局部阴影条件下光伏阵列旁路二极管和阻塞二极管的影响和作用
张明锐;蒋利明;欧阳丽
【摘 要】本文通过分析局部阴影条件下,光伏阵列旁路二极管和阻断二极管对其输出特性的不同影响,区别出旁路和阻断二极管减小功率失配损失的效果.采用适用于建立局部阴影条件下光伏阵列电路模型的Matlab自带solar cell双二极管电路模型,代替构建复杂的数学模型.仿真试验验证了光伏电池短路电流随辐照度线性变化,旁路二极管不同配置方式对应光伏阵列输出特性变化明显,光伏电池开路电压随辐照度非线性变化且变化范围更小,阻塞二极管配置前后对应输出特性变化小.
【期刊名称】《电气技术》
【年(卷),期】2017(000)008
【总页数】6页(P1-5,11)
【关键词】旁路二极管;阻塞二极管;输出特性;功率失配损失;solarcell
【作 者】张明锐;蒋利明;欧阳丽
【作者单位】同济大学电子与信息工程学院,上海 201804;同济大学电子与信息工程学院,上海 201804;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海 200070
【正文语种】中 文
光伏阵列输出特性容易受到光伏电池温度、太阳辐照度和负载等因素的影响[1]。电池是光伏发电的最小单元，经过封装后构成组件，组件经过串并联连接后构成光伏阵列。在局部阴影条件（partially shaded conditions，PSC）下，即使只有1个阴影电池，也可能造成大量功率损失[2]。
PSC下为避免组件损坏和提高输出功率，配置旁路二极管和阻塞二极管。导致PSC下光伏阵列的输出特性出现多个功率峰值点，具有复杂非线性特点[3]。分析其输出特性，有助于研究光伏阵列旁路二极管配置、故障诊断和多峰值最大功率点跟踪算法等[4-8]。
PSC下光伏阵列的仿真模型与均匀光照时不同。PSC下光伏阵列的分段函数拟合模型[9]、工程用模型[10]和基于基尔霍夫定律模型[11]等数学模型具有构建复杂等缺点。文献[12]利用电池单二极管模型分析局部阴影条件下集中式光伏阵列的输出特性，但未考虑阻塞二极管的影响。辐照度对电池短路电流和开路电压的影响不同，文献[13-14]未区别研究旁路二极管和阻塞二极管对光伏阵列输出特性的不同影响。
第 1 页 共 3 页 导通电阻尺寸传输门仿真
【实用版】
目录
1.引言
2.导通电阻的概念和重要性
3.传输门的工作原理和特性
4.导通电阻对传输门性能的影响
5.仿真方法和结果分析
6.结论
正文
1.引言
在电子电路中，开关器件是一种常见的元件，用于控制电路的通断。其中，导通电阻是评价开关器件性能的重要参数之一。在实际应用中，导通电阻的大小直接影响到开关器件的导通速度和能耗。因此，研究导通电阻对开关器件性能的影响具有重要意义。
2.导通电阻的概念和重要性
导通电阻是指在开关器件导通状态下，器件中的电阻值。它直接影响到开关器件的导通速度和能耗。通常情况下，导通电阻越小，开关器件的导通速度越快，能耗越低。因此，在设计开关器件时，需要尽可能降低导通电阻，以提高器件的性能。
3.传输门的工作原理和特性
传输门是一种常用的开关器件，它可以实现信号的传输和隔离。传输门的主要组成部分包括输入端、输出端和控制端。在传输门工作过程中，当控制端信号为高电平时，输入端信号会被传输到输出端；当控制端信号 第 2 页 共 3 页 为低电平时，输入端信号不会被传输到输出端。
传输门具有以下特性：
（1）传输特性：当控制端信号为高电平时，传输门处于导通状态，信号可以顺利传输；当控制端信号为低电平时，传输门处于截止状态，信号无法传输。
（2）隔离特性：传输门可以实现输入端和输出端的电气隔离，避免信号互相干扰。
（3）输入阻抗：传输门的输入阻抗较高，可以避免对输入信号源的影响。
（4）输出阻抗：传输门的输出阻抗较低，可以驱动较低负载。
4.导通电阻对传输门性能的影响
导通电阻是评价传输门性能的重要参数之一，它直接影响到传输门的导通速度和能耗。在实际应用中，导通电阻越小，传输门的导通速度越快，能耗越低。因此，在设计传输门时，需要尽可能降低导通电阻，以提高传输门的性能。
5.仿真方法和结果分析
为了研究导通电阻对传输门性能的影响，我们可以采用仿真方法进行模拟。在仿真过程中，可以改变传输门的导通电阻，观察其对传输门性能的影响。
太阳能电池光伏特性研究
