一種光伏組件定電壓範圍工作點控制消除熱斑損害的方法
2023-05-10 08:50:41 1
專利名稱：一種光伏組件定電壓範圍工作點控制消除熱斑損害的方法
技術領域：
本發明涉及一種光伏組件定電壓範圍工作點控制消除熱斑損害的方法。
背景技術：
由於單個太陽電池組件輸出功率往往不足以提供實際需求的功率，因此它們通常以串聯、並聯的方式構成太陽電池陣列來滿足設計要求。在選取太陽電池組件構成陣列的時候，通常都會遇到由於串、並聯的各個組件的電性參數不一致而導致串、並聯後的輸出功率小於單個組件輸出功率之和，稱之為失配損失。同時，在串聯聯接時若電流不匹配，會造成陣列工作在某一狀態下時，陣列內個別組件處於反向偏置，形成「熱斑」，在並聯聯接時若電壓不匹配，會造成陣列工作在某一狀態下時，陣列內形成「環流」。「熱斑」和「環流」都會使串、並聯聯接中的個別組件處於消耗功率的狀態，並可能損及組件壽命。特別當太陽電池陣列無法工作在均勻的光照下，產生的失配損失就更大。為了緩解此時的功率下降，通常給每個組件或組件中一個電池串反向並聯一個旁通二極體，來阻止一個組件或一個電池串支路消耗整個陣列的電能。而為了避免某個並聯支路電壓小於陣列電路電壓時造成的電流回流，往往還會在每個並聯支路上安裝一個阻塞二極體。但旁通二極體和阻塞二極體工作時會產生大量的熱量，本身存在安全隱患。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種光伏組件定電壓範圍工作點控制消除熱斑損害的方法，在無旁通二極體的情況下減小熱斑，提高發電效率。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種光伏組件定電壓範圍工作點控制消除熱斑損害的方法，在組件的輸出端依次串聯MPPT功能模塊和DC-DC模塊，DC-DC模塊使組件串的每個組件輸出電流一致，MPPT功能模塊在設定的工作電壓範圍內尋找組件的最大功率點的跟蹤，該工作電壓範圍的設定方法為通過測得的環境溫度Ta、輻照強度R， 輻照引起的組件溫升係數K，組件溫度電壓係數Ct、組件的標稱額定最佳工作點電壓Vmr， 根據Vm = Vmr-Ct (Ta+R X K-25)計算組件無遮擋時的最佳工作電壓Vm，Vm+Vr Vm-Vr即為設定工作電壓範圍，Vr為被遮擋組件的最大反偏電壓。該工作電壓範圍的設定具體方法如下首先，通過組件串輸出的電流Lii與組件 1000W/m2光強下的標準電流Ir比較，根據電流與輻照成近線型關係，計算出此時的輻照度R ；組件中電池的溫升Tg與輻照強度線性相關，Tg = KXR，其中K為輻照引起的溫升係數，取0. 031 0. 04，利用測得的環境溫度Ta、根據輻照強度R計算組件中電池工作溫度 Tc = Ta+Tg = Ta+KXR ；根據組件溫度電壓係數Ct，組件的25°C時標稱額定最佳工作點電壓Vmr，計算組件的無遮擋時電池溫度Tc與輻照度R情況下無遮擋時實際最佳工作電壓Vm =Vmr-Ct (Tc-25)；根據組件中電池的漏電流的分布情況，設定被遮擋組件的最大反偏電壓Vr，如金屬矽電池組成的組件，漏電流大可以設置Vr為5 6V，反向漏電性能好的電池可以設置Vr為8 10V，Vm+Vr Vm-Vr即為設定的工作電壓範圍。
本發明的有益效果是本發明通過控制光伏組件的工作點電壓方式可以消除組件的熱斑損害。同時通過該方式可以實現無旁通二極體光伏組件設計，減少組件因旁通二極體結溫過高引起的安全隱患。該發明與DC-DC直流變化器與控制電路結合還可減少組件之間電性能失配帶來的功率損耗。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明；圖1為失配情況下光伏組件的IV與PV曲線圖；圖2光伏組件電路結構圖；圖3單組件熱斑控制系統流程圖。
具體實施例方式圖1為失配情況下光伏組件的IV與PV曲線圖，遮擋後PV (功率與電壓)曲線在低電壓處(圖1中極值點1)與高電壓處(圖1中極值點2)各有一個功率極大值。有/無旁通二極體情況下，當工作在極值點1附近時，工作點電壓Vl低，組件產生的電壓大部分 (Voc-Vl)聚集在被遮擋電池兩端，且有電流11(較大，接近短路電流)通過，從而被遮擋電池產生大量熱，出現熱斑效應；在極值點2附近時，工作點電壓高，太陽電池組件損失的功率較均勻分布在組件的各個未遮擋電池上，組件中每片電池兩端電壓均不高，通過電流不大(12)，不會產生電池溫度過高現象。太陽能電池最大功率點的跟蹤實現，一般採用功率差分值作為判據。通過對太陽能電池的輸出電壓和電流進行連續的採樣，並將每次採樣的一組電壓電流數據相乘折合成功率值，然後減掉上一次採樣得到的功率值，即為功率差分值。當功率達到最大值時滿足由於在一定的光照強度下，太陽能電池的輸出功率只與環境溫度和端電壓有關，因此在單級式光伏併網逆變系統中，改變太陽能電池的工作點只能通過調整母線電容C上的電壓進行，即改變逆變電路的輸出有功來進行調節。