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局部阴影遮挡条件下光伏组件输出特性的研究

光伏组件输出特性的探究

摘要：通过对光伏组件不同位置进行遮挡的实验，得到不同阴影条件下的I-V曲线，并对所得数据进行对比分析，探究阴影位置对输出功率的影响。结果表明，阴影遮挡对光伏组件的影响与被遮挡的串联支路的个数有关，当遮挡一个串联支路时，功率损耗为35.5%；遮挡两个串联支路时，功率损耗为70.1%；遮挡三个串联支路时，功率损耗为97.3%。

关键词：光伏电池、局部阴影、I-V曲线、串联单位、旁路二极管

The experiment on the productivity of PV

Cells With Partial Shading ABSTRACT：we get certain I-V curves under different shading conditions through the experiment of covering different positions of the solar cells,then we analyze the data to explore the impact the shadow causes.The result shows that shading effects on the PV modules relate to the number of the branches 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 V—I;Bypass diode

1. 引言 (1)

1.1问题提出 (1)

1. 2光伏电池的发电原理 (1)

1.3光伏电池的等效电路模型 (3)

1.4部分阴影遮挡下光伏组件输出特性的研究 (5)

2.实验方法 (6)

2.1多晶硅太阳能电池组件各参数 (6)

2.2其它设备： (6)

2.3光伏组件结构： (7)

3.实验结果与分析 (8)

3.1对光伏组件同一串联支路内的电池片进行遮挡研究 (8)

3.2对光伏组件的多个串联支路进行遮挡研究 (10)

4. 评价与解释 (14)

5. 结论 (15)

6.参考文献： (16)

1.引言

1.1问题提出

光伏发电的能量来源是取之不尽，用之不竭的太阳光，利用太阳光的波粒二象性在半导体中产生电子迁移而发电，在太阳能光伏发电的过程中，不会产生任何污染物，不破坏生态环境，是一种清洁安全的能源，具有很大的发展前景。目前，太阳能的利用和光伏电池的特性研究是2l世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。

光伏电池作为太阳能光伏发电系统的基本发电单元，极易受到树叶，灰尘等各种遮挡物的影响，而使电池特性变坏，能量输出能力降低，甚至形成热斑，损坏电池。因此研究光伏电池板在阴影作用下的输出特性，尽可能地提高电池板的输出效率并减小遮挡物对电池板造成的损耗，对提高光伏系统效率具有重要意义。

就目前而言，人们做的探究一是仿真建模，二是实验室条件下做实验。以往大家的实验都是做关于阴影面积的大小对光伏组件输出特性的影响而忽略了阴影位置的影响。于是本文就针对不同位置的阴影对输出特性的影响进行了探究。

1.2光伏电池的发电原理

如果在纯净的硅晶体中掺入少量的5价杂质磷（或砷、锑等），由于磷原子具有5个价电子，所以1个磷原子同相邻的4个硅原子结成共价键时，还多余1个价电子，这个价电子很容易挣脱磷原子的吸引而变成自由电子。所以一个掺入5价杂质的4价半导体就成了电子

导电类型的半导体，也称为n型半导体。在n型半导体中，除了由于掺入杂质而产生大量的自由电子以外还有由于热激发而产生的少量电子-空穴对。同理，掺入3价杂质的4价半导体称为p型半导体。

若将p型半导体和n型半导体两者紧密结合，联成一体时，在靠近交界面附近的区域内，空穴要由浓度大的p区向浓度小的n区扩散，并与那里的电子复合、从而使n区出现一批带正电荷的掺入杂质的离子。同时，p区内出现一批带负电荷的掺入杂质的离子。扩散的结果是在交界面的两边形成一边带正电荷而另一边带负电荷的一层很薄的区域，称为空间电荷区，即p-n结。在p-n结内由于两边分别积攒了负电荷和正电荷，会产生一个由n区指向p区的电场，称为内建电场（或势垒电场）。

p区n区

在光照下，当光子能量大于半导体材料的禁带宽度时，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中使价电子激发出来，以致产生电子－空穴对。并且，在内建电场作用下空穴由N极区往P极区移动，电子由P极区向N极区移动，从而在p-n结两侧形成了正负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了部分抵消内建电

场以外，还使p 型区带正电，n 型区带负电，因此产生了光生电动势。如果在该光伏电池上接上负载，则被结分开的过剩载流子中就有一部分把能量消耗于降低p-n 结的势垒，即用于建立工作电压Vm ，而剩余部分的光生载流子则用来产生光生电流Im 。

1.3光伏电池的等效电路模型

当光照恒定时，由于光生电流ph I 不随光伏电池的工作状态而变化．因此在等效电路中可以看作是一个恒流源。光伏电池的两端接入负载R 后，光生电流流过负载，从而在负载的两端建立起端电压V 。负载端电压反作用于光伏电池的P —N 结上，产生一股与光生电流方向相反的电流D I 。此外，由于太阳能光伏电池板前后表面的电极以及材料本身所带有的电阻率，当工作电流流过板子时必然会引起电池板内部的串联损耗，故引入串联电阻S R 。串联电阻越大，线路损失越大，光伏电池输出效率越低。在实际的太阳能光伏电池中，一般串联电阻都比较小。大都在至几欧Ω-1310之间。另外，由于制造工艺的因素，光伏电池的边缘和金属电极在制作时可能会产生微小的裂痕、划痕，从而会形成漏电而导致本来要流过负载的光生电流短路掉，因此引入一个并联电阻sh R 来等效。相对于串联电阻来说，并联电阻比较大，一般在1K 欧以上，有时可忽略对电路的影响。太阳能光伏电池的等效电路如图1所示。

由太阳能光伏电池等效电路可得出：

sh D ph I I I I --=

其中I —流过负载的电流；ph I 一与日照强度成正比例的光生电流；

D I 一流过二极管的电流；sh I 广太阳能光伏电池的漏电极。而

()

????-=+10nkT IR V q D

S e I I

上式中，0I —反向饱和电流(一般而言，其数量级为A 4-10）;q ——电子电荷(1．6x 1910-C)；K ——玻耳兹曼常数(1．38x K J /1023-)；T 一绝对温度(T=t+273K)；n —PN 结理想因子；sh R ——光伏电池并联电阻；

S R ——光伏电池串联电阻。此外:

R IR V I S

综上所述：

nkT

IR V q R IR V e

I I I S +-

--=+]1[)(0ph

1.4部分阴影遮挡下光伏组件输出特性的研究

目前世界各地有不少人对阴影遮挡下光伏组件的输出特性进行过探究。其中大致分几个方面：

①遮挡率对输出特性的影响

②阴影电池的个数对输出特性的影响

③功率损耗随遮光比例的变化关系

2.实验方法

2.1多晶硅太阳能电池组件各参数

最大功率：235W

开路电压：37.60V

短路电流：8.32A

最大功率点电压：29.8V

最大功率点电流：7.89A

2.2其它设备：HT IV 400测试仪，辐照计，导线，温度感应器，黑色遮光板

2.3光伏组件结构：

多晶硅太阳电池组件由60片156mm×156mm电池串联而成，接线盒设有3个旁通二极管，分别由20个电池片串联组成一个串联支路，组件结构如下图所示：

3.实验结果与分析

3.1对光伏组件同一串联支路内的电池片进行遮挡研究

对上述图表的输出功率及被遮挡时受到的影响率进行分析发现：

实验

编号遮挡

第n 列温度 /℃

辐照度 /W/㎡

Voc /V

Isc /A

Pmax /W

Pmax 损耗率 28 无遮挡 47.30 700.00 32.24 6.08 140.76 / 29 1 47.90 700.00 30.94 6.22 90.31 35.84% 30 2 48.20 707.00 30.80 6.30 90.18 35.93% 31 3 48.80 709.00 30.80 6.31 90.77 35.51% 32 4 48.90 713.00 30.67 6.32 90.38 35.79% 34 5 48.80 725.00 30.60 6.53 92.70 34.14% 35 6

