光伏电池组件工作在无遮挡的情况下，逆变器的MPPT电压就是光伏组件P-V曲线顶点对应的电压。
但在实际应用中，光伏组件遇到局部阴影遮挡，这时的MPPT电压还跟原来一样吗？
1
由于受遮挡电池和未受电池遮挡的输出特性不一致，带来串联电池片的输出电流失配，在旁路二极管的作用下，那么对应的P-V输出特性曲线都会产生多个功率峰值点（多个极值点），I-V曲线的形状像阶梯状，出现峰值的个数取决于组件上不同的辐照强度，如100%受光和零受光两种光照条件下造成组件的输出特性出现双峰，如图1所示，其中C转折点为组件旁路二极管的导通点，如果电池片的遮挡达到一定的面积，使得组件的旁路二极管导通，组件总的输出特性近似于未被遮挡的电池的输出特性，那么此时组件的最大功率点应取A点（全局极值点），若组件的旁路二极管未导通，因为电池片串联关系，此时光伏未遮挡的电池的输出电流被遮挡单元的电流拉低，此时I-V特性曲线主要由遮挡单元的I-V特性决定，最大功率点应取曲线右侧的B点（局部极值点）。那么对于常规60片电池晶硅组件来说，如果1片电池完全遮挡后，流过被遮挡电池的工作电流大于其自身的光生电流，遮挡过的电池反偏，当反偏电压大于同串其他电池电压和旁路二极管的导通电压，旁路二极管工作，最大功率点的组件电压应由30V降低至20V。
图1
2
通过使用PVsyst模拟软件的“PV MODULE”工具，以某厂家的250P多晶组件为例，可以得到STC下单片电池不同遮挡比例下的功率输出，从图2和图3可知当该片电池的遮挡面积小于47%时，该串的旁路二极管未开启，Pm输出和Im大小随遮挡面积基本呈线性下降趋势，而在47%时两者发生了转折，因为此时被遮挡电池所在电池串的旁路二极管被正向导通，该串电池被短路，旁路后整个组件的Vm降低了三分之一，即在20V左右，而电流Im变为未遮挡电池的正常工作电流。
当旁路二极管未导通前，遮挡面积越大，组串的最大功率点对应的电压则越大，一般会超过30V，电流则越小。
图2 Pm衰减比例和单片遮挡面积的关系（以CSUN250P组件为例）
图3 STC下Vm和Im大小与单片电池遮挡面积的关系（以CSUN250P组件为例）
3
使用太阳能模拟器在STC条件下模拟测试遮挡下的组件I-V输出特性，单片电池遮挡比例分别为30%、50%、55%、60%；参考图4-7。图4和图5表示遮挡面积不足以使得该串的旁路二极管导通，由于I-V曲线发生变化，产生两个峰值点，但是最大的功率点位于曲线的右侧，电压分别为34V和35V。图6遮挡面积为55%，此时旁路二极管已经发生了导通，虽然曲线上存在2个峰值，但是经过MPPT搜索，发现真正的最大功率点则位于曲线的左侧，此时对应的电压为20V左右。
图4 单片电池遮挡30%（最大功率点处Vm=34V，Im=6.55A）
图5单片电池遮挡50%（最大功率点处Vm=35V，Im=5.1A）
图6单片电池遮挡55%（最大功率点处Vm=20.32V，Im=8.1A）
4
这里具体结合10kw（20*2）光伏阵列系统进行模拟计算，相关参数配置如表1，光伏阵列布置如图7所示，每行方阵为10片组件，两行共20片组件为一串，共两串，间距2.81米排布，逆变器为组串式逆变器，有两个MPPT，为突出阴影这个影响因素，在方阵左侧距离约1.76米处增加一睹高墙，长度4米，墙的最高点和组件边框的最低点距离约3米左右，当冬至日太阳高度角较低时，第一串的第二排和第二串的两排都将受到前排组件的阴影遮挡，具体遮挡的面积将随着太阳方位的变化而变化。
表1 相关参数配置
图7光伏阵列布置和建筑高墙位置示意图
光伏方阵的阴影遮挡情况和太阳方位有关，通过PVsyst软件可以观察一年365天的阴影变化情况，这里主要挑选有代表性的日期，如春分、夏至、秋分、冬至4个典型日。太阳辐照对发电量的影响较大，当光强较低时，阵列的发电量已经很低，表2仅列举了16:30阴影时刻的光强和阴影开始时的时间和对应的光强，随着冬季到春季时间的推移，太阳高度角发生变化，阴影开始时刻也逐渐变化，图8至图11我们可以看到四个典型日15:00时的阴影情况。
表2典型日光强（数据来自于PVSYST）
图8春分日的遮挡情况 图9夏至日的遮挡情况
图10秋分日的遮挡情况 图11冬至日的遮挡情况
不同的阴影下会带来不同的I-V曲线，如冬至日下午15:00分，见图11，其中组串中有部分电池片已经被遮挡，因组件含有旁路二极管，其I-V特性曲线会由原来的单峰变为双峰甚至多峰，从而引起IV曲线呈现非线性、多峰值的特性，由于此时光伏阵列受到的光照不均匀，遮挡比例有3种，因此出现了3个马鞍形，对应3个峰值Pm点，该例中组串逆变器的MPPT电压范围为320V-800V，此时MPP点显然仍在MPPT电压范围内，最大功率点的电压值由600V附近（该时刻，20片串联的常规组件在无遮挡的情况下，工作电压约为600V左右）转移到425V左右，Pm功率为3.47kW，参照图12和图13。
图12 冬至日15:00阵列特性P-V曲线（Pm：3.47kW，功率损失19.8%）
图13 冬至日15:00阵列特性I-V曲线（Pm：3.47kW，功率损失19.8%）
光伏组件受到局部阴影遮挡后，由于旁路二极管的作用，其输出曲线呈现多极值的特性，其最大功率点电压根据遮挡情况的不同而不同，文中以某多晶组件为例，通过PVsyst软件和室内太阳能模拟器测试进行了验证。
结果表明，当受遮挡面积达到一定程度，使得旁路二极管导通，那么最大功率点应位于I-V曲线上转折点电压的左侧；若旁路二极管未导通，那么最大功率点应位于I-V曲线上转折点电压的右侧。同理，对于多片组件串联的情况下，文中通过PVsyst软件进行了模拟仿真，结果显示，逆变器在其自身MPPT电压范围内进行搜索，而单峰寻优的传统最大功率点跟踪算法则不再适用，依据跟踪算法找到了在阴影遮挡情况下的最大功率点（当存在阴影遮挡时，MPP电压追踪应该往上和往下都有可能），如案例中冬至日下午15时组件遮挡严重，最大功率点电压已下降到425V左右，因此在局部遮荫动态环境下，逆变器的搜索算法是非常重要的。
原文始发于微信公众号（坎德拉学院）：阴影遮挡情况下，逆变器的MPPT电压怎么变化？