二极管在光伏阵列中的作用.doc

1、太 阳 能 光 电 工 程 学 院 应 用 光 伏 学 课 程 设 计 报 告 书题 目 ： 二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用及 原 理 分 析 姓 名 ： 专 业 ： 10 班 级 ： 10 准 考 证 号 ： 设 计 成 绩 ： 指 导 教 师 ： 二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 及 原 理 分 析1摘 要二 极 管 在 光 伏 系 统 中 发 挥 着 重 大 的 作 用 ， 本 文 首 先 从 二 极 管 的 作 用 及 原理 入 手 ， 系 统 的 介 绍 了 光 伏 阵 列 所 需 二 极 管 的 种 类 、 特 性 及 在 系 统 中 的 作 用 ，并

2、 系 统 阐 述 了 二 极 管 在 光 伏 阵 列 的 工 作 原 理 。 在 本 文 我 们 用 图 表 的 形 式 来 描 述太 阳 能 电 池 的 内 部 结 构 、 伏 安 特 性 ， 并 以 此 为 基 础 建 立 等 效 电 路 图 。 利 用Matlab 和 Simulink 仿 真 工 具 ， 建 立 光 伏 阵 列 的 仿 真 模 型 ， 通过仿真计算和分析可知，在太阳电池模型中的二极管 D 是起到分流光生电流的作用，二极管的导通电压的大小可以影响太阳电池输出电流，提高二极管 D 的导通电压，可以减小太阳电池的暗电流，提高太阳电池的输出功率，而在光伏组件中反向并联旁路二极管

3、作用是可以减小热斑现象对光伏组件影响，选择导通电压低的旁路二极管可以提高组件或光伏阵列的输出功率，得 出 在 组 成 光 伏 阵 列 的 支 路 中 串 联 二 极管 可 以 起 到 电 压 钳 位 作 用 ， 但 能 引 起 附 加 损 耗 的 结 论 。 研 究 结 果 表 明 正 确 选择 二 极 管 的 导 通 电 压 对 提 高 光 伏 组 件 和 阵 列 输 出 功 率 是 有 益 的 。 太阳能电池阵列对于遮挡十分敏感。中间解释了在串联回路中，每个组件或部分电池被遮光，就可能造成该组件或电池上产生反向电压，严重时可能对组件造成永久性的损坏。由此引起的热斑效应。关 键 词 :太 阳

4、 能 电 池 二 极 管 光 伏 阵 列 二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 及 原 理 分 析2目 录绪 言 31.二 极 管 原 理 .41.1 二 极 管 概 要 41.2 二 极 管 特 性 42.二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 .42.1 太 阳 能 电 池 特 性 42.2 二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 63.光 伏 阵 列 的 仿 真 .9参 考 文 献 11二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 及 原 理 分 析3绪 言随 着 全 球 气 候 变 暖 、 污 染 问 。 题 日 益 严 重 ， 从 传 统 能 源 向 可

5、再 生 能 源的 转 变 势 在 必 行 。 其 中 太 阳 能 作 为 可 再 生 能 源 的 重 要 部 分 ， 最 近 几 年 已 经得 到 了 很 广 泛 的 应 用 ， 如 何 提 高 太 阳 能 的 利 用 效 率 成 为 研 究 热 点 之 一 。 本文 首 先 对 二 极 管 的 工 作 原 理 入 手 ， 利 用 太 阳 能 的 内 部 结 构 、 伏 安 特 性 建 立 等效 电 路 ， 再 根 据 电 路 分 析 的 知 识 解 答 伏 安 特 性 的 表 达 式 。 分 析 二 极 管 在 太阳 能 电 池 、 组 件 及 阵 列 中 的 作 用 ， 及 其 导 通 电

