第31卷第10期电力自动化设备V01．3lNo．102011年10月E1PctrirPf)werAutomatif)nEquipmPntoct．201lo遮阴影响下的光伏阵列结构研究丁明．陈中(合肥工业大学安徽省新能源利用与节能重点实验室，安徽合肥230009)摘要：遮阴现象降低光伏发电系统发电效率．并且导致光伏模块产生热斑效应而缩短寿命。从光伏阵列结构布局出发．在光伏阵列宏观和微观结构布局2个层面上．研究了在遮阴影响下不同光伏阵列电气结构输出特性的变化情况。在此基础上．提出利用开关管与二极管电路连接光伏模块．实现小型光伏阵列的宏观与微观结构布局电气重构。在遮阴影响下．通过控制开关电路实现光伏阵列结构布局优化重构，从而得到最大输出功率．减弱遮阴影响。基于Matlab的仿真研究验证了小型光伏阵列在遮阴下的电气重构过程及其效果。关键词：光伏电池；发电：遮阴；布局；电气重构：最大功率；优化；仿真：TM615文献标识码：A：1006—6047(2011)10—0001—05以减弱遮阴影响。基于Matlab的仿真验证了遮阴影O引言响下光伏阵列电气重构的效果。光伏发电系统中．譬如光伏建筑一体化、移动式1光伏阵列局部遮阴影响光伏设备．光伏阵列容易受到浮云、建筑、树木等造成的遮阴影响。遮阴现象会给光伏系统带来诸多问1．1光伏电池与模块模型题，如输出功率急剧减小、热斑效应、最大功率点跟光伏电池通常有单二极管模型、双二极管模型、踪(MPPT)技术失效等。光伏模块输出电压只有几十分段线性模型等．本文选取单二极管模型作为光伏伏．输出功率只有数百瓦．通常需要串并联组合以满电池的等效电路模型㈦¨】。如图1(a)所示。厶表示光足实际使用的电压和功率等级要求．加剧了遮阴影生电流，由光照和温度决定；二极管V。反映PN结响后果。因此．如何削弱遮阴影响已成为光伏发电技效应；R。、尺。分别表示光伏电池等效串联和并联电阻。术的热点研究内容。文献『l。21利用并联旁路二极管R．N／N。给阴影模块提供低阻抗能量通路．此方法简单．但受阴影遮蔽光伏模块承受反压而不能发电．此外旁路二极管的导通导致了多个局部最大功率点的出现．需要复杂的MPPI'技术。文献f3-5]提出了基于交流母线结构的ACModule方案．实现了光伏模块的独立MPPrr‘a)光伏电池辱效模型(b)光伏模块等效模型控制，解决了遮阴、组件失配问题，但是该方案需要图1光伏电池与模块电路模型复杂的并网控制策略。成本较高。文献[6—9]提出了Fig．1ModelofphotovoltaicceUandmodule基于直流母线的DCModule方案．相对ACModule由基尔霍夫定律可得光伏电池，-U特性曲线满成本较低．但这种结构存在系统扩容复杂的缺点．足关系式(1)，其中，0为二极管饱和电流，，为光伏电系统提高效率的能力受到限制。文献『lo．121从光伏池输出电流，U为光伏电池输出电压，口为电子电荷阵列的结构布局出发．提出利用开关改变光伏阵列(1．6×10一-9C)，K为玻尔兹曼常数(1．38x10必J／K)。A结构布局以适应不同光照强度，但文献『11．12]所需为二极管特性因子，丁为热力学温度(K)。开关数目较多．且光伏阵列结构的重构形式有限。，=知一，d一‰=知一局2个层面．仿真研究了在遮阴影响下不同光伏阵牺【警】-1)一半c“本文从光伏阵列的宏观结构布局与微观结构布列电气结构输出特性的变化情况．提出利用开关与单体光伏电池的电压、电流不能满足实际应用二极管电路连接光伏模块，实现光伏阵列电气重构，需要．通常需串并联构成光伏模块来使用．光伏模块收稿日期：20ll—06一07；修回日期：2011—0r7—08再通过串并联构成光伏阵列以满足更高的电压和功基金项目：国家重点基础研究专项经费项目(2009CB219702)；率等级要求。札个单体电池串联成一串，再将Ⅳo串国家自然科学基金资助项目(50837001)并联成光伏模块等效电路模型，如图1(b)所示。输ProiectsupponedbvtheSpecialFundofmeN“onalPrio-IitvBasicRe鸵archofChi吐(2009CB219702)andtheNational出，一￡，特性曲线满足关系式(2)，，皿址和仉舢分别Nat埘蔺ScjenceFo咖d“onofChi帕(50837001)表示光伏模块输出电流、电压。万方数据。电力自动化设备第31卷‰=‰¨ⅣpH盟《铲¨气位置交换，此时定义为宏观结构布局。其中图4(c)为非对称结构...