安全分析局部阴影下的太阳能模块

文摘

热点通常发生在一个模块时,太阳能电池质量不匹配和旁路二极管被证明是一种有效的替代减少热点的影响。然而,这些原则选择一个二极管基于旁路二极管的参数和光伏电池不考虑最大加热功率的阴影细胞,这可能会导致严重的后果。在此基础上,本文提出了一种新的方法来研究部分阴影细胞在不同数量的光伏电池和不同的材质情况,包括非均匀照明太阳能电池和不完整的阴影中一个细胞,也创新结合细胞或一个影响细胞分为许多小的单个细胞,然后结合相同的,并分析了阴影细胞。结果表明,最大功耗的阴影细胞发生在短路条件。随着太阳能电池的数量增加,阴影细胞转移从发电到消失的力量和有一个最大的功率耗散在不同材质的情况下,可能会导致严重的热点。加起来从太阳能热转换,发热量可以更高。在这种情况下,提出了一些关于旁路二极管的改进减少热点。

1。介绍

越来越多的环境问题和传统化石燃料的短缺,太阳能作为清洁和可再生能源已经吸引了越来越多的关注。光伏发电的优点简单和方便可以直接将太阳能转化为电能。伴随着技术的进步,比如提高太阳能电池的转换效率,降低设备的成本,光伏发电是更广泛的使用,已经开发了许多不同的形式,包括短时间或utility-interactive光伏系统和独立光伏系统。但有些不良问题发生相应的热点和孤岛效应等的影响。

热点发生如果太阳能电池不匹配的特点是阴影或错误,降低了短路的阴影细胞。一旦模块或系统的操作电流超过了短电流受影响的细胞,细胞是被迫反向偏压,开始消费所产生的力量没有阴影的细胞,导致过热(1]。当阴影细胞的温度上升高度足够,密封剂,和伊娃一样,将融化,后板,像TPT,甚至会被分解,导致火(2]。一般来说,旁路二极管采用抑制阴影细胞破裂,减少热点的形成。旁路二极管的和必要的参数和细胞的数量在一个字符串保护二极管是由正常细胞的参数(3]。典型的群体大小大约是12 - 24细胞/旁路二极管。然而,这些原则忽视是否阴影细胞的最大加热功率能满足要求。也表明,旁路二极管是有效的防止热点总之PV字符串长度但不能满足要求在典型面板字符串长度(4]。

赫曼等人提出了一种改进方法当前热点测试由于短缺的两个热点测试和介绍了最坏情况下阴影单元的功耗,但没有考虑辐射的很大的影响(5]。西尔维斯特等人模拟太阳能电池和光伏模块与旁路二极管工作在局部阴影条件与实际测量数据和验证。方法在评估细胞的数量受旁路二极管保护提出了根据相关的电压不考虑耗散功率阴影细胞(6]。Quaschning Hanitsch和河村建夫et al .,分别进行了仿真研究光伏系统的电流和电压在部分阴影7,8]。Bende等人进行了模拟研究的部分阴影细胞通过改变细胞的击穿电压和分流电阻,分析了这些参数对最大功耗的影响(9]。多数时候等人研究了反向击穿的影响太阳能电池的热点,模拟阴影细胞的温度的分布,并与实验数据验证(10- - - - - -12]。Alsayid等人分析了部分阴影对光伏系统的影响,但结果只包含非均匀照明和被忽视的不完整的阴影13- - - - - -15]。

考虑到先前的研究和旁路二极管的选择原则的缺陷,提出了一种新的方法来研究太阳能模块和非均匀光照的影响,不完整的太阳能电池研究,阴影。一定电路的最大功耗阴影细胞发生在短路条件。功耗的阴影细胞在不同的遮光度分析以发现最糟糕的工作条件。因此,太阳能电池的数量在一个字符串应该考虑最坏的情况下。

2。的数学模型

阴影细胞的情况下可以简单地分为非均匀照明和不完整的阴影。

非均匀照明意味着入射辐射在太阳能电池在相同的字符串是不均匀的。与此同时,辐射的阴影细胞小于无遮蔽的细胞,但不下降为零,如图1(一)。如果一个细胞的一部分是完全阴影(换句话说的辐射阴影部分为零),其余部分仍能吸收辐射无遮蔽的细胞,这将是不完整的阴影,如图1 (b)。

