局部阴影遮挡条件下光伏组件输出特性的研究报告.docx

局部阴影遮挡条件下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展遮挡的实验，得到不同阴影条件下的 I-V 曲线，并对所得数据进展比照分析，探究阴影位置对输出功率的影响结果说明，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 CellsWith Partial ShadingABSTRACT： 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 brancheswhich are covered by the shadows.whenone branch of the solar cells is covered,thepower lost will be 35.5%,andif 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目录1 .引言11.1 问题提出11. 2光伏电池的发电原理11.3 光伏电池的等效电路模型31.4 局部阴影遮挡下光伏组件输出特性的研究52 .实验方法62.1 多晶硅太阳能电池组件各参数 62.2 其它设备：62.3 光伏组件构造：73 .实验结果与分析83.1 对光伏组件同一串联支路内的电池片进展遮挡研究83.2 对光伏组件的多个串联支路进展遮挡研究104 .评价与解释145 .结论156参考文献：151 .引言1.1 问题提由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，是一种清洁平安 的能源，具有很大的开展前景。

目前，太阳能的利用和光伏电池的特 性研究是21世纪的热门课题，许多兴旺国家正投入大量人力物力对 太阳能接收器进展研究光伏电池作为太阳能光伏发电系统的根本发电单元，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展了探究1.2 光伏电池的发电原理如果在纯洁的硅晶体中掺入少量的 5价杂质磷〔或碑、狒等〕， 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型半导体假设将p型半导体和n型半导体两者严密结合，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〕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，以致产生电子一空穴对并且，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 这个电场除了局部抵消内建电场以外，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，那么被结分开的过剩载流子中就有一局部把能量消耗于降低 p-n结的势垒，即用于建立工作电压Vm,而剩余局部的光生载流子那么用来产生光生电流 Im1.3 光伏电池的等效电路模型当光照恒定时，由于光生电流1附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Id。

此外，由于太阳能光伏电池板前后外表的电极以及 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Rs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 都比拟小大都在10 13至几欧之间另外，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Rsh来等效相对于串联电阻来说，并联电阻比拟大，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所示图1 太阳能光找电池等勉♦路由太阳能光伏电池等效电路可得出：I I ph ID Ish其中I —流过负载的电流；Iph 一与日照强度成正比例的光生电流;I d 一流过二极管的电流；Ish广太阳能光伏电池的漏电极而q_V_IR s_ID Io e—nL1上式中，I0—反向饱和电流(一般而言，其数量级为10-4 A〕;q——电子 电荷(1. 6X1019C); K ——玻耳兹曼常数(1. 38x10 23J/K); T 一绝对 温度(T=t+273K) ; n—PN结理想因子；Rsh ——光伏电池并联电阻；Rs光伏电池串联电阻。

此外：I shV IRsRsh综上所述:q(V IRs)Iph I0[e nkT1]V IRsRsh1.4 局部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展过探 究其中大致分几个方面:遮挡率对输出特性的影响遮挡透过军5.0 10.D 15 0 20-0 25 0 电压CV)阴影电池的个数对输出特性的影响电;也叫喊口50150?0,0 £5 0功率损耗随遮光比例的变化关系0 M的J0却却划巾册茹加 4四工%藤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：7.89A2.2 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 光伏组件构造:晶硅太阳电池组件由60片156mmx 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，组件构造如下列图所示：Q-EHS—43—EH3-0%0-0 0-EH3-EH3-B3 .实验结果与分析3.1对光伏组件向一串联支路内的电池片进展遮挡研究表1对光伏组件的每一列分别遮挡匀翁羽」口 引方遮挡第n歹U温度/ C/昌照度W/ m2Voc/VIsc/APma:/WxPmax 损耗率28无遮挡47.30700.0032.246.08140.76/29147.90700.0030.946.22903135.84%30248.20707.0030.806.3090.1335.93%31348.80709.0030.806.3190.7735.51%32448.90713.0030.676.3290.31835.79%34548.80725.0030.606.5392.7(034.14%35649.70721.0030.676.5892.2：234.48%图1对光伏组件的每一列进展遮挡所得I-V曲线对上述图表的输出功率及被遮挡时受到的影响率进展分析发现:遮挡不同列时得到的I-V曲线根本重合，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：当遮挡面积一样时，无论阴 影遮挡位于哪一列上，其所产生的影响是一样的。

即阴影局部的位置 与输出功率受到的影响啊无关表2对光伏组件同一列内进展不同数目的电池片的遮挡对表2进展分析得出：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一样的， 且损耗率的 平均值为35.40%o由此可得：阴影局部面积大小也与遮挡下光伏电 池输出受到的影响无关3.2对光伏组件的多个串联支路进展遮挡研究表3对光伏组件的每一行分别进展遮挡实验编号遮挡第n行/ c3高照度/w/ m2Voc/VIsc/A1Pma/WixPmax损耗率37)59.5()665.003145.87128.67/47n160.00)657.0030230.224.7596.31%f046260.3()656.0030.160.183.7397.10%045：360.70)657.0030.160.162.7(|)97.90%04459.90)659.0030.110.13.3897.37%0。