0030.665.1873.8435.77%6840，4158.40585.0030.664.7634.9669.59%6941，6058.20586.0030.675.3474.6735.05%表6 在光伏組件中間的不同位置對兩塊

21、電池片進展遮擋表6 在光伏組件中間的不同位置對兩塊電池片進展遮擋編號遮擋電池片編號溫度/輻照度/w/Voc/VIsc/APma*/WPma*損耗率70058.30585.0030.895.20114.09/805,1658.50557.0030.594.7870.5338.18%7916,2558.0561.0030.644.3732.7471.30%6725,3658.70586.0030.665.1873.8435.27%7736,4558.80566.0030.604.5634.0070.20%7645,5659.00569.0030.624.8972.3936.55%表7 在光伏組件的

22、最下端不同位置對兩個電池片進展遮擋表7 在光伏組件的最下端不同位置對兩個電池片進展遮擋編號遮擋電池片編號溫度/輻照度/w/Voc/VIsc/APma*/WPma*損耗率70058.30585.0030.895.20114.09/7110,1158.40588.0030.675.2773.6035.497211,30,58.60584.0030.674.6734.0870.137330,31,58.80580.0030.645.2273.4935.596831,5058.40585.0030.664.7634.9669.367550,5159.00578.0030.675.2273.2535.7

23、9編號65,67,69和80,67,76及71,73,75試驗遮擋的兩個電池片均位于同一串聯(lián)支路內(nèi)，且通過對這六組數(shù)據(jù)的分析可得最大功率的平均損耗率為35.94%。編號66和68,79和77,72和68實驗遮擋的兩塊電池片都位于兩條串聯(lián)支路，且最大功率的平均損耗率為70.12%。由上述四組實驗更進一步地說明了，當陰影遮擋涉及到的串聯(lián)支路個數(shù)一樣時，其產(chǎn)生的影響是一樣的。且涉及到的串聯(lián)支路個數(shù)越多產(chǎn)生的影響越大。評價與解釋當光伏組件內(nèi)的一個或多個電池片受到陰影遮擋而無法正常工作成為負載后，由于旁路二極管的作用，一整條串聯(lián)支路都會被旁路掉而無法正常發(fā)電。因此，無論該支路中被遮擋的電池片有幾個或位于何處，當一整