衛(wèi)銘斐等

摘要：對于建筑集成光伏系統(tǒng)，局部陰影對系統(tǒng)能效的影響非常大。通過對集中式系統(tǒng)和多串式系統(tǒng)在兩種典型陰影條件下的研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)陰影問題較嚴(yán)重時，兩種能量變換結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)能效有較大的區(qū)別，但當(dāng)陰影問題不明顯時，兩種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)能效基本相同。通過研究表明，在局部陰影影響較大的系統(tǒng)中，采用合適的能效變換結(jié)構(gòu)是解決問題的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：光伏系統(tǒng)；局部陰影； 能量變換結(jié)構(gòu)；能效

中圖分類號：TN209 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）08-1823-03

光伏系統(tǒng)的能量變換結(jié)構(gòu)常采用集中式系統(tǒng)、串式系統(tǒng)或多串式系統(tǒng)，影響系統(tǒng)能效的主要因素包括環(huán)境條件、電氣參數(shù)及變換器的輸入電壓范圍等[1-3]。在諸多的影響因素中，局部陰影對許多光伏系統(tǒng)來說是關(guān)鍵的影響因素，但此方面的研究相對較少[4]。尤其在建筑集成光伏（BIPV）系統(tǒng)中，光伏組件一般固定在建筑物面向太陽的部分，但周圍的樹木、其它建筑物會在光伏組件上留下陰影或局部陰影，降低系統(tǒng)能效 [5-7]，所以研究局部陰影的影響有很重要的意義。

1 光伏組件的局部陰影

光伏組件的局部陰影可以定義為：

[S=1-EbehindEbefore×100%] （1）

式中Ebehind為遮擋物之后的光照強(qiáng)度， Ebefore為遮擋物之前的光照強(qiáng)度，單位 W/m2。光伏組件的光生電流與溫度和陰影有關(guān)，在不考慮光伏組件溫度的影響時光生電流可用式（2）表示，其中Iph0為光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的光生電流。

[Iph=（1-S）Ebefore1000Iph0] （2）

2 能量變換結(jié)構(gòu)及能效計算方法：

在研究光伏組件的能效問題時，需要確定光伏系統(tǒng)的能量變換結(jié)構(gòu)，能量變換結(jié)構(gòu)有集中式系統(tǒng)、串式系統(tǒng)和多串式系統(tǒng)等[2-3]。集中式系統(tǒng)由光伏陣列（光伏組件串并聯(lián)形成）和集中式逆變器構(gòu)成，其能效計算如下式所示：

[ηEC=ηCIPASk=1nPM_K×100%] （3）

其中，[S=10，，（VCImin≤VA≤VCImax）（VA≤VCImin，VCImax≤VA）]

式中n表示系統(tǒng)中所含光伏組件的個數(shù)，在一定外部環(huán)境條件下，第k個光伏組件可輸出的最大功率為PM_K，光伏陣列的輸出電壓為 VA，光伏陣列的實際輸出功率為PA，集中式逆變器正常運行時輸入電壓的最小值為VCimin，最大值為VCimax，集中式逆變器的效率為ηCI。

常規(guī)串式與多串式系統(tǒng)由1-3個光伏組件串和相應(yīng)結(jié)構(gòu)的逆變器構(gòu)成[4]，在一定外部環(huán)境條件下，其能效計算由公式（4）決定：

[ηEC=ηSIj=1mPS_jSjk=1nPM_K×100%] （4）

其中，[Sj=10，，（VSImin≤VS_j≤VSImax）（VS_j≤VSImin，VSImax≤VS_j）]

式中n表示系統(tǒng)中所含光伏組件的個數(shù)，m為系統(tǒng)中光伏組件串的個數(shù)，在一定外部環(huán)境條件下，第k個光伏組件可輸出的最大功率為PM_K，第j個光伏組件串的輸出電壓為VS_j，第j個光伏組件串下的實際輸出功率為PS_j為，串式或多串式逆變器的效率為ηSI，串式或多串式逆變器輸入電壓的最小值為VSimin，最大值為VSimax。

3 系統(tǒng)能效評估

3.1系統(tǒng)能效評估的條件

以光伏組件為最小陰影單元，在不考慮溫度時，光伏電池元電氣參數(shù)如表1所示，圖中Iph0為光生電流，二極管D1的反向飽和電流為Is1，二極管D1的品質(zhì)因子為A1；二極管D2的反向飽和電流為Is2，二極管D2的品質(zhì)因子為A2。

3.2系統(tǒng)能效評估（局部陰影條件A）

局部陰影條件A主要模擬系統(tǒng)處于強(qiáng)光且陰影問題不嚴(yán)重時。兩組光伏組件的具體陰影分布情況如表3所示，此時只有少數(shù)幾個光伏組件處在陰影中，且沒有完全陰影的組件（S=1）。

3.3系統(tǒng)能效評估（局部陰影條件B）

局部陰影條件B主要模擬系統(tǒng)處于強(qiáng)光且陰影問題嚴(yán)重時。兩組光伏組件的具體陰影分布情況如表4所示，此時有多個光伏組件位于陰影中，且有3個完全陰影（S=1）。

4 結(jié)論

對于建筑集成光伏系統(tǒng)，局部陰影對系統(tǒng)能效的影響非常大。根據(jù)兩種陰影條件情況的能效評估結(jié)果，在假設(shè)的能效評估條件下，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)陰影問題不嚴(yán)重時，多串式和集中式系統(tǒng)能量變換結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)能效均比較高并且差別較小；當(dāng)陰影問題較嚴(yán)重時，兩種能量變換結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)能效差別很大?？偟膩碇v，多串式系統(tǒng)比集中式系統(tǒng)的能效高，所以選擇更優(yōu)的能量變換結(jié)構(gòu)是提高系統(tǒng)能效的關(guān)鍵因素。

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