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摘要：

中國西北地區(qū)因其地域開闊、太陽能資源豐富的特點，成為了大型并網(wǎng)光伏電站良好的應(yīng)用地區(qū)，然而在如此開闊的西北地區(qū)建設(shè)光伏電站，光伏組件和陣列仍然會受到陰影遮擋的影響。本文首先在實驗室標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，對帶旁路二極管光伏組件在受到不同程度局部遮擋時的輸出特性模型進(jìn)行了驗證。

根據(jù)中國西北地區(qū)某大型并網(wǎng)光伏電站的現(xiàn)場考察結(jié)果，總結(jié)了西北地區(qū)大型并網(wǎng)光伏電站的常見遮擋類型主要包括：配電房和電線桿遮擋，植物和鳥糞遮擋，以及組件的前后排遮擋。通過在光伏電站現(xiàn)場就不同的遮擋類型進(jìn)行的組件輸出特性測試，說明了遮擋對組件輸出的影響非常明顯。實地考察遮擋效應(yīng)對西北地區(qū)大型并網(wǎng)光伏電站組件輸出特性的影響，為大型光伏電站的運行和維護(hù)方案制定提供了實際依據(jù)。

1. 引言

大型光伏電站一般需要設(shè)置在地域開闊、太陽能資源充足的地帶。中國西北地區(qū)廣泛分布著戈壁、沙漠和灘涂，非常適合于大面積鋪設(shè)光伏組件和陣列；另外，西北大部分地區(qū)年平均太陽總輻射量為5400-6700 MJ/m2以上，相當(dāng)于1500-1861 kWh/m2，與廣東沿海地區(qū)的年平均太陽總輻射量1167-1500 kWh/m2相比，太陽能資源較豐富。

因此，西北地區(qū)就成為了中國大型光伏電站較為理想的安裝地點。除了考慮安裝地點的地形和太陽能資源外，光伏電站在實際安裝和運行過程中會碰到許多復(fù)雜的環(huán)境因素，其中不同遮擋物的遮擋對光伏組件和電站性能的影響，引起了業(yè)界和學(xué)術(shù)界廣泛的關(guān)注與研究。

光伏組件在長期的戶外使用過程中難免會落上樹葉、鳥糞等遮擋物；另一方面，由于初步設(shè)計中存在失誤或設(shè)計與電站現(xiàn)場實際地形地貌情況不一致等原因，在實際的光伏電站中，尤其是大型光伏電站，會出現(xiàn)周邊建筑或電線桿對光伏組件造成遮擋，以及光伏陣列前后排之間造成遮擋等情況。

組件受光面受到局部遮擋，被部分或全遮擋的太陽電池因光生電流減少而相當(dāng)于反向二極管（reverse diode）成為了同一串列中其他正常工作太陽電池的負(fù)載（load），它將被施以較高的反偏壓（reverse bias）并以發(fā)熱的形式消耗部分功率，成為了所謂的“熱斑”（hot spot）。熱斑效應(yīng)不但使太陽電池性能失配和輸出性能下降，還會導(dǎo)致太陽電池甚至是組件的封裝材料損壞，縮短組件使用壽命。

為了消除熱斑效應(yīng)，目前常用方法是在組件中加入旁路二極管。以晶體硅太陽電池組件為例，讓多片串聯(lián)的太陽電池反向并聯(lián)一個或多個旁路二極管，當(dāng)電池片串列中的電池由于部分或全遮擋等因素出現(xiàn)性能失配時，電池串兩端承受的反偏壓，對于旁路二極管而言則為正偏壓并使之導(dǎo)通，過量的電流被旁路，且降低了太陽電池串列兩端的反偏壓，保護(hù)了與其并聯(lián)的整個太陽電池串。

這種方法簡單且可靠地避免了由于遮擋形成的熱斑效應(yīng)以及熱斑效應(yīng)對太陽電池和組件的損壞，但還是不可避免地影響了受遮擋組件輸出特性。因此，建立帶旁路二極管組件在遮擋情況下輸出特性的數(shù)學(xué)模型，有助于更好地了解陰影遮擋對組件輸出的影響。

在本文中，建立了晶體硅太陽電池組件的遮擋模型，并于實驗室中采用標(biāo)準(zhǔn)測試條件，通過檢測晶體硅組件在在不同程度遮擋條件下的輸出特性對模型進(jìn)行了驗證。根據(jù)中國西北地區(qū)某大型并網(wǎng)光伏電站的現(xiàn)場考察結(jié)果，總結(jié)了西北地區(qū)大型并網(wǎng)光伏電站的常見遮擋類型，并對不同遮擋類型的組件輸出特性進(jìn)行了實地現(xiàn)場測試，并加以了詳細(xì)的分析。
1. Introduction


2. 遮擋模型建立及驗證

2.1 基于遮擋現(xiàn)象的組件輸出數(shù)學(xué)模型

為分析被遮擋后光伏組件的輸出特性，假設(shè)組件只有兩片晶體硅太陽電池，每片電池均與一個旁路二極管并聯(lián)，如圖1所示。
其中，為光生電流；為反向飽和電流；為太陽電池串聯(lián)內(nèi)阻；為二極管影響因子；為電子電荷常熟，為；為溫度；為波爾茲曼常數(shù)，為。
旁路二極管的電流為
根據(jù)旁路二極管導(dǎo)通與阻斷兩個階段對電路的影響，從理論上推測在串聯(lián)了N個太陽電池的組件支路中并聯(lián)了K組旁路二極管，當(dāng)各支路上任何一片電池受到不同面積的陰影遮擋或不同強度的入射光強照射時，組件的I-V曲線將出現(xiàn)K個“臺階”，P-V曲線出現(xiàn)K個峰。