6、 压 的 大 小 对 光 伏 应 用 效 果 的 影响 。 详 细 的 介 绍 了 旁 路 二 极 管 ， 以 及 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 。 利用Matlab 和Simulink 仿真工具建立光伏阵列的仿真模型，从而更加系统的说明二极管对光伏阵列的影响，其分析结果具有较好的实践价值。通过仿真计算和分析可知，在太阳电池模型中的二极管D 是起到分流光生电流的作用，二极管的导通电压的大小可以影响太阳电池输出电流，提高二极管D 的导通电压，可以减小太阳电池的暗电流，提高太阳电池的输出功率，而在光伏组件中反向并联旁路二极管作用是可以减小热斑现象对光伏组件影响，选择导通电压低的旁路二极管可以

7、提高组件或光伏阵列的输出功率。在组成光伏阵列的支路中串联二极管可以起到电压钳位作用，但能引起附加损耗;而在阵列支路中没有串联二极管，在出现光斑现象严重时，可能出现支路间的回路电流，增加了电路的附加损耗。由于二极管导通时有损耗，建议使用导通电压低的二极管。二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 及 原 理 分 析41.二 极 管 原 理1.1 二 极 管 概 要二 极 管 又 称 晶 体 二 极 管 ,简 称 二 极 管 (diode);它 只 往 一 个 方 向 传 送 电 流的 电 子 零 件 。 它 是 一 种 具 有 1 个 零 件 号 接 合 的 2 个 端 子 的 器 件 ，

8、 具 有 按 照外 加 电 压 的 方 向 ， 使 电 流 流 动 或 不 流 动 的 性 质 。 晶 体 二 极 管 为 一 个 由 p 型半 导 体 和 n 型 半 导 体 形 成 的 p-n 结 ， 在 其 界 面 处 两 侧 形 成 空 间 电 荷 层 ， 并 建有 自 建 电 场 。 当 不 存 在 外 加 电 压 时 ， 由 于 p-n 结 两 边 载 流 子 浓 度 差 引 起 的扩 散 电 流 和 自 建 电 场 引 起 的 漂 移 电 流 相 等 而 处 于 电 平 衡 状 态 。 1.2 二 极 管 特 性二 极 管 的 单 向 导 电 特 性 ， 几 乎 在 所 有 的

9、电 子 电 路 中 ， 都 要 用 到 半 导 体 二极 管 ， 它 在 许 多 的 电 路 中 起 着 重 要 的 作 用 ， 它 是 诞 生 最 早 的 半 导 体 器 件 之一 ， 其 应 用 也 非 常 广 泛 。 二 极 管 的 管 压 降 ： 硅 二 极 管 （ 不 发 光 类 型 ） 正 向 管压 降 0.7v， 锗 管 正 向 压 降 为 0.3v 发 光 二 极 管 正 向 管 压 降 为 随 不 同 发 光 颜色 而 不 同 。二 极 管 的 电 压 与 电 流 不 是 线 性 关 系 ， 所 以 在 将 不 同 的 二 极 管 并 联 的 时 候要 接 相 适 应 的 电

10、 阻 。晶 体 二 极 管 为 一 个 由 p 型 半 导 体 和 n 型 半 导 体 形 成 的 p-n 结 ， 在 其 界面 处 两 侧 形 成 空 间 电 荷 层 ， 并 建 有 自 建 电 场 。 当 不 存 在 外 加 电 压 时 ， 由 于p-n 结 两 边 载 流 子 浓 度 差 引 起 的 扩 散 电 流 和 自 建 电 场 引 起 的 漂 移 电 流 相 等 而处 于 电 平 衡 状 态 。当 外 界 有 正 向 电 压 偏 置 时 ， 外 界 电 场 和 自 建 电 场 的 互 相 抑 消 作 用 使 载 流子 的 扩 散 电 流 增 加 引 起 了 正 向 电 流 。2.