49.70 721.00 30.67 6.58

92.22

34.48%

表1 对光伏组件的每一列分别遮挡

图1 对光伏组件的每一列进行遮挡所得I-V 曲线

遮挡不同列时得到的I-V 曲线基本重合，最大输出功率的损耗率也几乎相等，且平均值为35.5%，由此可得：当遮挡面积相同时，无论阴影遮挡位于哪一列上，其所产生的影响是相同的。即阴影部分的位置与输出功率受到的影响啊无关。

对表2进行分析得出：即使被遮挡的电池片数目不同，即阴影遮挡的面积不同时，对最大输出功率产生的影响是相同的，且损耗率的平均值为35.40%。由此可得：阴影部分面积大小也与遮挡下光伏电池输出受到的影响无关。

编号遮挡数目

温度 /℃

Voc /V

Isc /A

Pmax /W

Pmax 损耗率 57 0 56.70 632.00 31.09 5.58 123.25 / 58 1个 57.00 634.00 30.94 5.75 80.11 35.00% 60 2个 57.00 632.00 30.83 5.72 79.78 35.27% 61

3个

57.00 627.00 30.67

6.68

78.94

35.95%

表2 对光伏组件同一列内进行不同数目的电池片的遮挡

3.2对光伏组件的多个串联支路进行遮挡研究

实验编号

遮挡

第n行

温度

/℃

辐照度

/w/2m

Voc

Isc

Pmax

损耗率

37 0 59.50 665.00 31.04 5.87 128.67 / 47 1 60.00 657.00 30.23 0.22 4.75 96.31% 46 2 60.30 656.00 30.16 0.18 3.73 97.10% 45 3 60.70 657.00 30.16 0.16 2.70 97.90% 44 4 59.90 659.00 30.11 0.17 3.38 97.37% 43 5 59.70 665.00 30.17 0.16 3.38 97.37% 42 6 59.50 662.00 30.21 0.17 3.56 97.23% 41 7 59.70 667.00 30.23 0.15 3.38 97.37% 40 8 59.80 667.00 30.19 0.16 2.96 97.70% 39 9 59.90 670.00 30.23 0.16 3.13 97.57% 38 10 59.80 669.00 30.30 0.23 5.19 95.97%

表3 对光伏组件的每一行分别进行遮挡

对光伏组件的一整行进行遮挡时，对最大输出功率造成的损耗达到90%以上，且短路电流已降到几乎为零。遮挡一整列时，有10个电池片处于阴影下，而遮挡一整行时，仅有六块电池片受到阴影遮挡，然而遮挡一整行时对光伏组件的影响却远大于前者。又由于遮挡一列时所涉及到的串联之路仅有一个，而遮挡一整列时涉及到了全部的3个串联支路，由此可得：阴影遮挡对光伏组件输出的影响与其所处的串联支路个数有关。

实验编号遮挡第n 列温度/℃

辐照度/w/2

Voc /V

Isc /A

Pmax /W

Pmax 损耗率 37 0 59.50 665.00 31.04 5.87 128.67 /

50 1,2 60.40 652.00 28.39 5.94 81.81 36.42% 51 2,3 60.20 652.00 28.30 4.90 37.38 70.95% 52 3,4, 60.30 648.00 28.30 5.85 82.34 36.01% 53 4,5 58.80 648.00 28.39 5.00 38.31 70.23% 54

5,6

56.70 648.00 28.61

5.97

82.77 35.67%

图2 对光伏组件的每一行分别进行遮挡所得I-V 曲线

表4 对光伏组件的两列进行遮挡

实验编号为50,52,54组为被遮挡位置处于同一串联支路内时所得的数据，由图3可得，此时三组实验的输出功率是相同的,且平均最大功率的损耗率为36.03%。而实验编号为52,53组为遮挡位置位于两个串联支路内时所得的数据，同样，这两组实验的输出功率也是相同的，且平均最大输出功率的损耗率为70.59%。编号遮挡电池片编号温度/℃

辐照度/w/2

Voc /V

Isc /A

Pmax /W

Pmax 损耗率 64 0 58.40 593.00 30.84 5.23 114.97 / 65 1，20

58.60 590.00 30.66

5.31 73.83 35.78% 66 20，21 58.70 588.00 30.64 4.71 34.34 70.13% 67 21，40 58.70 58

6.00 30.66 5.18 73.84 35.77% 68 40，41 58.40 585.00 30.66 4.76 34.96 69.59% 69

41，60 58.20 586.00 30.67

5.34

74.67

35.05%

图3 对光伏组件的两列进行遮挡所得的I-V 曲线图

表5 在光伏组件最上端的不同位置遮挡两个电池片

编号遮挡电池片编号温度/℃

辐照度/w/2

Voc /V

Isc /A

Pmax /W

Pmax 损耗率 70 0 58.30 585.00 30.89 5.20 114.09 /

80 5,16 58.50 557.00 30.59 4.78 70.53 38.18% 79 16,25 58.0

561.00 30.64

4.37 32.74 71.30% 67 25,36 58.70 586.00 30.66

5.18 73.84 35.27% 77 36,45 58.80 56

6.00 30.60 4.56 34.00 70.20% 76 45,56

59.00 569.00 30.62

4.89

72.39 36.55%

编号遮挡电池片编号温度/℃

辐照度/w/2

Voc /V

Isc /A

Pmax /W

Pmax 损耗率 70 0 58.30 585.00 30.89 5.20 114.09 / 71 10,11

58.40 588.00 30.67

5.27 73.60 35.49 72 11,30, 58.60 584.00 30.67 4.67 34.08 70.13 73 30,31, 58.80 580.00 30.64 5.22 73.49 35.59 68 31,50 58.40 585.00 30.66 4.76 34.96 69.36 75

50,51

59.00 578.00 30.67

5.22

73.25

35.79

表6 在光伏组件中间的不同位置对两块电池片进行遮挡

表7 在光伏组件的最下端不同位置对两个电池片进行遮挡

编号65,67,69和80,67,76及71,73,75试验遮挡的两个电池片均位于同一串联支路内，且通过对这六组数据的分析可得最大功率的平均损耗率为35.94%。编号66和68,79和77,72和68实验遮挡的两块电池片都位于两条串联支路，且最大功率的平均损耗率为

70.12%。

由上述四组实验更进一步地说明了，当阴影遮挡涉及到的串联支路个数相同时，其产生的影响是相同的。且涉及到的串联支路个数越多产生的影响越大。

4.评价与解释

当光伏组件内的一个或多个电池片受到阴影遮挡而无法正常工作成为负载后，由于旁路二极管的作用，一整条串联支路都会被旁路掉而无法正常发电。因此，无论该支路中被遮挡的电池片有几个或位于何处，当一整条支路都被旁路掉时，它们产生的影响都是相同的。

然而，当遮挡涉及到不同的串联支路时，由于受到遮挡的支路个数不同，被旁路掉的支路个数也不同，因此对整个串联支路产生的影响也是大不相同的，且涉及到的串联支路个数越多产生的影响越大。