一旦细胞着色,其参数也改变,包括灯电流,串联电阻并联电阻除了输出电流和电压之间的不匹配导致正常细胞和异常细胞16- - - - - -20.]。

2.1。太阳能电池的等效电路的参数

商用太阳能电池和旁路二极管是随机选择的,和相应的参数的太阳能电池在参考条件,包括,,,,计算基于[21),电流和电压的特点,一个细胞是由制造商提供。结果如表所示1。在某些情况下,太阳能电池具有相同特征可以作为一个细胞结合与其他参数和电路可以简化(22,23]。

光伏电池的一般方程可以表示如下:

和等效电路如图所示2。

为细胞具有相同参数系列(22,23),

光伏电池在黑暗的方程可以表示为(积极的和消极的电流方向)相关(24]

旁路二极管的电流和电压方程表示如下:

2.2。在非均匀照明光伏模块的等效电路

尽管入射辐射在太阳能电池是不均匀的,每个单元的等效电路的基本结构保持不变,除了电路的参数。通过求解参数的太阳能电池在不同辐射温度和/或基于[16- - - - - -18),结合相同的,阴影细胞和无遮蔽的等效细胞的参数可以计算。最后的等效电路可以展示于图3。

2.3。等效电路的光伏模块不完整的阴影

不完全的阴影细胞可以分为两个部分:阴影部分和无遮蔽的部分。因为每个PV细胞可以被视为许多小型并行单个细胞,每一个不完全的阴影细胞可分为100个小细胞或更多。假设有()小细胞完全阴影和剩下的()小细胞接收正常的辐射。建议在[22,23),每一个细胞的参数是否阴影能够解决。通过合并相同的细胞和无遮蔽的计算参数和阴影相当于细胞的部分2。2,等效电路如图所示4。

2.4。仿真解决方案

基于基尔霍夫电压和电流定律,结合每个分支电路的电流和电压方程,这些方程收益率的同时解决方案- - - - - -曲线和- - - - - -在不同的辐射和阴影度曲线的电路。此外,输出功率或耗散的阴影细胞,阴影部分,和无遮蔽的部分也可以计算,等于电流和电压的乘积。表的方程表示2。

3所示。数值模拟和结果分析

情况下不均匀照明和不完整的材质都是调查,分别。为了简化模拟细胞的温度设置为25°C和正常的辐射是1000 W / m²。每个单元格字符串包含12个太阳能电池并联旁路二极管的保护。

3.1。输出功率或耗散的阴影细胞

获得之间的关系的权力阴影细胞和电路的工作电流,光伏模块与36细胞系列安排三个字符串并联旁路二极管被选中,如图1(一)和1 (b)。阴影的入射辐射单元500 W / m²不均匀光照和阴影部分的百分比不完整的阴影是50%。

结果表明,最大功耗的阴影细胞发生在短路条件下,当工作电流达到最大值在某种阴影程度和固定辐射,如图5(一个)和5 (b)。结果与[1),证明了最大力量是任何光芒消散在短路电流条件下水平。旁路二极管可以进行电流的一部分,减少热点在阴影细胞的影响我们期望。然而,电流通过旁路二极管反向偏置电压成正比的单元并行字符串,相反需要阴影细胞进行更多的电流增加反向偏压的阴影细胞。当工作电流达到最大值时,电流通过阴影细胞和二极管也上升到最大,从而导致细胞的最大功耗阴影。它也表明,阴影部分的功耗远小于后者的无遮蔽的部分可以进行更多的电流。

3.2。细胞的数量对阴影的影响细胞翻译在MPPT

一般来说,光伏模块或系统运行在最大功率点达到最大输出功率。的影响在阴影细胞细胞的数量,因此,研究在最大功率点,如图6(一)和6 (b)。阴影的辐射单元800 W / m²为不完整的材质不均匀光照和阴影的比率是20%。其余条件保持相同的部分3.1。

光伏电池的数量的变化在一定情况下,电流的反向偏压的着色点细胞旁路二极管的正向偏压点保持不变的短当前模块的这些只是与光伏电池有关。但是,- - - - - -曲线和- - - - - -PV曲线模块改变了。如果太阳能电池的数量少,输出功率小,阴影细胞到模块的比例比较大。最大功率点主要是由阴影细胞,将发电。光伏电池的数量增加,正常细胞可以产生更多的权力和阴影细胞到模块的比例相对降低。最后最大功率点主要是由无遮蔽的细胞和阴影细胞开始反向偏压消费权力由正常细胞生成。它验证阴影细胞转移从发电到消耗功率的增加太阳能电池的数量。此外,功耗可以非常大,这将损害阴影细胞工作在最大功率点了很长一段时间。