11、二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用2.1 太 阳 能 电 池 特 性太阳电池发电的能量来源于太阳，当受光照射的光伏电池接上负载时，光生电流流过负载，并在负载的两端建立起端电压，这时晶硅太阳电池的等效电路图如图1 所示，太阳电池通常用半导体制成的p-n 结的光伏器件，因而太阳电池的基本特性和二极管相似，它的伏安特性曲线是单调增长或单调下降的，它同时是电流控制又是电压控制的。具有单调型非线性电阻的特性，非线性电二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 及 原 理 分 析5阻是单向性的，当加在非线性电阻两端的电压方向不同时，流过它的电流完全不同。图 1 光伏电池等效电路图图1 中太

12、阳电池看作为稳定地光生电流Iph的电流源，与之并联的有一个处于正偏压下的二极管及一个并联电阻Rsh 。显然正向二极管的暗电流Id和并联电阻的旁路电流Ish都要靠Iph来提供，剩余的电流经过一个串联电阻RS流出太阳电池而进入负载RL 。利用Simulink 建立太阳电池模型并对1 000W/m2的光照强度下的太阳电池进行仿真，由此得到单元太阳电池特性曲线如图2，从太阳电池特性曲线中可以看出，太阳电池是一种非线性直流电源，从负载端看太阳电池具有电流源的特性即可以短路，也具有电压源的特性即可以开路，其动态电阻是电压对电流的导数，对不同日照情况每条曲线都存在一个最大输出功率点，这个功率点对应唯一的输出

13、电压和电流。硅太阳电池的工作点是太阳电池V-I 曲线与负载特性曲线的交点。最大功率跟踪就是改变负载电阻从太阳电池电源中获得最大功率。负载电阻的改变可以通过PWM 控制技术实现，这样就实现了最大功率点的跟踪控制。但是值得注意的是硅太阳电池具有非线性特性，即使相同的太阳电池，在不同的光强照射下，它的等效匹配电阻也是不同的，当光照强度改变时，其端口的等效匹配电阻就发生变化，为了获得最大的输出功率，必须通过改变负载电阻以匹配。光照强度对晶硅太阳电池最大功率点处的电压Ums影响不大，但是流过负载的电流却随着光强度的增加而大幅增加，因此最佳匹配等效电阻减小。具有近似反比例函数关系。二 极 管 在 光 伏

14、阵 列 中 的 作 用 及 原 理 分 析6图2 太阳电池特性曲线因太阳电池是由p-n 将光能转化电能，其并联二极管D 就有势垒电压，这个电压影响二极管D的导通电压，对其开路电压是有影响的，同时二极管D 的导通电压的大小可以确定暗电流Id大小，当光生电流Iph的数值一定时，也确定太阳电池的输出电流的大小，进而影响输出功率。2.2 二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用太 阳 能 电 池 阵 列 对 于 遮 挡 十 分 敏 感 。 在 串 联 回 路 中 ， 每 个 组 件 或 部 分 电池 被 遮 光 ， 就 可 能 造 成 该 组 件 或 电 池 上 产 生 反 向 电 压 ， 严

15、重 时 可 能 对 组 件 造成 永 久 性 的 损 坏 。 因 此 ， 在 安 排 光 伏 电 池 板 串 联 时 ， 一 般 是 先 根 据 所 需 电 压 ，将 若 干 光 伏 电 池 组 件 串 联 ， 构 成 若 干 串 列 ， 再 根 据 电 池 所 需 电 流 容 量 进 行 并联 。 光 伏 电 池 并 联 时 ， 如 果 一 串 联 支 路 中 部 分 电 池 的 光 照 被 遮 挡 ， 将 被 当 做负 载 消 耗 其 他 有 光 照 的 太 阳 能 电 池 串 列 所 产 生 的 能 量 。 被 遮 挡 的 太 阳 能 电 池组 件 此 时 将 会 发 热 ， 这 就 是

16、 热 斑 效 应 。 为 了 减 少 热 斑 效 应 的 影 响 ， 在 串 联 回路 中 的 每 个 光 伏 电 池 组 件 上 安 装 旁 路 二 极 管 ， 被 遮 挡 电 池 板 将 通 过 旁 路 二 极管 导 通 整 个 阵 列 的 电 流 ， 使 被 遮 挡 的 光 伏 电 池 不 构 成 负 载 。在 储 能 的 蓄 电 池 或 逆 变 器 与 光 伏 阵 列 之 间 串 联 一 个 屏 蔽 二 极 管 ， 又 称 防 反 充二 极 管 、 阻 塞 二 极 管 或 闭 锁 二 极 管 。 其 作 用 是 避 免 由 于 太 阳 电 池 方 阵 在 阴 雨天 和 夜 晚 不 发

