小杰课堂 | 降低太阳能板阴影遮挡造成的电费损失
概要:太阳能光伏系统的电能源自太阳能,当太阳能组件受到阴影遮挡时,输入能量不可避免地减少。基于这个原因,在太阳能项目场地的初期规划与建设过程中,避免阴影遮挡是必须考虑的重要议题。然而,项目场地的初期规划无法控制未来可能发生的变数,即使项目竣工,也可能因周围环境的变化而面临新的遮挡问题。
鉴于此,本次课堂将讨论阴影遮挡对太阳能组件的影响,并提出相应的改善方案~
太阳能组件遇到阴影遮挡时,对单一太阳能组件的影响表现为内部电流源的短路电流Isc降低,并且I-V曲线(电流-电压曲线)发生变形。相关的实测情况可参考视频说明[1][2]。
实际应用中通常是将多片太阳能组件进行串联,以下图为例进行说明。假设组件1与组件2的照度正常,但组件3受到严重的阴影遮挡。考虑太阳能组件串联的工作特性:
(1) 串联电路中所有元件通过的电流必定相同。
(2) 组件3的输出电流小于其内部电流源的短路电流Isc=1(A)。除非,组件3的输出电压低于零,导致组件3背面Junction box(接线盒)内的By-pass diode(旁路二极管)导通。
基于上述原因,整串太阳能组件中即使只有一片受到阴影遮挡,也会导致整串太阳能组件无法达到最大功率点的电流与功率。
太阳能光伏转换器的最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracker, MPPT)工作原理可以参考[3]。在并网发电前,太阳能组件的电压为开路电压Voc。并网后,电压逐渐降低至接近最大功率点电压Vmp,此时功率趋近于峰值Pmp。此后,通过控制太阳能组件的电压在Vmp附近微小波动,使功率维持在接近Pmp的水平。
阴影遮挡是太阳能光伏系统在初期规划与建设时必须避免的风险,但项目竣工后,仍可能因周边新建因素的影响,导致太阳能组件受到阴影遮挡。遇到这些问题时,首要任务是降低发电损失。盛能杰的全系列产品均内置MPPT,以达到最大的功率输出。
另一方面,考虑到大部分项目现场并非随时都有专业的运维人员在场,因此,远程监控也是降低发电损失的有效手段。由于太阳能组件受到遮挡会导致其I-V曲线(电流-电压曲线)发生扭曲现象,实际测试结果可以参考相关的实验视频[2]。盛能杰公司的产品可支持远程观察I-V曲线的功能,并在云端监控系统中建立了扫描I-V曲线的功能。
[1] Shadows and shading and their effects on solar panels, https://www.youtube.com/watch?v=UNPJapaZlCU
[2] Effects of Shading on a Solar PV Module, https://www.youtube.com/watch?v=t-Np7kvmj1s
[3] 如何增加太阳能系统的发电收益, https://mp.weixin.qq.com/s/2fp1GT2s91Sk-24QU9ynYQ