3.3。最坏的情况下的功耗阴影细胞

功耗的阴影细胞在不同材质详细度一直得到广泛的研究找到最坏的情况下在短路条件下的最大功耗阴影细胞发生。模拟条件保持不变的部分3.1结果在图7(一)和7 (b)。结果表明,功耗达到最大辐射825 W / m²和当前在阴影细胞是5.19一个,几乎接近最大功率点电流无遮蔽的细胞在1000 W / m²。这意味着阴影细胞可以消散产生的最大功率剩余细胞相同的字符串,同时确认的最大功耗约等于组中的所有细胞的生成能力23]。它还表明,阴影单元的功耗已超过30 W在一个大范围的辐射可能导致热点。

当完整的遮阳率高和/或辐射低,反向偏置电流的阴影细胞低高分流电阻使功耗低。然而,短的阴影细胞电流增加近比例的减少阴影和/或入射辐射的增加比例。此外,反向偏置电流显著增加的功耗阴影细胞增加。相反,当完整的遮阳率低和/或辐射高,短电流大,阴影细胞很容易达到必要的反向电流;与此同时,电压很小,导致较低的功耗。与阴影细胞比率的增加或减少的入射辐射,短电流阴影细胞能显著降低但电压增加的功耗增加。最后,有一个最大功耗,可属性太阳能电池的非线性电流和电压之间的关系。

3.4。的最大加热功率

最坏的情况下功耗不是最大加热功率的情况。事实上,光伏电池还可以将一些吸收辐射转换成热量。温度的急剧增加阴影细胞应该属性的综合效应两个部分,从辐射耗散功率和热转换。因此,我们应该把这两部分加起来发现最糟糕的情况下,结果在图所示8(一个)和8 (b)。在这项研究中,光伏电池的吸光度是0.9;因此,假定90%的太阳能转换为热能。结果表明,最大加热功率已经达到40 W和生成的耗散功率无遮蔽的细胞占据了比这更部分由吸收太阳能。

不可逆转的损害可能发生,特别是在不完整的阴影的场景,阴影部分的发热量是显著高于无遮蔽的部分。因此,我们必须采取最大加热功率和并行考虑每个旁路二极管的细胞数量,以确保是否可以接受。如果不是,需要减少并行细胞/旁路二极管或选择另一个二极管和计算,直到它在最坏的情况下是合理的。

4所示。结论

根据基尔霍夫电压和电流定律,结合每个分支电路的电流和电压方程,本文提出了一种新的方法来研究光伏模块结合相同的细胞在非均匀照明或一个影响细胞分裂成许多小的单个细胞,然后结合相同的,分析了阴影细胞不完整的阴影。结果如下所示。(1)在一定的辐射和阴影条件下,的最大功耗阴影细胞总是发生在短路条件下非均匀照明和不完整的阴影。(2)细胞的数量的变化没有影响的反向偏压点阴影细胞但可以改变当前的阴影细胞在最大功率点。光伏电池的数量增加,阴影细胞逐渐转移从发电到消散能力和功耗可以非常大。忽视了这对阴影会有不利影响电池工作在最大功率点了很长一段时间。(3)不同遮荫度影响功耗的阴影细胞在短路条件下,有一个最大功耗,太阳能电池的方程是非线性的。(4)的最大加热功率阴影细胞应该最大功耗的总和,从太阳能热转换。看来最大加热功率应该发挥重要作用在选择旁路二极管不仅旁路二极管的参数和光伏电池。如果旁路二极管不能满足要求,改变另一个旁路二极管具有较低的正向刺激电压和/或减少光伏电池并联的数量/旁路二极管是合理的建议。当然,一个二极管集成到每个细胞都是一个更好的建议,提出了在25]。

热点耐久试验需要一个严格的测试条件。采用最大加热功率可以提供一个好的参考与旁路二极管光伏模块的安全,减少热点的影响和提高光伏模块尽快的一生。

命名法

	目前,一个
	串联电阻,Ω
	二极管反向饱和电流,
	分流电阻,Ω
	光电流,
	温度、K
	太阳能电池串联的数量
	V电压,
	数量的细胞旁路二极管保护字符串
	玻耳兹曼常数(J / K)
	抵抗,Ω
	电子电荷(库仑)
	暗电流,。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由新世纪优秀人才计划在大学(没有。ncet - 11 - 0876),十二五科技支撑重点项目中国没有。2012 baj08b04),东莞创新研究团队项目(没有。2014607101008)。

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