17、电 或 出 现 短 路 故 障 时 ， 光 伏 电 池 所 发 电 压 低 于 其 供 电 的 直 流 母线 电 压 ， 蓄 电 池 或 逆 变 器 向 光 伏 阵 列 反 向 放 点 ， 导 致 光 伏 电 池 板 反 充 发 热 造成 损 坏 ， 缩 短 蓄 电 池 的 使 用 寿 命 。 屏 蔽 二 极 管 串 联 在 太 阳 能 电 池 阵 列 电 路 中 ，起 单 向 导 通 的 作 用 。 它 必 须 能 够 承 受 足 够 大 的 电 流 ， 而 且 正 向 电 压 降 要 小 ，反 向 饱 和 电 流 都 要 很 小 ， 避 免 电 能 无 谓 的 消 耗 在 二 极 管 中

18、。 如 果 阵 列 的 功 率二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 及 原 理 分 析7很 大 ， 可 以 用 几 个 二 极 管 并 联 或 者 分 别 把 每 个 二 极 管 接 在 阵 列 的 一 个 串 联 组件 上 ， 然 后 并 联 接 出 ， 一 般 那 可 选 用 合 适 的 整 流 二 极 管 作 为 防 反 充 二 极 管 。热 斑 效 应 是 指 当 组 件 中 的 一 个 电 池 或 一 组 电 池 被 遮 光 或 损 坏 时 ， 工 作 电流 超 过 了 该 电 池 或 电 池 组 降 低 了 的 短 路 电 流 ， 在 组 件 中 会 发 生 热 斑 加

19、热 。 此时 受 影 响 的 电 池 或 电 池 组 被 置 于 反 向 偏 置 状 态 ， 消 耗 功 率 ， 从 而 引 起 过 热 。可 见 ， 热 斑 即 组 件 发 热 或 局 部 发 热 ， 热 斑 处 电 池 片 受 到 损 伤 ， 降 低 组 件 功 率输 出 甚 至 导 致 组 件 报 废 ， 严 重 降 低 组 件 的 使 用 寿 命 ， 对 电 站 发 电 等 安 全 造 成隐 患 。 热 量 聚 集 导 致 组 件 不 良 或 损 坏 。 电 池 组 件 热 斑 的 形 成 ， 外 部 因 素 主 要事 组 件 或 局 部 组 件 受 到 遮 挡 物 遮 挡 ， 常 见

20、 的 遮 挡 物 有 ： 树 叶 、 尘 土 、 云 层 、动 物 及 动 物 粪 便 、 积 雪 等 ； 内 在 因 素 有 太 阳 电 池 内 阻 和 太 阳 电 池 自 身 逆 电 流大 小 有 关 。 从 电 池 片 的 实 际 等 效 电 路 即 可 分 析 到 此 结 论 。 负 载 与 太 阳 电 池 内阻 串 联 ， 由 等 效 电 路 图 得 到 流 过 负 载 的 电 流 ： I= Iph ID ISh 则 串联 电 阻 工 作 功 率 ： P = I2Rs ,故 Rs 对 电 池 片 温 度 的 影 响 是 肯 定 的 ， 对 于 电池 片 来 讲 ， 内 阻 越 小 越