定步長最大工作點跟蹤(MPPT)算法就是以固定步長修改逆變電路輸出有功設定值(PREF)從而跟蹤太陽能電池最大功率點的。本發明通過單光伏組件定電壓範圍MPPT方法，即在每個組件上設立最大功率跟蹤器，使組件工作點電壓工作在極值點2附近，從而避免了組件熱斑的產生。如圖3所示控制方式，每個組件匹配MPPT功能模塊與DC-DC模塊，可對單個組件進行MPP跟蹤，並利用DC-DC模塊使組件串的每個組件輸出電流經直流變換後無不匹配造成的功率損耗。首先，通過組件串輸出的電流^ii與組件1000W/m2光強下的標準電流 Ir(組件額定電流)比較，根據電流與輻照成近線型關係，計算出此時的輻照度R ；組件中電池的溫升Tg與輻照強度線性相關，Tg = KXR，其中K為輻照引起的溫升係數，取0. 031 0. 04 (敞開式支架取0. 031，密閉支架與屋頂BIPV取0. 04)，利用測得的環境溫度Ta，Tc = Ta+Tg = Ta+KXR;根據組件溫度電壓係數Ct(晶體矽組件取0. 45% /°C )，組件的標稱額定最佳工作點電壓Vmr (1000ff/m2, 25°C )，計算組件的無遮擋時溫度Tc與輻照度R下無遮擋時最佳工作電壓Vm = Vmr-Ct (Tc-25)。根據組件中電池的漏電流的分布情況，設定被遮擋組件的最大反偏電壓Vr，如金屬矽電池組成的組件，漏電流大可以設置Vr為5 6V，反向漏電性能好的電池可以設置Vr為8 10V。Vm+/-Vr為組件可以安全工作的電壓範圍，MPPT模塊在該設定的工作電壓範圍內尋找MPP點，得到此時組件功率最優的工作點。組件串中每個組件的最大工作點電流會存在差異，為減少不匹配造成的組件串輸出功率損耗， 取組件串中最大電流組件的最佳工作點電流Imax為基準，利用DC-DC模塊使組件串的每個組件輸出電流經DC-DC變換後與Imax —致。這樣對於整個陣列來說，既保證了被遮擋組件的安全性又使整個陣列的輸出功率達到最大。
權利要求
1.一種光伏組件定電壓範圍工作點控制消除熱斑損害的方法，其特徵是在組件的輸出端依次串聯MPPT功能模塊和DC-DC模塊，DC-DC模塊使組件串的每個組件輸出電流一致， MPPT功能模塊在設定的工作電壓範圍內尋找組件的最大功率點的跟蹤，該工作電壓範圍的設定方法為通過測得的環境溫度Ta、輻照強度R，輻照引起的組件溫升係數K，組件溫度電壓係數Ct、組件的標稱額定最佳工作點電壓Vmr，根據Vm = Vmr-Ct (Ta+RXK-25)計算組件無遮擋時的最佳工作電壓Vm，Vm+Vr Vm-Vr即為設定工作電壓範圍，Vr為被遮擋組件的最大反偏電壓。
2.根據權利要求1所述的一種光伏組件定電壓範圍工作點控制消除熱斑損害的方法， 其特徵是該工作電壓範圍的設定具體方法如下首先，通過組件串輸出的電流Lii與組件1000W/m2光強下的標準電流Ir比較，根據電流與輻照成近線型關係，計算出此時的輻照度R ；組件中電池的溫升Tg與輻照強度線性相關，Tg = KXR，其中K為輻照引起的溫升係數，取0. 031 0. 04，利用測得的環境溫度Ta、 根據輻照強度R計算組件中電池工作溫度Tc = Ta+Tg = Ta+KXR ；根據組件溫度電壓係數 Ct，組件的25°C時標稱額定最佳工作點電壓Vmr，計算組件的無遮擋時電池溫度Tc與輻照度R情況下無遮擋時實際最佳工作電壓Vm = Vmr-Ct (Tc-25)；根據組件中電池的漏電流的分布情況，設定被遮擋組件的最大反偏電壓Vr，如金屬矽電池組成的組件，漏電流大可以設置Vr為5 6V，反向漏電性能好的電池可以設置Vr為8 10V，Vm+Vr Vm-Vr即為設定的工作電壓範圍。
全文摘要
本發明涉及一種光伏組件定電壓範圍工作點控制消除熱斑損害的方法，該方法為在組件的輸出端依次串聯MPPT功能模塊和DC-DC模塊，MPPT功能模塊在設定的工作電壓範圍內尋找組件的最大功率點的跟蹤，該工作電壓範圍的設定方法為通過測得的環境溫度Ta、輻照強度R，輻照引起的組件溫升係數K，組件溫度電壓係數Ct、組件的25℃時標稱額定最佳工作點電壓Vmr，根據Vm＝Vmr-Ct(Ta+R×K-25)計算組件無遮擋時的實際最佳工作電壓Vm，Vm+Vr～Vm-Vr即為設定工作電壓範圍，Vr為被遮擋組件的最大反偏電壓。本發明通過控制光伏組件的工作點電壓方式可以消除組件的熱斑損害。同時通過該方式可以實現無旁通二極體光伏組件設計，還可減少組件之間電性能失配帶來的功率損耗。
文檔編號H01L31/18GK102244139SQ201110163159
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日
發明者姜猛, 張臻, 郝玉哲 申請人:天合光能(常州)科技有限公司, 常州天合光能有限公司