5.结论

本文设计了太阳电池组件遮挡实验，并对组件性能进行实际测试。在组件有旁通二极管的情况下，比较与分析了阴影位于不同位置时对组件输出功率的影响。并得出了一些结论：

①阴影遮挡对每一个串联支路产生的影响效果是一样的。

②当遮挡位于同一串联支路内时，阴影部分的面积大小和位置与光伏组件输出受到的影响无关。

③不同个数的串联支路受到阴影遮挡时，对光伏组件产生的影响是大不相同的：

当被遮挡的部分涉及到一个串联支路时,功率的损耗约为35.5%；

当被遮挡的部分涉及到两个串联支路时，功率的损耗约为70.1%；当被遮挡的部分涉及到三个串联支路时，功率的损耗约为97.3%。

④当串联组件采用全部串联的方式连接时，每一串联支路内的任意一个电池片受到遮挡都会对整个组件产生很大的影响，因此，在实际应用中，我们可以采用串并联方式相结合的办法来减小这种影响

6.参考文献：

[1]云志刚,杨宏,李文滋. 光伏组件中电池遮挡与Ⅰ-V曲线特性变化关系[A]. 中国太阳能学会光伏专业委员会、广东省太阳能协会.第八届全国光伏会议暨中日光伏论坛论文集[C].中国太阳能学会光伏专业委员会、广东省太阳能协会:,2004:4.

[2]李国良,李明,王六玲,项明,黄波,郑土逢,魏生贤,王云峰. 阴影遮挡下空间太阳电池串联组件输出特性分析[J]. 光学学报,2011,01:236-241.

[3]张臻,沈辉,李达. 局部阴影遮挡的太阳电池组件输出特性实验研究[J]. 太阳能学报,2012,01:5-12.

[4]周俊冬,马明. 局部阴影条件下光伏电池输出特性实验研究[J]. 科技信息,2010,31:51-52.

光伏组件横向竖向发电量对比分析

光伏组件竖向、横向布置不同，发电量差异大！在光伏电站的设计中，光伏组件的放置有两种设计方案：方案一：竖向布置，如下图。图1光伏组件竖向布置的光伏电站方案二：横向布置，如下图。图2光伏组件横向布置的光伏电站根据我的了解，目前竖向布置的电站会更多一些。主要原因是，竖向布置安装方便，横向布置时，最上面的一块安装比较费劲！这就影响了施工进度。

经过与业内的多位专家探讨之后，发现一横、一竖，对发电量的影响太大了！逐步说明这个问题。 1、前后遮挡造成电站电量损失在电站设计过程中，阵列间距是非常重要的一个参数。由于土地面积的限制，阵列间距一般只考虑冬至日6个小时不遮挡。然而，6小时之外，太阳能辐照度仍是足以发电的。从本人获得的光伏电站的实测数据来看，大部分电站冬至日的发电时间在7小时以上，在西部甚至可以达到9个小时。（一个简单的判别方法，日照时数是辐射强度≥120W/m2的时间长度，而辐射强度≥50W/m2时，逆变器就可以向电网供电。因此，当12月份的日照时数在6h以上时，发电时间肯定大于6h。）结论1：我们为了减少占地面积，在早晚前后光伏方阵必然会有遮挡，造成发电量损失。 2、光伏组件都有旁路二极管热斑效应：一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量，被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。因此，旁路二极管的作用就是：当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，

光伏系统设计计算公式

光伏发电系统设计计算公式 1、转换效率： η= Pm（电池片的峰值功率）/A（电池片面积）×Pin（单位面积的入射光功率）其中：Pin=1KW/㎡=100mW/cm2。 2、充电电压： Vmax=V额×1.43倍 3.电池组件串并联 3.1电池组件并联数=负载日平均用电量（Ah）/组件日平均发电量（Ah） 3.2电池组件串联数=系统工作电压（V）×系数1.43/组件峰值工作电压（V） 4.蓄电池容量蓄电池容量=负载日平均用电量（Ah）×连续阴雨天数/最大放电深度 5平均放电率平均放电率（h）=连续阴雨天数×负载工作时间/最大放电深度 6.负载工作时间负载工作时间（h）=∑负载功率×负载工作时间/∑负载功率 7.蓄电池： 7.1蓄电池容量=负载平均用电量（Ah）×连续阴雨天数×放电修正系数/最大放电深度×低温修正系数 7.2蓄电池串联数=系统工作电压/蓄电池标称电压 7.3蓄电池并联数=蓄电池总容量/蓄电池标称容量 8.以峰值日照时数为依据的简易计算 8.1组件功率=（用电器功率×用电时间/当地峰值日照时数）×损耗系数损耗系数：取1.6～2.0，根据当地污染程度、线路长短、安装角度等； 8.2蓄电池容量=（用电器功率×用电时间/系统电压）×连续阴雨天数×系统安全系数系统安全系数：取1.6～2.0，根据蓄电池放电深度、冬季温度、逆变器转换效率等； 9.以年辐射总量为依据的计算方式组件（方阵）=K×（用电器工作电压×用电器工作电流×用电时间）/当地年辐射总量有人维护+一般使用时，K取230；无人维护+可靠使用时，K取251；无人维护+环境恶劣+要求非常可靠时，K取276； 10.以年辐射总量和斜面修正系数为依据的计算 10.1方阵功率=系数5618×安全系数×负载总用电量/斜面修正系数×水平面年平均辐射量系数5618：根据充放电效率系数、组件衰减系数等；安全系数：根据使用环境、有无备用电源、是否有人值守等，取1.1～1.3； 10.2蓄电池容量=10×负载总用电量/系统工作电压；10：无日照系数（对于连续阴雨不超过5天的均适用） 11.以峰值日照时数为依据的多路负载计算 11.1电流：组件电流=负载日耗电量（Wh）/系统直流电压（V）×峰值日照时数（h）×系统效率系数系统效率系数：含蓄电池充电效率0.9，逆变器转换效率0.85，组件功率衰减+线路损耗+尘埃等0.9.具体根据实际情况进行调整。 11.2功率：

光伏组件中电池遮挡与伏安特性曲线变化的关系

光伏组件中电池遮挡与I-V曲线特性变化关系收藏分享2011-4-26 11:06|发布者: 么西么西|查看数: 1668|评论数: 0 摘要: 众所周知，晶体硅太阳电池组件的表面阴影、焊接不良及单体电池功率不匹配等因素是导致输出功率降低的主要原因，研究这些因素的影响不仅对制造晶体硅太阳电池组件有指导作用，而且也有利于人们正确判断光伏发电系统输 ... 匹配等因素是导致输出功率降低的主要原因，研究这些因素的影响不仅对制造晶体硅太阳电池组件有指导作用，而且也有利于人们正确判断光伏发电系统输出降低或失效的原因。国外曾经有人报道一些在现场用了10到15年的组件电特性已经恶化。其I-V 特性曲线已经和一些普通的光伏组件差别很大，而这种变化的I-V曲线可以用来分析晶体硅太阳电池组件输出降低的原因。本文主要讨论了遮挡部分电池组件输出特性的影响，并用计算机对核过程进行了模拟。一、模拟方法在晶体硅太阳电池组件中，当有电池被遮挡时，组件的输出特性可以用下式表示： =3.86X10-5（A）,Rsh=15.29这些参数估算时可以用一下参数代替：n=1.96，I （Ω）。a=2.0x10-3，Vbr=-21.29（V），nn=3.R =0.008. 3 组件中有电池被遮盖时的电路可以用图片三来表示，正常的电池和被遮盖住的电池在组建中是串联关系，因此电压V和电流I满足以下等式：