21、 好 。 内 阻 主 要 是 电 池 片 自 身 由 于 制 作 工 艺 产 生 的 内 阻外 ， 还 有 就 是 焊 带 产 生 的 内 阻 ， 因 此 ， 对 于 电 池 片 的 焊 接 工 艺 应 该 引 起 充 分重 视 ， 对 焊 带 的 选 择 也 应 该 选 择 内 阻 小 的 为 好 ； 至 于 逆 电 流 因 素 ， 还 是 要 从实 际 等 效 电 路 分 析 ， 对 于 不 同 的 电 池 片 ， 其 暗 电 流 有 差 异 。 组 件 短 路 ， 遮 挡组 件 上 的 某 片 电 池 片 无 法 正 常 工 作 ， 相 对 于 组 件 来 说 其 是 个 内 阻 ， 消

22、 耗 ：P = I2 R (R ： 被 遮 挡 电 池 片 的 等 效 内 阻 )。 由 图 知 被 遮 挡 的 电 池 片 的 生 热电 流 为 I = ID + ISh （ I :逆 电 流 ， ID :暗 电 流 ， Ish: 漏 电 流 ） ， 故 ，逆 电 流 较 大 的 太 阳 电 池 硅 片 ， 在 外 界 环 境 相 同 的 条 件 下 ， 其 产 生 热 斑 的 可 能性 较 大 。 安 装 在 外 部 环 境 下 的 组 件 阵 列 温 度 T 与 日 照 强 度 L、 系 统 环 境 温度 Ts、 内 阻 产 生 的 温 度 Ti 相 关 。 组 件 温 度 可 表 示

23、为 ： T = T0 Ts + L Ti（ T0、 、 是 根 据 实 验 数 据 按 最 小 二 乘 法 处 理 后 所 得 的 系 数 ，系 数 值 与 所 使 用 的 太 阳 电 池 的 类 型 、 安 装 地 点 、 支 架 形 式 等 因 素 都 有 关 系 ）热 斑 的 危 害 是 巨 大 的 ， 而 且 组 件 阵 列 电 站 如 在 无 人 维 护 的 情 况 下 ， 热 斑 效 应也 极 易 发 生 ， 怎 么 才 能 避 免 或 减 轻 热 斑 的 对 组 件 的 不 利 影 响 成 为 组 件 设 计 的重 要 问 题 。 现 在 的 情 况 是 在 组 件 电 池 串

24、上 并 联 旁 路 二 极 管 的 方 法 来 减 轻 热 斑的 影 响 。 首 先 来 看 看 热 斑 的 形 成 原 理 ：二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 及 原 理 分 析8图 3 热 斑 形 成 原 理被 遮 挡 的 电 池 片 不 再 发 电 ， 自 身 相 当 于 一 个 消 耗 电 阻 ； 在 其 两 端 产 生 S-1 片 电 池 片 的 方 向 偏 压 ， 如 无 旁 路 二 极 管 保 护 ， 则 组 件 电 流 流 过 后 将 产 生 热 量 。组 件 的 正 向 I-V 特 性 曲 线 和 被 遮 挡 的 电 池 片 的 反 向 I-V 特 性 曲 线

25、相 交 出 形成 的 阴 影 为 电 池 片 的 最 大 消 耗 功 率 。 在 每 个 光 伏 组 件 上 并 联 一 个 正 向 二 极 管实 现 电 流 的 旁 路 ， 该 二 极 管 称 为 旁 路 二 极 管 。 其 具 体 的 连 接 方 法 是 在 每 个 光伏 电 池 板 输 出 端 子 处 正 向 并 联 旁 路 二 极 管 ， 认 为 降 低 光 伏 电 池 板 正 向 的 等 效击 穿 电 压 。 旁 路 二 极 管 平 时 不 工 作 ， 耐 受 反 向 偏 压 ， 正 常 运 行 期 间 不 存 在 功率 消 耗 。 大 多 数 旁 路 二 极 管 的 最 大 击 穿

