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光伏電池組件工作在無遮擋的情況下，逆變器的MPPT電壓就是光伏組件P-V曲線頂點對應(yīng)的電壓。
但在實際應(yīng)用中，光伏組件遇到局部陰影遮擋，這時的MPPT電壓還跟原來一樣嗎？
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由于受遮擋電池和未受電池遮擋的輸出特性不一致，帶來串聯(lián)電池片的輸出電流失配，在旁路二極管的作用下，那么對應(yīng)的P-V輸出特性曲線都會產(chǎn)生多個功率峰值點（多個極值點），I-V曲線的形狀像階梯狀，出現(xiàn)峰值的個數(shù)取決于組件上不同的輻照強度，如100%受光和零受光兩種光照條件下造成組件的輸出特性出現(xiàn)雙峰，如圖1所示，其中C轉(zhuǎn)折點為組件旁路二極管的導(dǎo)通點，如果電池片的遮擋達到一定的面積，使得組件的旁路二極管導(dǎo)通，組件總的輸出特性近似于未被遮擋的電池的輸出特性，那么此時組件的最大功率點應(yīng)取A點（全局極值點），若組件的旁路二極管未導(dǎo)通，因為電池片串聯(lián)關(guān)系，此時光伏未遮擋的電池的輸出電流被遮擋單元的電流拉低，此時I-V特性曲線主要由遮擋單元的I-V特性決定，最大功率點應(yīng)取曲線右側(cè)的B點（局部極值點）。那么對于常規(guī)60片電池晶硅組件來說，如果1片電池完全遮擋后，流過被遮擋電池的工作電流大于其自身的光生電流，遮擋過的電池反偏，當(dāng)反偏電壓大于同串其他電池電壓和旁路二極管的導(dǎo)通電壓，旁路二極管工作，最大功率點的組件電壓應(yīng)由30V降低至20V。
圖1
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通過使用PVsyst模擬軟件的“PV MODULE”工具，以某廠家的250P多晶組件為例，可以得到STC下單片電池不同遮擋比例下的功率輸出，從圖2和圖3可知當(dāng)該片電池的遮擋面積小于47%時，該串的旁路二極管未開啟，Pm輸出和Im大小隨遮擋面積基本呈線性下降趨勢，而在47%時兩者發(fā)生了轉(zhuǎn)折，因為此時被遮擋電池所在電池串的旁路二極管被正向?qū)?，該串電池被短路，旁路后整個組件的Vm降低了三分之一，即在20V左右，而電流Im變?yōu)槲凑趽蹼姵氐恼９ぷ麟娏鳌?/span>
當(dāng)旁路二極管未導(dǎo)通前，遮擋面積越大，組串的最大功率點對應(yīng)的電壓則越大，一般會超過30V，電流則越小。
圖2 Pm衰減比例和單片遮擋面積的關(guān)系（以CSUN250P組件為例）
圖3 STC下Vm和Im大小與單片電池遮擋面積的關(guān)系（以CSUN250P組件為例）
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使用太陽能模擬器在STC條件下模擬測試遮擋下的組件I-V輸出特性，單片電池遮擋比例分別為30%、50%、55%、60%；參考圖4-7。圖4和圖5表示遮擋面積不足以使得該串的旁路二極管導(dǎo)通，由于I-V曲線發(fā)生變化，產(chǎn)生兩個峰值點，但是最大的功率點位于曲線的右側(cè)，電壓分別為34V和35V。圖6遮擋面積為55%，此時旁路二極管已經(jīng)發(fā)生了導(dǎo)通，雖然曲線上存在2個峰值，但是經(jīng)過MPPT搜索，發(fā)現(xiàn)真正的最大功率點則位于曲線的左側(cè)，此時對應(yīng)的電壓為20V左右。
圖4 單片電池遮擋30%（最大功率點處Vm=34V，Im=6.55A）
?圖5單片電池遮擋50%（最大功率點處Vm=35V，Im=5.1A）
圖6單片電池遮擋55%（最大功率點處Vm=20.32V，Im=8.1A）
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? ? ? ? 這里具體結(jié)合10kw（20*2）光伏陣列系統(tǒng)進行模擬計算，相關(guān)參數(shù)配置如表1，光伏陣列布置如圖7所示，每行方陣為10片組件，兩行共20片組件為一串，共兩串，間距2.81米排布，逆變器為組串式逆變器，有兩個MPPT，為突出陰影這個影響因素，在方陣左側(cè)距離約1.76米處增加一睹高墻，長度4米，墻的最高點和組件邊框的最低點距離約3米左右，當(dāng)冬至日太陽高度角較低時，第一串的第二排和第二串的兩排都將受到前排組件的陰影遮擋，具體遮擋的面積將隨著太陽方位的變化而變化。
表1 相關(guān)參數(shù)配置
圖7光伏陣列布置和建筑高墻位置示意圖? ??