组件中电池被遮挡时的模拟电路其中，Iph1代表组件中普通电池的光电流，Iph2代表遮挡电池产生的光电流，与等式（2）中的遮挡透过率有关系，例如，当遮挡透过率为35%时，Iph2是Iph1的0.35倍。通过解（3）-（6）式可以计算出I-V的特性。二、实验图2（a）和（b）是通过改变阴影透过率的情况下分别计算和实际测量的I-V特性曲线。当组件上的一个电池用不同的透过率（一个组件由36块电池组成）时，短路电流大致变化不大。结果是透过率越低，电流随着电压的升高下降越快。另一方面，开路电压基本上相同。由图可看出：测量结果与计算的结果相吻合。

光伏系统阴影计算与模拟教程

江西省南昌市2015-2016学年度第一学期期末试卷（江西师大附中使用）高三理科数学分析一、整体解读试卷紧扣教材和考试说明，从考生熟悉的基础知识入手，多角度、多层次地考查了学生的数学理性思维能力及对数学本质的理解能力，立足基础，先易后难，难易适中，强调应用，不偏不怪，达到了“考基础、考能力、考素质”的目标。试卷所涉及的知识内容都在考试大纲的范围内，几乎覆盖了高中所学知识的全部重要内容，体现了“重点知识重点考查”的原则。 1．回归教材，注重基础试卷遵循了考查基础知识为主体的原则，尤其是考试说明中的大部分知识点均有涉及，其中应用题与抗战胜利70周年为背景，把爱国主义教育渗透到试题当中，使学生感受到了数学的育才价值，所有这些题目的设计都回归教材和中学教学实际，操作性强。 2．适当设置题目难度与区分度选择题第12题和填空题第16题以及解答题的第21题，都是综合性问题，难度较大，学生不仅要有较强的分析问题和解决问题的能力，以及扎实深厚的数学基本功，而且还要掌握必须的数学思想与方法，否则在有限的时间内，很难完成。 3．布局合理，考查全面，着重数学方法和数学思想的考察在选择题，填空题，解答题和三选一问题中，试卷均对高中数学中的重点内容进行了反复考查。包括函数，三角函数，数列、立体几何、概率统计、解析几何、导数等几大版块问题。这些问题都是以知识为载体，立意于能力，让数学思想方法和数学思维方式贯穿于整个试题的解答过程之中。二、亮点试题分析 1．【试卷原题】11.已知,,A B C 是单位圆上互不相同的三点，且满足AB AC → → =，则A BA C →→ ?的最小值为（） A ．1 4- B ．12- C ．34- D ．1-

光伏发电系统计算方法

光伏发电系统计算方法光伏系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到几瓦的太阳能庭院灯，大到MW级的太阳能光伏电站。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；（三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。（四）逆变器：在很多场合，都需要提供220V AC、110V AC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220V AC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。光伏系统的设计包括两个方面：容量设计和硬件设计。在进行光伏系统的设计之前，需要了解并获取一些进行计算和选择必需的基本数据：光伏系统现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔；该地区的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象情

太阳能光伏组件遮挡问题研究

太阳能光伏组件遮挡问题研究太阳能光伏组件遮挡问题研究众所周知，晶体硅太阳电池组件的表面阴影、焊接不良及单体电池功率不匹配等因素是导致输出功率降低的主要原因，研究这些因素的影响不仅对制造晶体硅太阳电池组件有指导作用，而且也有利于人们正确判断光伏发电系统输出降低或失效的原因。国外曾经有人报道一些在现场用了10到15年的组件电特性已经恶化。其I-V特性曲线已经和一些普通的光伏组件差别很大，而这种变化的I-V曲线可以用来分析晶体硅太阳电池组件输出降低的原因。本文主要讨论了遮挡部分电池组件输出特性的影响，并用计算机对核过程进行了模拟。一、模拟方法在晶体硅太阳电池组件中，当有电池被遮挡时，组件的输出特性可以用下式表示：这些参数估算时可以用一下参数代替：n=1.96，I0=3.86X10-5 （A）,Rsh=15.29（Ω）。a=2.0x10-3，Vbr=-21.29（V），nn=3.R3=0.008. 组件中有电池被遮盖时的电路可以用图片三来表示，正常的电池和被遮盖住的电池在组建中是串联关系，因此电压V和电流I满足以下等式：

组件中电池被遮挡时的模拟电路其中，Iph1代表组件中普通电池的光电流，Iph2代表遮挡电池产生的光电流，与等式（2）中的遮挡透过率有关系，例如，当遮挡透过率为35%时，Iph2是Iph1的0.35倍。通过解（3）-（6）式可以计算出I-V的特性。二、实验图2（a）和（b）是通过改变阴影透过率的情况下分别计算和实际测量的I-V 特性曲线。当组件上的一个电池用不同的透过率（一个组件由36块电池组成）时，短路电流大致变化不大。结果是透过率越低，电流随着电压的升高下降越快。另一方面，开路电压基本上相同。由图可看出：测量结果与计算的结果相吻合。

光伏电站SketchUp阴影计算

分布式光伏电站系列讲座9：SketchUp软件一、SketchUp介绍该软件在光伏系统设计中主要用以两块： 1、绘制光伏系统布置效果图； 2、阴影分析，测量光伏组件阵列的排间距。二、SketchUp绘制光伏系统布置效果图 SketchUp的操作界面如下图所示。中间空白处为绘图区。绘制完成后可以导出任意视角的图片。在此对SketchUp的绘图过程不再叙述，有兴趣的可以在网上免费下载软件和学习资料。 SketchUp绘制光伏发电系统布置效果图好处在于可以让业主直观明了地了解到屋顶安装光伏系统后是什么样子。以丽瀑能源工程技术（上海）有限公司绘制的效果图为例：

三、SketchUp阴影分析 SketchUp中的阴影分析功能，可以精确计算光伏发电系统中的光伏方阵的排间距。步骤如下： 1、绘制光伏组件方阵。注意最好将光伏电池板颜色设置成纯白色，以便于观察电池板上是否有阴影遮挡。 2、点击“窗口”-“模型信息”-“地理位置”，设置地理位置，以上海为例。 3、点击“视图”，调出阴影显示功能。可以看出模型中已经显示阴影。

4、点击“窗口”-“阴影”出现阴影设置窗口。 5、在阴影设置窗口中设置时间和日期。按照规定光伏阵列需在冬至日9-12点无阴影。将时间设置为9点和15点，日期设置为12月22日。观察组件上有无阴影，前后调节阵列间距，使后面的光伏方阵刚好无阴影，然后就可测量排间距，即是最佳阵列间距。如图可以测量出，在倾角为20°的情况下，上海地区组件横向2段布置的阵列间距为3195mm。

注：关于阴影设置：注意请用真太阳时，即当地时间太阳时分为：真太阳时和平均太阳时，我国规定统一使用北京时间为平均太阳时。计算真太阳时：To=Tm+4（Lo-Lm） To：真太阳时（标准时间），单位（min） Tm：单位（min） Lo：标准时间子午圈所处的径度（deg)（在中国，时钟在8点时，径度为120E，用的是+8时间的时间）例：求内蒙呼和浩特的真时间（东经：111.48E，北纬：40.49N），当地时间应该为： χ=8+4*（120-111.48） χ=8点34分08秒（呼市的时间比北京时晚34分08秒，如果说6点钟北京太阳已经升起，则呼市的太阳是6点34分才升起）因此，在算阴影时，计算径度为120N地区时，计算时间为AM9:00~PM15:00，而计算呼呼和浩特阴影时，计算时间为：AM9:34~PM15:34

光伏组件竖横向布置不同,发电量差异大!