26、 电 压 只 有 45V 到 60V。 然 而 ， 它 们能 处 理 的 静 电 放 电 也 较 低 。当 光 伏 阵 列 由 若 干 串 列 并 联 时 ， 在 每 串 中 都 要 串 联 二 极 管 ， 随 后 在 并 联 ，以 防 某 串 列 出 现 遮 挡 或 故 障 时 消 耗 能 量 和 影 响 其 它 正 常 阵 列 的 能 量 输 出 。 该二 极 管 称 为 隔 离 二 极 管 ， 隔 离 二 极 管 从 一 定 意 义 上 说 也 是 屏 蔽 二 极 管 。 施 工现 场 中 系 统 总 要 安 装 蓄 电 池 ， 有 时 由 于 不 注 意 ， 或 为 弄 懂 其 工 作

27、 原 理 ， 可 能会 将 正 负 极 接 错 。 现 在 一 般 采 用 二 极 管 对 电 路 进 行 保 护 或 用 继 电 器 防 止 反 接 ，使 蓄 电 池 接 错 时 不 闭 合 ， 系 统 中 无 电 流 ， 但 继 电 器 要 消 耗 23W 的 电 能 ， 而且 全 天 耗 能 。 在 阴 天 时 这 种 能 耗 则 相 当 可 观 。 而 只 安 装 二 极 管 只 能 保 护 电 路中 的 器 件 免 受 损 失 却 无 法 保 护 蓄 电 池 组 。 系 统 中 的 二 极 管 通 常 使 用 整 流 型 的二 极 管 ， 其 容 量 选 型 要 留 有 余 量 ，

28、其 电 流 容 量 应 能 够 达 到 预 期 最 大 运 行 电 流的 两 倍 ， 耐 压 容 量 应 能 够 达 到 反 向 最 大 工 作 电 压 的 两 倍 。 串 联 在 电 路 中 的 屏蔽 二 极 管 由 于 存 在 导 通 管 压 降 ， 运 行 期 间 要 消 耗 一 定 的 功 率 ， 一 般 小 容 量 整流 型 硅 二 极 管 压 降 在 0.6V 左 右 ， 其 消 耗 的 功 率 为 其 所 通 过 电 流 值 乘 以 管 压二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 及 原 理 分 析9降 电 压 值 ， 不 要 忽 视 这 部 分 损 耗 ， 如 光 伏 阵

29、 列 输 出 的 额 定 电 压 是 100V， 在二 极 管 上 的 功 率 和 电 阻 损 耗 将 达 到 0.6%， 大 容 量 整 流 型 二 极 管 模 块 由 于 其管 压 降 高 达 12V 左 右 ， 其 损 耗 将 更 大 。 若 将 此 屏 蔽 二 极 管 由 硅 整 流 型 二 极管 换 为 肖 特 基 二 极 管 ， 其 管 压 降 降 为 0.2V0.3V， 对 节 约 功 率 损 耗 有 一 定 效果 ， 但 肖 特 基 二 极 管 容 量 和 耐 压 值 一 般 来 说 相 对 较 小 。 太 阳 能 光 伏 板 外 接 旁路 二 极 管 ， 生 产 费 用 增

30、多 ， 重 量 增 加 。 因 此 可 使 用 整 体 二 极 管 太 阳 能 电 池 代替 旁 路 二 极 管 ， 可 以 收 到 同 样 效 果 。 整 体 二 极 管 电 池 是 太 阳 能 电 池 与 二 极 管的 组 合 体 ， 同 制 作 在 一 块 硅 片 上 。 二 极 管 可 制 作 电 池 的 正 面 ， 也 可 制 作 在 电池 的 背 面 。 如 果 利 用 制 作 电 池 时 形 成 的 p-n 结 在 电 池 的 正 面 制 得 一 个 台 面型 二 极 管 ， 就 称 为 台 面 型 二 极 硅 太 阳 能 电 池 。总 之 ， 每 块 组 件 中 都 反 向 并

