一种局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法，根据反向饱和电流为零以及并联电阻为无穷大的假设条件，化简光伏电池单指数二极管电流输出方程为幂律方程；根据遮荫情况下的光照强度和温度，分析得到光伏组件中每一块电池的短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压；根据上述组件中每一块电池的电流变化，分析得出每一块电池并联的旁路二极管是否导通，并由此得到组件中每块电池在不同光照强度和温度下的输出电压；扫描光伏组件的电流从零到短路电流，得到组件输出电压，并全局拟合光伏组件局部遮荫情况下的实验数据与模拟数据，获得均方根误差。本发明专利技术的技术效果是：可简单且较高精度的模拟局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征。

【技术实现步骤摘要】
一种局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法
本专利技术涉及局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟领域，具体为一种局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法。
技术介绍
光伏组件的发电除了受环境温度的影响外，还会受到外界乌云等遮挡的影响[W.B.Xiaoetal.，InternationalJournalofPhotoenergy,2015,2015：191603.]。由此组件中每一块电池由于光照强度的不一致，导致光伏组件输出特性会多变；为了使光伏组件始终输出最大功率，人们提出来各种方法分析光伏组件遮荫下的工作状态[JianboBaietal.，SolarEnergy,2015,112:41–54]。目的是实时调整光伏组件的工作点，使它始终工作在最佳状态。所以，在此，我们提出一种局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法，通过分析遮荫下电池组件中每块电池的工作状态，判断组件电流电压变化的新方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法，它是通过分析遮荫下电池组件中每块电池的工作状态，判断组件电流电压的变化，实现简单且较高精度的提取组件输出特征的方法，电池组件由于受乌云等外部影响，导致组件中每块电池工作特征不同而影响电池组件输出的特征分析。该方法可用于光伏发电系统。本专利技术是通过以下技术方案实现的，方法步骤为：一种局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法，其特征在于：(1)根据反向饱和电流为零以及并联电阻为无穷大的假设条件，化简光伏电池单指数二极管电流输出方程为幂律方程；(2)根据遮荫情况下的光照强度和温度，分析得到光伏组件中每一块电池的短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压；(3)根据上述组件中每一块电池的电流变化，分析得出每一块电池并联的旁路二极管是否导通，并由此得到组件中每块电池在不同光照强度下的输出电压；(4)扫描光伏组件的电流从零到短路电流，得到组件输出电压，并全局拟合光伏组件局部遮荫情况下的实验数据与模拟数据，获得均方根误差。所述步骤(1)中，化简光伏电池单指数二极管电流输出方程为幂律方程中，将利用光伏电池最大功率点处电压与电流实验数据；所述步骤(2)中，局部遮阴条件下每一块电池的短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压，将利用了标准测试条件(即光强1000瓦/平方米,温度25摄氏度)下的短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压，以及对应的短路电流温度系数、开路电压温度系数、最大功率点电流温度系数和电压温度系数；所述步骤(3)中，分析得出每一块电池并联的旁路二极管是否导通，是根据每一块电池的电流变化与其短路电流的大小关系判断；所述步骤(4)中，是全局拟合光伏组件局部遮荫情况下的实验数据与模拟数据，获得均方根误差。光伏电池幂律方程为：(1)式中I、V、Isc、Voc、Im、Vm为电池输出电流、电压、短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压。根据遮荫情况下的光照强度，分析得到光伏组件中每一块电池的短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压的公式为：(2)、(3)、(4)、(5)式中Isc-STC、Voc-STC、Im-STC和Vm-STC分别为，标准测试条件(即光强SSTC＝1000瓦/平方米,温度TSTC＝25摄氏度)下的短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压，a1、b1、a2、b2分别为对应的短路电流温度系数、开路电压温度系数、最大功率点电流温度系数和电压温度系数；S、ΔT分别为光照强度，以及测量温度与标准温度的差值。Isc、Voc、Im和Vm分别为电池的短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压。根据上述组件中每一块电池的电流变化，分析得出每一块电池并联的旁路二极管是否导通，并由此得到组件中每块电池在不同光照强度下的输出电压。