光伏组件竖向、横向布置不同，发电量差异大! 在光伏电站的设计中，光伏组件的放置有两种设计方案：方案一：竖向布置，如下图。图1光伏组件竖向布置的光伏电站方案二：横向布置，如下图。

图2光伏组件横向布置的光伏电站根据我的了解，目前竖向布置的电站会更多一些。主要原因是，竖向布置安装方便，横向布置时，最上面的一块安装比较费劲!这就影响了施工进度。经过与业内的多位专家探讨之后，发现一横、一竖，对发电量的影响太大了!逐步说明这个问题。 1、前后遮挡造成电站电量损失在电站设计过程中，阵列间距是非常重要的一个参数。由于土地面积的限制，阵列间距一般只考虑冬至日6个小时不遮挡。然而，6小时之外，太阳能辐照度仍是足以发电的。从本人获得的光伏电站的

实测数据来看，大部分电站冬至日的发电时间在7小时以上，在西部甚至可以达到9个小时。(一个简单的判别方法，日照时数是辐射强度≥120W/m2的时间长度，而辐射强度≥50W/m2时，逆变器就可以向电网供电。因此，当12月份的日照时数在6h以上时，发电时间肯定大于6h。) 结论1：我们为了减少占地面积，在早晚前后光伏方阵必然会有遮挡，造成发电量损失。 2、光伏组件都有旁路二极管热斑效应：一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量，被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。因此，旁路二极管的作用就是：当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。上一张60片的光伏组件的电路结构图。

光伏电站阴影分析方法和手段

光伏电站阴影分析方法和手段为评估由位置所带来的阴影，使用了一种阴影分析法。为此，周围环境的阴影轮廓在系统中被标记为一点，这一点通常在光伏阵列的中央。在系统较大或者要求更精确的情况下，阴影分析应当在多个点上进行。周围环境的阴影轮廓可以通过下面的数据和设备取得：（1）位置图和太阳位置图；（2）醋酸盐上的太阳位置图；（3）阴影分析仪（数码相机和软件，或者阳光探测器）。 1.使用位置图和太阳位置图当使用位置图和太阳位置图时，需要测量距离和投影物的尺度。根据这些信息可以计算出方位角和仰角。图1 物体仰角和方位角的计算仰角γ利用由光伏阵列的高度h 1，投影物的高度h 2 和它们之间的距离d计算出来的：利用这种方法可以计算出太阳能系统周围所有障碍物的仰角，前提是要从观测者那里取得物体的高度以及它们之间的距离。障碍物的方位角可以直接从位置图或草图上得到。 2.使用醋酸盐上的太阳位置图具有高度轴的太阳位置表也可辅以三角分割法来测量角度。这被印在醋酸盐上并以半圆规律排列。观测者在光伏系统处透过图表看障碍物，可以直接读出并记录下仰角和方位角。为了记录下更精确的观测角，还可以使用广角镜头，这也被用在门的窥视孔上。图9-18、图9-19和图9-20说明了这种简易的阴影分析法。以下是由树导致的阴影的透射系数：（1）针叶树：T=0.30；

（2）冬季中的落叶树：T=0.64；（3）夏季中的落叶树：T=0.23。图2使用醋酸盐上的太阳位置图测量物体的仰角和方位角透射系数指出了太阳辐射对树的透射率。在有的仿真程序中应当考虑到这个因素（比如PV-Sol）。图3周围环境的角度栅格图带有阴影轮廓的柏林的太阳位置图阴影分析的结果是周围环境在太阳位置图上产生的阴影轮廓图。从图9-20中很容易读出指定月份的阴影水平。在该图中，我们可以看出12月21日该地的阴影有50%。在上午和午后，在这两个时间段阳光的穿透时间大约

光伏组件的热斑效应和试验方法

光伏组件的热斑效应和试验方法光伏电池是将太阳光辐射能量直接转换成电能的器件。单个硅晶体光伏电池能得到的最大电压约为0.6V，最大电流约为30mA/cm2。因此光伏电池很少单个使用，而是串联或并联起来，以获得所期望的电压或电流。光伏组件正是由多个光伏电池连接和封装而成的产品，是光伏发电系统中电池方阵的基本单元。为了达到较高转换效率，光伏组件中的单体电池须具有相似的特性。在实际使用过程中，可能出现电池裂纹或不匹配、内部连接失效、局部被遮光或弄脏等情况，导致一个或一组电池的特性与整体不谐调。失谐电池不但对组件输出没有贡献，而且会消耗其他电池产生的能量，导致局部过热。这种现象称为热斑效应。当组件被短路时，内部功率消耗最大，热斑效应也最严重。一、热斑效应原理

当然，并不是所有的电池都可以通过调整遮光比例达到最佳阻抗匹配。完全遮光情况下，不同特性的Y电池I-V曲线如图3所示。斜率越低，表明电池的并联电阻越大。考虑（S-1）个电池串的最大输出功率点所限定的“试验界限”，根据I-V 曲线与“试验界限”的交点，把电池分为电压限制型（A类）和电流限制型（B 类）。A类电池并联电阻较大，可以通过减少遮光面积，达到最佳阻抗比配；B 类电池的并联电阻较小，完全遮光已是Y电池消耗功率最大的状态。二、热斑耐久试验热斑效应可导致电池局部烧毁形成暗斑、焊点熔化、封装材料老化等永久性损坏，是影响光伏组件输出功率和使用寿命的重要因素，甚至可能导致安全隐患。因此，IEC 61215:2005《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定性》专门设置了热斑耐久试验，以考核光伏组件经受热斑加热效应的能力。热斑耐久试验过程包括最坏情况的确定、5小时热斑试验以及试验后的诊断测量，分为以下4个步骤。 1、选定最差电池由于受到检测时间和成本的限制，热斑耐久试验不能针对组件中的每一个电池进行。因此，正式试验之前先比较和选择热斑加热效应最显著的电池。具体方法是，在一定光照条件下，将组件短路，依次遮挡每个电池，被遮光后稳定温度最高者为最差电池片。电池温度可以用热成像仪等仪器测量。对于串联-并联- 串联连接方式的大型组件，标准允许随机选择其中30%的电池进行比较。对于串联和串联-并联连接方式的组件，IEC61215标准给出了两种快速的方法。第一种方法是：将组件短路，不遮光，直接寻找稳定工作温度最高的电池。第二种方法是：将组件短路，依次遮挡每个电池，选择遮光后组件短路电流减少最大的电池。本文推荐采用第二种方法，这主要是考虑到测量短路电流精度较高，测量结果可以用于下一个步骤的判断，而且短路电流跟失谐电池消耗的功率有直接关系。 2、确定最坏遮光比例选定最差电池之后，还要确定在何种遮光比例下热斑的温度最高。即用一组遮光增量为5%的一组不透明盖板，逐渐减少对该电池的遮光面积，监测电池被遮部位背面的稳定温度，看何时达到最高温度。目前最常见的电池规格有 156mm*156mm和125mm*125mm两种，因此实验室需要准备两组不透明盖板。以上两个步骤所使用的辐射源，可以是稳态太阳模拟器或自然阳光，辐照度不低于700W/m2，不均匀度不超过±2%，瞬时稳定度在±5%以内。如果气候条件允许，可优先选择自然阳光。南方的实验室在这方面优势明显。以深圳为例，根据气象局统计（表一），年太阳辐射量平均为5225 MJ/m2，年日照时数平均为2060小时，可计算平均太阳辐射强度为705W/m2。另外，低纬度地区的太阳辐射