太阳能光伏电池特性实验研究
太阳能光伏电池的输出具有⾮线性，这种⾮线性受到外部环境（包括⽇照强度、温度等）以及本⾝技术指标（如输出阻抗）的影响，从⽽使得太阳能电池的输出功率发⽣变化，其实际转换效率受到⼀定限制。因此，对太阳能光伏电池输出特性的研究成为了⼀个重要课题[1]。与跟踪式太阳能光伏系统相⽐，固定式太阳能光伏系统有着结构简单、成本低廉等优点。太阳能光伏电池表⾯温度将随辐射能的增强⽽升⾼，在⼀定程度上影响了太阳能电板的输出功率。本⽂主要对固定式单晶硅太阳能电池输出功率等进⾏了实验研究。1、理论分析
理想的太阳能电池可以看做是⼀个产⽣光⽣电流I ph 的恒流源与⼀个处于正向偏置的⼆极管并联，如图1所⽰。如果负载R L短路了，电路只有光⽣电流I ph ，光强越强，电⼦-空⽳对的产⽣率越⾼，光⽣电流I ph 越⼤，即短路电流I sc 为：sc ph I I =-
（1）I
I
图1 理想太阳能电池等效电路[2]
如果负载R L 不短路，那么P-N 结内流过的电流I d ⽅向与光⽣电流⽅向相反，会抵消部分光⽣电流，使少数载流⼦注⼊和扩散。太阳能电池输出的净电流I 是光⽣电流I ph 和⼆极管电流I d 之差，故太阳能电池的光伏I-V 特性可表⽰为：ph d ph exp 1O qV I I I I I nkT ??
=-=--
（2）
式中：I o ——反向饱和电流；n ——理想因⼦，由半导体材料和制造技术决定，n=1~2；V ——⼆极管电压；k ——波尔兹曼常数；q ——电⼦电量；T ——⼆极管绝对温度。
当电流I =0时，这意味着产⽣的光⽣电流I ph 正好等于光电压V oc 产⽣的⼆极管电流I d ，即I ph =I d 。从式（2）可得出V oc为：ph 01OC
I nkT V In q I ??
=+
（3）I-V 特性曲线是测量太阳能电池参数的常⽤曲线。电池的开路电压V oc 由I-V 曲线与V 轴的交点（I =0）给出。对于给定的光强、⼯作温度和受光⾯积，太阳能电池的输出特性受短路电流I sc 和开路电压V oc 两个主要参数的限制。
光伏电池多物理场耦合仿真与建模
随着能源需求的增长和环境问题的日益严重，可再生能源逐渐成为人们关注的焦点之一。光伏电池作为一种能够转化太阳能为电能的设备，其在可再生能源领域有着重要的地位。为了提高光伏电池的效率和稳定性，需要进行多物理场的耦合仿真与建模。
光伏电池的多物理场耦合是指光照、热传导、电场和电流等多个物理场之间的相互作用。光照是光伏电池的能量来源，影响着光伏电池的发电能力；热传导是指光伏电池内部温度分布的传导过程；电场是指光伏电池中产生的电场分布，影响着电荷的流动；电流是光伏电池内电子和空穴在外部电路中流动的过程。这些物理场之间的耦合关系对于光伏电池的性能有着重要影响，需进行合理的仿真与建模来研究。
首先，光照是影响光伏电池发电效率的一个重要因素。通过数值仿真可以模拟不同光照条件下光伏电池的发电量。光照强度、入射角度和光谱分布等参数可以影响光伏电池的发电能力。通过建立光照场模型，可以分析不同光照条件下光伏电池的发电效率，并优化光伏电池的设计，提高其对光照的适应性。
其次，热传导是光伏电池内部温度分布的一个重要因素。光伏电池在工作过程中会产生一定的热量，如果不能及时散热，会导致温度升高，影响其工作效率和寿命。通过建立热传导模型，可以模拟光伏电池内部的温度分布，研究光伏电池的散热性能，优化散热设计，提高光伏电池的工作效率和稳定性。
另外，电场分布对光伏电池的性能也有重要影响。光伏电池中的电场分布与光伏材料的特性、电池结构和制造工艺等密切相关。通过建立电场模型，可以研究光伏电池中电场分布的规律，优化电池的结构和制造工艺，提高光伏电池的电能转换效率。 最后，电流是光伏电池内电子和空穴在外部电路中流动的过程，也是光伏电池的输出功率。电流的大小受到多种因素的影响，如光照强度、温度、电场分布等。通过建立电流模型，可以研究电流与这些因素的关系，优化光伏电池的设计和工作条件，提高其输出功率。
综上所述，光伏电池多物理场耦合仿真与建模是研究光伏电池性能的重要手段。通过合理的仿真与建模，可以分析光伏电池在不同条件下的工作性能，优化光伏电池的设计和工作条件，提高光伏电池的效率和稳定性。在未来的研究中，还可以结合多种物理场的耦合关系，进一步探索光伏电池的性能优化方法，推动可再生能源领域的发展。
