PV系统中的阴影损耗以及减轻它们的技术

什么是光伏系统遮阳损失?

光伏(PV)系统通过该系统产生电力 光伏作用 当阳光敲击构成太阳能电池的材料上松动时。因此,每当电池或面板由于阴影阻塞由于阴影而不会接收阳光时,它会降低该太阳能部分产生的电量。这就是所谓的光伏系统遮阳损失。
这种障碍物可以来自各种来源:
  • 附近的物体,如树木,天线或杆子
  • 来自其他光伏面板行的“自我阴影”
  • 地平线着色从围绕安装现场的地形
  • 其他因素如面板方向,污染或差动老化

阴影对光伏输出的影响

那么太阳能效率的意思是什么意思?

直觉建议面板的电源输出将与阴影的区域成比例地减少。

然而,这种情况并非如此。在他的书中可再生能源高效电力系统斯坦福大学的吉尔大师展示了小型太阳能模块中36间电池中的一个只有一个超过75%的电力输出。

这是对的,只有1/36的细胞的阴影可以将功率输出降低75%。

为什么最小的阴影会导致断开功率损耗?

为了概念化为什么阴影导致如此严重的损失,使用流入管道中的水的类比有助于。通过管道的水流速是恒定的,就像通过电池串的电流一样,对于给定的辐照度水平是恒定的。

一串太阳能电池对流过管道的水进行了分析
水管与太阳能电池串的类比。

阴影太阳能电池类似于在水管中引入堵塞。管道中的堵塞限制了水流通过整个管道。类似地,当太阳能电池被阴影时,通过整个串的电流减小。

这是显着的,因为小区串中的每个单元格都必须在阴影小区设定的电流下操作。这可以防止未脉冲细胞以最大功率运行。

基本上,每个细胞都像链接中的链条一样。阴影单元格是“最弱的链接”,减少了所有剩余的单元格的功率可用性。所以是的,只有少量的阴影可以对太阳能电池板的电源输出具有急剧效果。

类似的原理适用于连接在一起的PV模块。如果只有单个模块是阴影的,则流过整个模块的整个模块的电流可能会严重降低,导致电力输出的可能性显着损失。

如何减少阴影损失

您可能已阅读前一段,并认为希望为您的光伏系统损失希望,但恐惧不是!幸运的是,有许多不同的不同可应用于光伏系统设计的方法以减少阴影损耗。这些包括使用不同的弦布线布置,旁路二极管和模块级电力电子(MLPES)。

排列安排

连接串联串的模块,串可以并联连接到逆变器。通过字符串的所有模块的电流必须相同,并且并联字符串的电压必须是相同的。

正如我们在最后一节中看到的那样,字符串中的阴影模块可以显着降低字符串的电源输出。但是,一个字符串中的阴影模块不会降低并行串的电源输出。因此,通过将阴影模块分组成单独的字符串,可以最大化阵列的整体功率输出。

例如,在具有栏杆壁的商业系统中,它可以有利于将从栏杆接收阴影的组模块进入串,并保持未在单独的并联字符串中从栏杆接收阴影的模块。这样,未横盘串可以保持更高的电流和功率输出。

旁路二极管

旁路二极管是模块中的设备,允许电流“跳过”模块的阴影区域。通过利用旁路二极管,未脉冲细胞串的较高电流可以在阴影单元串周围流动。但是,这是以丢失跳过的电池的输出来牺牲。

尽管对于每个太阳能电池具有旁路二极管是理想的理想,但由于成本原因,典型的太阳能模块将有三个旁路二极管,有效地将细胞分组为三个串联电池串(见下文)。例如,60单元模块通常为每20个单元具有一个旁路二极管。

具有三个串联的光伏模块
PV模块包含串联三个单元串,每个单元串具有并联旁路二极管。

模块级电力电子(MLPES)

MLPE是连接到各个模块的设备,以便在阴影条件下提高性能(尽管存在不匹配缓解和模块级监测等其他益处)。

这是通过在模块级执行最大功率点跟踪来完成的。MLPE包括直流优化器和微逆器。

直流优化器

直流优化器调整其输出电压和电流,以保持最大功率,而不会影响其他模块的性能。

例如,当阴影模块产生具有较低电流的电力时,DC优化器将提高其输出端的电流以匹配流过未容忍的模块的电流;为了补偿,优化器将其输出电压降低相同的电压,其增加电流。这允许阴影模块在不阻碍其他模块的输出的情况下产生相同量的电力。利用DC优化器的系统仍然需要逆变器将电力从DC转换为AC。

微逆变器

与具有单个逆变器维修所有面板的逆变器相反,每个面板都可以具有与其连接的小型逆变器,以将其从直流电流(DC)输出转换为交流电流(AC)。由于每个微晶片具有MPPT,并且它们的输出并联连接,因此每个面板将在其最大功率点处运行,而不会影响其他面板。

利用微逆器和使用DC优化器的PV系统的PV系统简化示意图。
利用微逆变器(顶部)和使用DC优化器(底部)的PV系统的简化示意图。

遮阳损耗技术比较 - 使用极光太阳能德赢棋牌网址go.vwin668.com

使用Aurora的仿真引擎,我们将三种不同的光伏系统的性能进行了比较,这是经过显着的阴影。

如下图所示,我们在屋顶边缘附近放置了3.12千瓦系统,靠近它的高大的树木。注意,虽然这种设计有效地展示了阴影条件中这些系统拓扑的性能差异,但它不是最佳甚至是实用的设计。我们的调查结果总结在下面的“结果”部分中。

该案例研究的房屋的辐照度图,具有3.12千瓦系统,部分遮蔽了树木
分析本案研究的系统采用3.12千瓦系统,部分遮蔽了树木。

结果

利用不同MLPE组件的PALO ALTO家用光伏系统性能模拟结果。两种MLPE输出之间的差异归因于逆变器效率的差异。资料来源:极光太go.vwin668.com德赢棋牌网址阳能。

系统拓扑 年产量 用MLPES改进
弦逆变器 2,585千瓦时/年 N / A.
微逆变器 3,033千瓦时/年 + 17.3%
直流优化器 3,035千瓦时/年 + 17.3%

我们的研究结果表明,在这些条件下使用MLPES每年增加17.3%,显示使用这些组件进行阴影缓解的益处。另外,使用微逆变器或DC优化器的系统的有效产量大致相同,尽管由于效率曲线的差异,在某些情况下可能存在较小的差异(大约1%)。

出于同样的原因,它们可以通过去耦模块输出来减轻遮阳帘损失,MLPE可以消除模块到模块的失配损失。这些损耗通常由制造变化引起的,导致相同类型的两个模块的电特性略微差异。由于MLPES允许模块彼此独立地操作,因此这些变化不会影响系统的整体性能。

太阳能光伏教育101:一系列

这篇文章PV系统的阴影损耗以及减轻它们的技术是的一部分太阳能光伏教育101一系列六篇文章系列,可作为初学者太阳能光伏基础的介绍性底漆。

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请参阅此处的其他文章:

第1条:初学者的太阳能指南

第2条:光伏系统如何生产电力

第3条:阅读您的电费票据:初学者指南

第四条:如何从电费尺寸尺寸

第5条:PV系统的阴影损失,以及减轻它们的技术

第六条:指导光伏系统成本的基本原则

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