组串遮挡,不像你想的那么简单!

组串遮挡,不像你想的那么简单!

引言

 

在光伏电站中,尤其是山地光伏电站中,常会出现因地形等原因个别组串出现严重遮挡的情况。如下图中所示,位于同一行的组串,右侧的组串已经严重遮挡,左侧的组串情况稍好,从图中可以推测再往左边的组串应该是基本没有遮挡。

 

这种情况下,组件竖向两行布置,上下同串,下面一行组件被严重遮挡,整个组串(下文中称之为组串X)会处于什么状态?为什么?

 

组串遮挡,不像你想的那么简单!

 

A: 下面11块组件旁路二极管导通,被旁路掉,上面11块组件仍然正常工作;

 

B: 整个组串均无功率输出。

 

这是一位现场人员实际遇到的问题,按照其自己的理解,此时应该是情况A。理由如下:

 

常规组件中串联了60片光伏电池片,同时设有三个旁路二级管,每20个电池片与一个旁路二极管并联。

 

组串遮挡,不像你想的那么简单!

当组件中的部分电池片被遮挡时,该部分电池片由于光生电流减小而成为了串联回路中的负载,降低了整个组件的输出功率。当该负载达到一定程度,使得并联的旁路二极管两端的电压差大于旁路二极管的导通电压时,旁路二极管正向导通,回路中的电流将直接通过该旁路二极管而不会通过与其并联的20片光伏电池片,这20片光伏电池片被旁路掉,在回路中不产生任何作用。

 

组串遮挡,不像你想的那么简单!

 

对于竖向布置的组件,当前排对后排产生阴影遮挡时,三个旁路二极管所并联的电池片中都有部分电池片被遮挡,因此三个旁路二极管均会导通。

 

组串遮挡,不像你想的那么简单!

 

再从组串来看,一个组串中22块组件为串联,其中11块旁路掉后,另11块似乎并不受影响,只不过组串的整体输出功率低了,所以A应该比较正确。

 

带着这个想法,现场人员实际测了一下组串X的电流,测量结果是:

 

组串遮挡,不像你想的那么简单!

 

0.7A!!几乎是没有电流,这大大在他预料之外。

 

这是为什么?有没有可能是组件质量问题? 旁路二极管应该导通却没有导通?

 

带着这个疑问现场又进行了测试,尝试筛选出损坏的组件:

 

将组串X从光伏系统中断开,然后将组串X中的中组件每4块进行串联(上面无遮挡两块,下面有遮挡两块),从左到右依次用仪器测量其输出,如果是因为某块组件损坏导致的该问题,则与其一组的4块串联组件将没有输出。

 

然而结果却是全部都有电流输出,没有任何一组测试因为下面组件遮挡而电流降低到几乎为零,这也就说明组串X中的组件全部都能正常工作,没有损坏的情况。

 

然而将组串X重新串联好接入光伏系统,测量其输出电流又成为了0.7A。

 

如此看来问题应该出现在组串X接入或不接入光伏系统这一点上。对比组串接入光伏系统与不接入光伏系统,两者区别在于当将组串接入光伏系统后,系统中存在与该组串并联的其他组串(正常工作无遮挡)以及存在逆变器的MPPT调节,让我们看看加入这两个因素是否能推论出组串X输出电流几乎为零这一结果。

 

我们一步步来看整个遮挡的过程:

 

1. 在遮挡发生的初期,组件最下面一行电池片少量被遮挡,其输出电流有所下降,但并不会下降到非常低;

 

2. 当遮挡严重到一定程度,下面一排11块组件的所有旁路二极管导通,只剩下上面11块组件工作,此时若只看该组串而不看光伏系统,那么得到的结果是该组串电压降低到原来的一半左右,仍然可以正常工作输出电流;

 

3. 然后将光伏系统纳入到考虑范围中后,由于与组串X并联的其他组串仍正常工作,因此其他组串的电压将是组串X的两倍左右。逆变器的MPPT跟踪的是最大功率,正常工作的组串都是22块组件在工作,而组串X只有11块组件,因此为了维持该MPPT下的光伏系统输出功率最大,系统的电压将维持正常工作组串的电压水平附近,不会有较大下降,以避免其他组串输出功率下降,所以组串X的电压将被抬升,从IV曲线可以看出,随着组件电压升高,电流的下降速率是逐渐加大的,越接近于开路电压,电流下降速度越快。因此组串X的电缆随着电压的升高迅速下降,从IV曲线看的话,一直可以下降到0;

 

然而现在组串X中能够提供电压的只有11块组件,其产生的电压始终无法与22块组件相当。当组串X中组件电压均达到开路电压后,组串X的电压达到最大值,无法继续升高。此时光伏系统中的电压仍高于组串X的电压,那么该组串中电流方向理论上应该逆转,然而PN结具有单向导通性(包括电池片和旁路二极管),对于反向的电流,PN结均处于反向截止状态,只有非常低的反向饱和电流可以通过。

 

因此出现了照片的0.7A的结果。

 

当然,这是小编根据现场提供的情况结合自己所知所作出的理解和推论,实际情况是否如此还需现场人员实际进行进一步测量以验证。如果读者中有其他的理解及想法,也欢迎大家在留言中说出,一起讨论,共同进步。

 

原文始发于微信公众号(坎德拉学院):组串遮挡,不像你想的那么简单!

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