14、部分遮挡光伏模块的建模与仿真

部分遮挡光伏模块的建模与仿真

1. 引言

光伏（PV）模块是光伏电力系统中将太阳能转化为电能的核心部件。目前，由于该设备的复杂特性，其转换效率仍然较低。光伏模块的输出具有非线性，并且受到许多外部环境参数的影响，如辐照度、温度、负载和寄生电阻等。由云层、树叶、建筑物、电线杆甚至鸟粪等引起的不均匀辐照度会导致光伏模块出现部分遮挡的情况。

光伏模块中的光伏电池通常是串联连接的。如果一个光伏电池被遮挡，未被遮挡的电池电流将高于被遮挡电池的电流。根据基尔霍夫电压定律，被遮挡的电池会被串联连接中的其他电池反向偏置。在这种情况下，反向偏置的电池会作为负载，从而导致功率损失并降低光伏模块的发电量。因此，研究部分遮挡光伏电池的输出电气特性非常重要。

由于部分遮挡光伏模块输出电气特性的复杂性，目前还没有适用于这种情况下光伏电池的精确数学模型。为了解决这个问题，我们在Matlab/Simulink中建立了一个改进的光伏模块仿真模型。与传统模型相比，它能够通过调整辐照度、温度和部分遮挡面积来显示光伏模块输出电气特性的变化。为了防止光伏电池因失配损失和热点效应而损坏，光伏模块制造商通常会将旁路二极管与光伏电池反并联连接。我们将分析不同数量旁路二极管的部分遮挡光伏模型的功率损失，并提出一种光伏模块配置方案。

2. 部分遮挡光伏电池的数学仿真模型

2.1 光伏电池的等效模型

光伏电池通过P - N结的光伏效应将太阳能转化为电能。其等效电路如图1所示，其中$I_{ph}$是光生电流，$I_d$是二极管的反向饱和电流，$R_s$是等效串联电阻，$R_{sh}$是等效并联电阻。光伏电池的电流等效方程如下：

[I = I_{ph}