光伏组件中电池遮挡与伏安特性曲线变化的关系

体硅太阳电池组件有指导作用，而且也有利于人们正确判断光伏发电系统输 ... 配等因素是导致输出功率降低的主要原因，研究这些因素的影响不仅对制造晶体硅太阳电池组件有指导作用，而且也有利于人们正确判断光伏发电系统输出降低或失效的原因。国外曾经有人报道一些在现场用了10到15年的组件电特性已经恶化。其I-V特性曲线已经和一些普通的光伏组件差别很大，而这种变化的I-V曲线可以用来分析晶体硅太阳电池组件输出降低的原因。本文主要讨论了遮挡部分电池组件输出特性的影响，并用计算机对核过程进行了模拟。一、模拟方法在晶体硅太阳电池组件中，当有电池被遮挡时，组件的输出特性可以用下式表示：这些参数估算时可以用一下参数代替：n=1.96，I0=3.86X10-5（A）,Rsh=15.29（Ω）。a=2.0x10-3，Vbr=-21.29（V），nn=3.R3=0.008. 组件中有电池被遮盖时的电路可以用图片三来表示，正常的电池和被遮盖住的电池在组建中是串联关系，因此电压V和电流I满足以下等式：

组件中电池被遮挡时的模拟电路其中，Iph1代表组件中普通电池的光电流，Iph2代表遮挡电池产生的光电流，与等式（2）中的遮挡透过率有关系，例如，当遮挡透过率为35%时，Iph2是Iph1的0.35倍。通过解（3）-（6）式可以计算出I-V的特性。二、实验图2（a）和（b）是通过改变阴影透过率的情况下分别计算和实际测量的I-V 特性曲线。当组件上的一个电池用不同的透过率（一个组件由36块电池组成）时，短路电流大致变化不大。结果是透过率越低，电流随着电压的升高下降越快。另一方面，开路电压基本上相同。由图可看出：测量结果与计算的结果相吻合。

太阳能检测之光伏组件的热斑效应和试验方法

太阳能检测之光伏组件的热斑效应和试验方法太阳能检测之光伏组件的热斑效应和试验方法光伏电池是将太阳光辐射能量直接转换成电能的器件。单个硅晶体光伏电池能得到的最大电压约为0.6V，最大电流约为30mA/cm2。因此光伏电池很少单个使用，而是串联或并联起来，以获得所期望的电压或电流。光伏组件正是由多个光伏电池连接和封装而成的产品，是光伏发电系统中电池方阵的基本单元为了达到较高转换效率，光伏组件中的单体电池须具有相似的特性。在实际使用过程中，可能出现电池裂纹或不匹配、内部连接失效、局部被遮光或弄脏等情况，导致一个或一组电池的特性与整体不谐调。失谐电池不但对组件输出没有贡献，而且会消耗其他电池产生的能量，导致局部过热。这种现象称为热斑效应。当组件被短路时，内部功率消耗最大，热斑效应也最严重。一、热斑效应原理热斑效应原理当然，并不是所有的电池都可以通过调整遮光比例达到最佳阻抗匹配。完全遮光情况下，不同特性的Y电池I-V曲线如图3所示。斜率越低，表明电池的并联电阻越大。考虑（S-1）个电池串的最大输出功率点所限定的“试验界限”，根据I-V曲线与“试验界限”的交点，把电池分为电压限制型（A类）和电流限制型（B类）。A类电池并联电阻较大，可以通过减少遮光面积，达到最佳阻抗比配；B类电池的并联电阻较小，完全遮光已是Y电池消耗功率最大的状态。热斑耐久试验二、热斑耐久试验热斑效应可导致电池局部烧毁形成暗斑、焊点熔化、封装材料老化等永久性损坏，是影响光伏组件输出功率和使用寿命的重要因素，甚至可能导致安全隐患。因此，IEC 61215:2005《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定性》专门设置了热斑耐久试验，以考核光伏组件经受热斑加热效应的能力。热斑耐久试验过程包括最坏情况的确定、5小时热斑试验以及试验后的诊断测量，分为以下4个步骤。 1、选定最差电池

薄膜光伏组件的热斑效应和应对措施

薄膜光伏组件的热斑效应和应对措施发布时间：2011-04-21 随着科技日新月异的发展，光伏发电技术在国内外均得到了广泛的应用，其应用形式多种多样，应用场所分布广泛，主要用于大型地面光伏电站、住宅和商用建筑物的屋顶、建筑光伏建筑一体化、光伏路灯等。在这些场所，不可避免的会出现建筑物、树荫、烟囱、灰尘、云朵等对太阳能电池组件造成遮挡。因此，人们关心的是此类情况对太阳能电池的发电效率影响有多大,又该如何解决呢？在实际应用中，太阳能电池一般是由多块电池组件串联或并联起来，以获得所期望的电压或电流的。为了达到较高的光电转换效率，电池组件中的每一块电池片都须具有相似的特性。在使用过程中，可能出现一个或一组电池不匹配，如：出现裂纹、内部连接失效或遮光等情况，导致其特性与整体不谐调。在合理的光照条件下，一串联支路中被遮蔽的光伏电池，会由发电单元变为耗电单元，被遮蔽的光伏电池不但对组件输出没有贡献，而且会消耗其它电池产生的电力，此时会发热，这就是热斑效应。相对于晶体硅而言，非晶硅薄膜电池组件在整个组件上膜厚比较均匀，多个子电池的电流匹配良好，不会出现晶体硅组件易发生裂纹或隐裂纹的情况，通过优异的生产工艺和严格的质量控制体系制成的非晶硅光伏组件，几乎不会发生薄膜组件中各子电池内部链接失效的问题。另外，对于晶体硅太阳电池，小遮挡即可引起大功率损失，导致组件温度过高，严重的会烧坏组件，甚至引起重大火灾；但非晶硅薄膜电池的电流密度较小，阴影遮挡对于薄膜电池也会存在影响，但是影响要比晶体硅电池小得多。针对薄膜光伏产品的热斑效应，国际电工委员会制定了严格的认证试验标准，产品必须在极为严酷条件下经受住热斑效应的测试。薄膜光伏组件经过热斑耐久试验之后，首先进行外观检查，对任何裂纹、气泡或脱层等情况进行记录或拍照。如果发现标准规定的严重外观缺陷，如：破碎、开裂、弯曲、不规整或损伤的外表面;组件有效工作区域的任何薄膜层有超过一个电池面积10%以上的空隙、看得见的腐蚀，在组件的边缘和任何一部分电路之间形成连续的气泡或剥层等，丧失机械完整性，导致组件的安装或工作都受到影响，则视为不合格。如果存在外观缺陷但不属于上述的严重外观缺陷，如：组件有效工作区域的任何薄膜层有空隙和可见的腐蚀，输出电线有可见的腐蚀等，则拍照进行记录；如果在对后续的其他测试实验没有影响，则认为薄膜光伏组件通过了热斑效应测试，如果造成影响，则另选两块组件重新进行热斑效应测试。此外，组件在标准试验条件下的最大输出功率的衰减不能超过测试前的5%；绝缘电阻应满足初始试验的同样要求。解决热斑效应问题的通常做法，是在组件上并联一个二极管。通常情况下，这个二极管不影响组件正常工作。当组件中的电池被遮挡时，此时二极管导通，从而避免被遮电池过热损坏。令客户可以放心的是，目前，包括普乐新能源在内的国内多家薄膜组件制造商通过了国际上最权威的和最严酷的产品工作性能和安全性能的认证。需要注意的是，光伏电站的设计、施工和并网使用过程中，应当充分考虑到遮挡对光伏电站和光伏系统的影响，需要对光伏电站进行合理的布局并采用最大功率控制等技术把阴影对光伏系统的影响减小到最低程度。