? ? 光伏方陣的陰影遮擋情況和太陽方位有關(guān)，通過PVsyst軟件可以觀察一年365天的陰影變化情況，這里主要挑選有代表性的日期，如春分、夏至、秋分、冬至4個典型日。太陽輻照對發(fā)電量的影響較大，當(dāng)光強較低時，陣列的發(fā)電量已經(jīng)很低，表2僅列舉了16:30陰影時刻的光強和陰影開始時的時間和對應(yīng)的光強，隨著冬季到春季時間的推移，太陽高度角發(fā)生變化，陰影開始時刻也逐漸變化，圖8至圖11我們可以看到四個典型日15:00時的陰影情況。
表2典型日光強（數(shù)據(jù)來自于PVSYST）
圖8春分日的遮擋情況?圖9夏至日的遮擋情況
圖10秋分日的遮擋情況?圖11冬至日的遮擋情況
不同的陰影下會帶來不同的I-V曲線，如冬至日下午15:00分，見圖11，其中組串中有部分電池片已經(jīng)被遮擋，因組件含有旁路二極管，其I-V特性曲線會由原來的單峰變?yōu)殡p峰甚至多峰，從而引起IV曲線呈現(xiàn)非線性、多峰值的特性，由于此時光伏陣列受到的光照不均勻，遮擋比例有3種，因此出現(xiàn)了3個馬鞍形，對應(yīng)3個峰值Pm點，該例中組串逆變器的MPPT電壓范圍為320V-800V，此時MPP點顯然仍在MPPT電壓范圍內(nèi)，最大功率點的電壓值由600V附近（該時刻，20片串聯(lián)的常規(guī)組件在無遮擋的情況下，工作電壓約為600V左右）轉(zhuǎn)移到425V左右，Pm功率為3.47kW，參照圖12和圖13。
圖12 冬至日15:00陣列特性P-V曲線（Pm：3.47kW，功率損失19.8%）
圖13 ?冬至日15:00陣列特性I-V曲線（Pm：3.47kW，功率損失19.8%）
光伏組件受到局部陰影遮擋后，由于旁路二極管的作用，其輸出曲線呈現(xiàn)多極值的特性，其最大功率點電壓根據(jù)遮擋情況的不同而不同，文中以某多晶組件為例，通過PVsyst軟件和室內(nèi)太陽能模擬器測試進行了驗證。
結(jié)果表明，當(dāng)受遮擋面積達到一定程度，使得旁路二極管導(dǎo)通，那么最大功率點應(yīng)位于I-V曲線上轉(zhuǎn)折點電壓的左側(cè)；若旁路二極管未導(dǎo)通，那么最大功率點應(yīng)位于I-V曲線上轉(zhuǎn)折點電壓的右側(cè)。同理，對于多片組件串聯(lián)的情況下，文中通過PVsyst軟件進行了模擬仿真，結(jié)果顯示，逆變器在其自身MPPT電壓范圍內(nèi)進行搜索，而單峰尋優(yōu)的傳統(tǒng)最大功率點跟蹤算法則不再適用，依據(jù)跟蹤算法找到了在陰影遮擋情況下的最大功率點（當(dāng)存在陰影遮擋時，MPP電壓追蹤應(yīng)該往上和往下都有可能），如案例中冬至日下午15時組件遮擋嚴(yán)重，最大功率點電壓已下降到425V左右，因此在局部遮蔭動態(tài)環(huán)境下，逆變器的搜索算法是非常重要的。
原文始發(fā)于微信公眾號（坎德拉學(xué)院）：陰影遮擋情況下，逆變器的MPPT電壓怎么變化？