例如：当三块电池串联的时候，为了避免雪崩击穿和热斑效应，每个电池都会并联一个旁路二极管；当在均匀光照强度下,三块电池处于相同的工作电流,它们的旁路二极管都处于阻断状态.但在非均匀光照强度下,三块电池就会处于不同的工作电流，有的电池受旁路二极管的影响会不工作，具体分析如下：如果第一块电池受到的光照强度为S1，短路电流为Isc1；第二块电池受到的光照强度为S2，短路电流为Isc2；第三块电池受到的光照强度为S3，短路电流为Isc3；如果S1＜S2＜S3,那么有Isc1、Vsc2、Isc3。当电池组件电流I＜Isc1,那么三个串联电池共同对外输出，输出电压V为：当电池组件电流Isc1＜I＜Isc2,那么只有电池二与三串联对外输出；原因在第一块电池的旁路二极管导通，导致第一块电池失效，未对外输出；输出电压V为：当电池组件电流Isc2＜I＜Isc3,那么只有电池三对外输出；原因在于第一块电池与第二块电池的旁路二极管导通，导致第一块与第二块电池失效，未对外输出；输出电压V为：(6)、(7)、(8)式中Isc1、Voc1、Im1和Vm1为第一块电池的短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压；Isc2、Voc2、Im2和Vm2为第二块电池的短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压；Isc3、Voc3、Im3和Vm3为第三块电池的短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压。模拟过程为，首先，由(2)、(3)、(4)、(5)公式计算得到遮荫下，不同光照强度的每块电池输出短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压；其次，扫描电池组件输出电流，得到组件在不同输出电流情况下的输出电压；例如由三块电池串联得到的输出电压公式为(6)、(7)、(8).最后，将得到的模拟数据与实验数据全局拟合电流电压输出特征，获得均方根误差。本专利技术的方法与传统的局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法比较，有以下特点：1、仅在反向饱和电流为零以及并联电阻为无穷大的假设条件，化简光伏电池单指数二极管电流输出方程为幂律方程，模拟电池组件输出，具有精度高的特点；2、仅分析光伏组件中每一块电池在不同光照强度下的短路电流，得到并联二极管的通断状态，具有方法简单特点。本专利技术提供了一种较简单且较高精度的局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法，为分析光伏组件在局部遮荫条件下的输出特征提供了一条有效的途径。附图说明图1是三块电池串联的光伏组件示意图。在一块电池遮阴25％，一块电池遮阴50％，以及一块未遮挡下的电流电压输出实验与模拟图。具体实施方式本专利技术是一种局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法。作为一个实例，我们利用该方法分析了三块电池串联的光伏组件，在一块电池遮阴25％，一块电池遮阴50％，以及一块未遮挡下的电流电压输出实验与模拟图。测试和拟合结果如图1所示。三块电池未遮挡情况下的光照强度为725.9瓦/平方米,温度为38.3摄氏度。从图1可以看出模拟与实验数据吻合较好。从拟合的均方根误差为0.5085A，可以看出拟合误差很小，也就是模拟精度较高。以上实例说明我们提出的局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法是正确的。该方法将会在目前模拟局部遮阴条件下光伏组件输出特征的方法中得到一定的推广。以上所述，仅为本专利技术中的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）根据反向饱和电流为零以及并联电阻为无穷大的假设条件，化简光伏电池单指数二极管电流输出方程为幂律方程；（2）根据遮荫情况下的光照强度，分析得到光伏组件中每一块电池的短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压；（3）根据上述组件中每一块电池的电流变化，分析得出每一块电池并联的旁路二极管是否导通，并由此得到组件中每块电池在不同光照强度下的输出电压；（4）扫描光伏组件的电流从零到短路电流，得到组件输出电压，并全局拟合光伏组件局部遮荫情况下的实验数据与模拟数据，获得均方根误差。

【技术特征摘要】
1.一种局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）根据反向饱和电流为零以及并联电阻为无穷大的假设条件，化简光伏电池单指数二极管电流输出方程为幂律方程；（2）根据遮荫情况下的光照强度，分析得到光伏组件中每一块电池的短路电流、开路电压、最大功率点处的电流和电压；（3）根据上述组件中每一块电池的电流变化，分析得出每一块电池并联的旁路二极管是否导通，并由此得到组件中每块电池在不同光照强度下的输出电压；（4）扫描光伏组件的电流从零到短路电流，得到组件输出电压，并全局拟合光伏组件局部遮荫情况下的实验数据与模拟数据，获得均方根误差。2.一种局部遮阴条件下光伏组件电流电压输出特征的模拟方法，其特征在于，步骤（1）中，化简光伏电池单指数二极管电流输出方程为幂律方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖文波，余晓鹏，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36