屋顶光伏系统阴影计算(二)

屋顶光伏系统阴影计算（二）二、实例分析这里以上文图1某南北坡向屋顶得矩形天窗为例进行说明，并进一步给大家介绍坡面影长理论公式得应用、理论公式与CAD得结合使用及PVSYST得建模分析法，天窗相关尺寸参数参考表1，图5为对照示意图，为了便于分析阴影，将天窗分成南坡与北坡两部分，因为这两部分所产生得阴影轮廓就是不相同得，天窗北坡部分得阴影区域只在北坡同一个平面内，可用公式法进行计算，而南坡部分所产生得阴影可能同时跨过南坡与北坡屋面，因此不就是处于同一个平面内，公式法就不能直接使用，需要借助于CAD法。图6为列举并标注得一些关键点，如F、I、G、J点可使用公式法，E、H点需要使用CAD法。表1天窗相关参数图5天窗三维示意图（南北坡面）图6天窗俯视图与关键点位置列举 1、公式法求解通过（1）与（2）公式求得南京地区冬至日太阳时9时对应得高度角与方位角，通过（8）与（9）公式可求得高度1、15m得天窗在北坡面上得阴影长度X’与Y’分量值得大小，结果参考表2。

表2天窗北坡面上影长X’与Y’分量值 CAD法就是个人比较推崇得方法，可以解决公式法遇到得局限性问题，当然CAD法也要借助于水平面上影长公式才能发挥出来，这一部分介绍了这种方法计算天窗北坡与南坡部分得影长。先通过（3）与（4）公式求得高度1、15m得天窗在水平面上得影长X与Y分量得大小，参考表3。表3天窗在水平面上影长X与Y分量值 CAD法测算得步骤简述如下，对于北坡部分得影长计算，如F点得投影位置，第一步可先分别画出以直角边长度1、15m（遮挡物高度）与2、31287m（水平面上影长Y分量）得直接三角形，参考图7，接下来过直角边得顶点B作角度为负6°得直线并与斜边得延长线相交于一点M。那么交点与B点得距离即为坡面影长得Y’分量长度（以B点作为参考原点），使用CAD得测量功能量出即可，如本案例实测Y’分量长度为2、94898m，与理论计算值吻合。第二步画出以直角边长度1、15m与2、20231m得直接三角形，参考图8，测量出图7光线与坡面得交点M距离遮挡物最低点所在水平面得高度，本案例量测得高度为0、30825m。过L点作高度为0、30825m得线段LQ，过Q作水平线与斜边FL得延长线交于P点，过P点作PN垂直于直角边FB，则PN为X’分量长度，本例实测长度2、79262m，与理论计算值吻合。图7天窗北坡部分F点投影得Y’分量求解图8天窗北坡部分F点投影得X’分量求解

光伏组件问题系列总结——部分遮挡对组件输出特性的影响

光伏组件问题系列总结——部分遮挡对组件输出特性的影响 1.0绪论众所周知，晶体硅太阳电池组件的表面阴影、焊接不良及单体电池功率不匹配等因素是导致输出功率降低的主要原因，研究这些因素的影响不仅对制造晶体硅太阳电池组件有指导作用，而且也有利于人们正确判断光伏发电系统输出降低或失效的原因。国外曾经有人报道一些在现场用了10到15年的组件电特性已经恶化。其I-V特性曲线已经和一些普通的光伏组件差别很大，而这种变化的I-V曲线可以用来分析晶体硅太阳电池组件输出降低的原因。本文主要讨论了遮挡部分电池组件输出特性的影响，并用计算机对核过程进行了模拟。 2.0模拟方法在晶体硅太阳电池组件中，当有电池被遮挡时，组件的输出特性可以用下式表示：这些参数估算时可以用一些参数代替：n=1.96，I0=3.86X10-5（A）,Rsh=15.29（Ω）。 a=2.0x10-3，Vbr=-21.29（V），nn=3.R3=0.008. 组件中有电池被遮盖时的电路可以用图片三来表示，正常的电池和被遮盖住的电池在组件中是串联关系，因此电压V和电流I满足以下等式：

光伏组件失效分析

光伏组件失效分析发表时间：2018-05-21T16:05:13.180Z 来源：《基层建设》2018年第3期作者：宋端鸣 [导读] 摘要：本文对运行光伏电站中光伏组件热斑失效情况，定义典型热斑类别，选择实际运行光伏电站代表性的热斑组件，监测其电性能变化数据，分析不同热斑类型的产生原因与机理。在光伏系统中模拟太阳电池失配情况，进行热斑试验，验证遮挡对热斑的影响。无锡市产品质量监督检验院江苏无锡 214101 摘要：本文对运行光伏电站中光伏组件热斑失效情况，定义典型热斑类别，选择实际运行光伏电站代表性的热斑组件，监测其电性能变化数据，分析不同热斑类型的产生原因与机理。在光伏系统中模拟太阳电池失配情况，进行热斑试验，验证遮挡对热斑的影响。关键词：光伏组件；热斑；分析一、光伏热斑案例分析在实际使用光伏中，尽管光伏组件安装时都要考虑阴影的影响，并加配保护装置以减少热斑的影响。但长期使用中难免落上飞鸟、尘土、落叶等遮挡物，这些遮挡物在光伏组件上就形成了阴影。由于局部阴影的存在，电池单片本身通常一定程度存在杂质与缺陷，这些组件在工作时局部发热，长时间热斑高温会导致焊点熔化、背板烧毁、玻璃碎裂等失效。作者调研了某地区已运行1～3年的约200 MW。的平板光伏组件，对异常组件的性能进行了测试和分析，总结了这些组件的衰减与失效构成因素。在所有115块短期失效或高衰减光伏组件中，由于电池热斑导致的失效组件占25块，占到总失效光伏组件的20％以上。在这些实际运行光伏电站的典型热斑问题中，有3类比较常见：电池间显著温差（定义为A类）、单电池串电性能失效（定义为B类）、玻璃与电池碎裂（定义为C类）。A类光伏组件中不同电池片会出现明显温差，最高温度电池与正常电池温差通常达到10℃以上，部分温差达到40～50℃。该类组件热斑问题较为常见，由于电池之间电流失配造成，组件搬运、安装过程造成的电池隐裂是产生电流失配的重要原因。将光伏电站中该类热斑问题组件进行的红外热相（正常并网工作状态），与电致发光（EL）测试，如图1所示。图中红外热相图片从组件背面拍摄，EL图为组建正面图，从图1可看出，组件中发热电池与EL隐裂电池能有一定对应关系。此外部分发热电池EL照片不能反应其明显缺陷，封装材料的内部分层对组件局部散热的影响等可能是产生电池问温度差异的原因。A类热斑组件在组件室内太阳模拟器中测试功率，功率下降幅度为5％一8％。B类光伏组件中单串太阳电池功率失效（多串失效在所收集的热斑组件中未见到），对于商用60片156 mmX156 mm电池组件成的组件，约三分之一的功率损失。如图2所示，安装某民用屋顶光伏组件，产生热斑后，通过微型逆变器监控到组件经过的3个阶段输出电性能变化数据： 1）2013年9月前，该组件产生A类热斑问题，但功率正常，相对系统中其他组件，平均发电量损失（百分比）在3％以内；2）2013年10月～2013年12月，该组件发电量损失（百分比）明显增大，达到5％～15％；3）2014年1月，该组件发电量损失（百分比）达到30％以上，约三分之一组件功率损失，组件EL测试照片显示，该组件中单串20片电池失效。以上数据显示，热斑光伏组件功率变化是缓慢逐渐下降，经历数月或更长时间，电池串出现完全失效；严重的A类热斑组件在室外长期运行可能转变成B类热斑组件。 a.温度分布 b.EL图圈1 A类热斑光伏组件温度分布与电致发光（EL）图 a.电性能 b.EL图图4 B类热斑光伏组件电性能变化趋势曲线与EL图 C类热斑光伏组件在大的反偏漏电流密度或反偏电压下致使局部超高温，背板与电池较短时间（几天）内直接烧穿，玻璃碎裂。通过