31、 联 二 个 二 极 管 ， 二 极 管 将 组 件 中 单 元 电 池 均匀 分 成 二 部 分 ， 每 部 分 串 联 的 单 元 电 池 的 正 负 极 反 向 并 接 一 个 二 极 管 ， 再 串联 组 成 组 件 ， 二 极 管 反 向 串 联 桥 式 并 接 在 这 个 组 件 中 ， 用 这 些 组 件 串 联 可 以组 成 适 合 逆 变 器 端 口 电 压 的 光 伏 阵 列 ， 如 果 在 这 条 支 路 中 有 一 个 二 极 管 不 能正 常 工 作 ， 这 时 的 现 象 等 同 与 没 有 反 向 并 联 旁 路 二 极 管 的 单 体 电 池 串 联 情 况 ，

32、当 二 极 管 都 可 以 正 常 工 作 时 ， 二 极 管 不 影 响 组 件 的 端 电 压 和 电 流 ; 如 出 现热 斑 现 象 ， 并 联 旁 路 二 极 管 可 以 为 一 部 分 电 流 提 供 通 路 ， 使 支 路 电 流 没 有 降低 太 多 ， 保 证 组 件 的 输 出 功 率 降 低 不 大 。 由 于 每 个 光 伏 阵 列 的 功 率 一 般 有 几千 瓦 到 几 百 千 瓦 ， 一 个 串 联 支 路 满 足 不 了 ， 有 几 个 或 十 几 个 支 路 并 联 ， 每 个支 路 串 联 一 个 二 极 管 或 没 有 串 联 二 极 管 并 联 送 至

33、逆 变 器 的 输 入 端 口 。3.光 伏 阵 列 的 仿 真并联旁路二极管可以为一部分电流提供通路，使支路电流没有降低太多，保证组件的输出功率降低不大。由于每个光伏阵列的功率一般有几千瓦到几百千瓦，一个串联支路满足不了，有几个或十几个支路并联，每个支路串联一个二极管或没有串联二极管并联送至逆变器的输入端口，以二条支路为例进行仿真计算，每条支路串联9 块组件，组件特性同上，并考虑支路中的一块组件被遮挡，其余的没被遮挡，表4、表5 是阵列输出功率最大时的仿真结果。二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 及 原 理 分 析10从表4可以看出在支路中串联二极管引起附加损耗，并且当二极管的导

34、通电压提高损耗会随之增加，但会对支路的工作电压起到钳位作用，当出现光线遮挡时，支路、支路的工作电流不同，互不影响。从表5 得到由于没有二极管的损耗，阵列总输出功率比阵列中串联二极管的总输出功率高，由于光强度对硅太阳电池最大功率点处的电压影响不大，因而对阵列的最佳工作电压影响较小，支路、支路的工作电流也是不同的，在最大输出功率工作点处，支路、支路联合向负载提供功率，但需要说明的是，在阵列的端电压接近开路电压时，支路的电流为负，等于支路的电流，在两条支路中形成了回路，也就是说，支路分流了支路的电流，减小了向负载提供电流，引起回路中的附加损耗，并且这种现象随着光强度的减弱而加重。通过仿真计算和分析可

35、知，在太阳电池模型中的二极管D 是起到分流光生电流的作用，二极管的导通电压的大小可以影响太阳电池输出电流，提高二极管D 的导通电压，可以减小太阳电池的暗电流，提高太阳电池的输出功率，而在光伏组件中反向并联旁路二极管作用是可以减小热斑现象对光伏组件影响，选择导通电压低的旁路二极管可以提高组件或光伏阵列的输出功率。在组成光伏阵列的支路中串联二极管可以起到电压钳位作用，但能引起附加损耗;而在阵列支路中没有串联二极管，在出现光斑现象严重时，可能出现支路间的回路电流，增加了电路的附加损耗。由于二极管导通时有损耗，建议使用导通电压低的二极管。二 极 管 在 光 伏 阵 列 中 的 作 用 及 原 理 分 析11参 考 文 献1 王长贵，王斯成 太阳能光伏发电实用技术M.2 哈尔滨工业大学学报，2006，38( 11) : 1888 18923 山东大学学报: 工学版， 2008， 39( 1) : 122 1264 北京: 国防工业出版社， 2009， 133 1915 青岛大学学报: 工程技术版， 2006，21( 4) : 74 77