屋顶光伏系统阴影计算(一)

目前分布式屋顶光伏系统主要还依赖于建筑为主，其主体对象最常见的为彩钢瓦和水泥屋顶，这些屋面可能存在一定高度的女儿墙或天窗，甚至屋顶周边存在高大建筑物，而这些客观条件一般都很难改变，但我们可以在屋面勘察环节了解当前建筑屋面和遮挡物的相关数据及未来屋顶周边是否有高大建筑物的规划等，并通过主观设计来避免建筑物的阴影遮挡问题。如果设计不合理或考虑不周全，在电站运行期间，遮挡物会对系统的发电量带来很大影响，因此有必要在设计环节经过专业的阴影遮挡分析，确定实际可安装的阵列面积，力求最大限度降低建筑阴影带来的损失。目前阴影分析的方法有多种，最常见的有仪器测量法（如阴影分析仪）、理论公式计算法、软件模拟法和AutoCAD法等。软件模拟是指借助于软件的阴影建模功能进行分析，如大家所熟知的PVSYST、Sketch Up、PVsol、Ecotect和SAM（Solar Advisor Model）等等，这几种软件应该说是各有优势，但从使用的普遍性来看，PVSYST使用人数较多，文中在案例部分会介绍该软件的阴影分析功能。理论计算法是利用公式输入某太阳时下的太阳方位角、太阳高度角及遮挡物的高度进行求得。CAD法是指在理论法的基础上通过量测的方法来确定遮挡物所产生的影长。一般来讲，软件法的优点（如PV SYST）是可以动态地展现某太阳时下的遮挡物阴影变化，较直观形象，但其关键之处取决于软件是否能够对太阳高度角和方位角进行精确计算。公式法和CAD计算法则是简单、精确和快速，简单的屋面公式法都能应付，而对于复杂坡屋面，理论计算会遇到障碍，这是它的局限性，但在CAD软件的配合下便可迎刃而解。一般水平屋面的阴影计算比较简单，坡屋面相对复杂些，如图1是典型的屋顶带有封闭天窗的南北双坡屋面，既有天窗又有女儿墙，很适合用于本文阴影研究。遮挡物的阴影和太阳的位置及屋面角度等都存在一定的空间几何关系，因此有必要从理论上构建阴影模型探索其影长的本质，文中从数学角度得出了坡屋面上遮挡物的影长公式，并应用于图1天窗北坡部分的影长计算，而对于天窗的南坡部分则介绍了基于公式的CAD测算法和PV SYST建模分析法，并将软件计算的太阳方位角、高度角和同时刻的理论公式计算值进行了比较，同时也这几种方法求出来的影长大小进行了比较。（左）屋顶天窗（右）屋面女儿墙图1 某彩钢瓦坡面上遮挡物（天窗和女儿墙）一、坡面上的影长理论公式推导 1、水平面上的影长公式

光伏组件热斑效应简析

光伏组件热斑效应简析一、什么是光伏组件的热斑效应在一定的条件下，光伏组件中缺陷区域（被遮挡、裂纹、气泡、脱层、脏污、内部连接失效等）被当做负载消耗其它区域所产生的能量，导致局部过热，这种现象称为光伏组件的“热斑效应”。二、光伏组件热斑效应的危害热斑效应可导致电池局部烧毁形成暗斑、焊点熔化、封装材料老化等永久性损坏，是影响光伏组件输出功率和使用寿命的重要因素，甚至可能导致安全隐患。三、光伏组件热斑检测 1、检测工具热成像仪：红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像，热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。 2、检测方法在一定的辐照度下，用热成像仪对运行中的光伏组件进行热斑检测，检测前尽量保证光伏组件表面无脏污及异物遮挡，同时还要注意勿使身体及检测仪遮挡光伏组件；检测仪器距离光伏组件不能太近，避免热（红外）相机捕捉到组件发射的太阳光点而造成误判断。热斑

检测最好在春末、夏季、秋初的上午11时---下午16时之间的时间段内进行，由于区域原因而导致辐照度、环境温度等的不同，热斑检测的最佳时间段也会相应不同。 3、热斑判断一般情况下认为：光伏组件在正常工作时的温度为30℃时，局部温度高于周边温度6.5℃时，可认为组件局部为热斑区域。不过这也不是绝对的，因为热斑检测会受到辐照度、组件输出功率、环境温度及组件工作温度、热斑形成原因等因素的影响，因而判断热斑效应最好是以热成像仪图像上的数据分析为准。（以下图片为组件局部的热斑成像）（1）异物长时间遮挡的热斑成像

光伏组件中电池遮挡与I-V曲线特性变化关系

光伏组件中电池遮挡与I-V曲线特性变化关系摘要: 众所周知，晶体硅太阳电池组件的表面阴影、焊接不良及单体电池功率不匹配等因素是导致输出功率降低的主要原因，研究这些因素的影响不仅对制造晶体硅太阳电池组件有指导作用，而且也有利于人们正确判断光伏发电系统输... 众所周知，晶体硅太阳电池组件的表面阴影、焊接不良及单体电池功率不匹配等因素是导致输出功率降低的主要原因，研究这些因素的影响不仅对制造晶体硅太阳电池组件有指导作用，而且也有利于人们正确判断光伏发电系统输出降低或失效的原因。国外曾经有人报道一些在现场用了10到15年的组件电特性已经恶化。其I-V特性曲线已经和一些普通的光伏组件差别很大，而这种变化的I-V曲线可以用来分析晶体硅太阳电池组件输出降低的原因。本文主要讨论了遮挡部分电池组件输出特性的影响，并用计算机对核过程进行了模拟。一、模拟方法在晶体硅太阳电池组件中，当有电池被遮挡时，组件的输出特性可以用下式表示：这些参数估算时可以用一下参数代替：n=1.96，I0=3.86X10-5（A）,Rsh=15.29（Ω）。a=2.0x10-3，Vbr=-21.29（V），nn=3.R3=0.008. 组件中有电池被遮盖时的电路可以用图片三来表示，正常的电池和被遮盖住的电池在组建中是串联关系，因此电压V和电流I满足以下等式：