由于受遮擋電池和未受電池遮擋的輸出特性不一致，帶來(lái)串聯(lián)電池片的輸出電流失配，在旁路二極管的作用下，那么對(duì)應(yīng)的P-V輸出特性曲線都會(huì)產(chǎn)生多個(gè)功率峰值點(diǎn)（多個(gè)極值點(diǎn)），I-V曲線的形狀像階梯狀，出現(xiàn)峰值的個(gè)數(shù)取決于組件上不同的輻照強(qiáng)度，如100%受光和零受光兩種光照條件下造成組件的輸出特性出現(xiàn)雙峰，如圖1所示，其中C轉(zhuǎn)折點(diǎn)為組件旁路二極管的導(dǎo)通點(diǎn)，如果電池片的遮擋達(dá)到一定的面積，使得組件的旁路二極管導(dǎo)通，組件總的輸出特性近似于未被遮擋的電池的輸出特性，那么此時(shí)組件的最大功率點(diǎn)應(yīng)取A點(diǎn)（全局極值點(diǎn)），若組件的旁路二極管未導(dǎo)通，因?yàn)殡姵仄?lián)關(guān)系，此時(shí)光伏未遮擋的電池的輸出電流被遮擋單元的電流拉低，此時(shí)I-V特性曲線主要由遮擋單元的I-V特性決定，最大功率點(diǎn)應(yīng)取曲線右側(cè)的B點(diǎn)（局部極值點(diǎn)）。那么對(duì)于常規(guī)60片電池晶硅組件來(lái)說(shuō)，如果1片電池完全遮擋后，流過(guò)被遮擋電池的工作電流大于其自身的光生電流，遮擋過(guò)的電池反偏，當(dāng)反偏電壓大于同串其他電池電壓和旁路二極管的導(dǎo)通電壓，旁路二極管工作，最大功率點(diǎn)的組件電壓應(yīng)由30V降低至20V。

圖1

通過(guò)使用PVsyst模擬軟件的“PV MODULE”工具，以某廠家的250P多晶組件為例，可以得到STC下單片電池不同遮擋比例下的功率輸出，從圖2和圖3可知當(dāng)該片電池的遮擋面積小于47%時(shí)，該串的旁路二極管未開(kāi)啟，Pm輸出和Im大小隨遮擋面積基本呈線性下降趨勢(shì)，而在47%時(shí)兩者發(fā)生了轉(zhuǎn)折，因?yàn)榇藭r(shí)被遮擋電池所在電池串的旁路二極管被正向?qū)?，該串電池被短路，旁路后整個(gè)組件的Vm降低了三分之一，即在20V左右，而電流Im變?yōu)槲凑趽蹼姵氐恼９ぷ麟娏鳌?/span>

當(dāng)旁路二極管未導(dǎo)通前，遮擋面積越大，組串的最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓則越大，一般會(huì)超過(guò)30V，電流則越小。

圖2 Pm衰減比例和單片遮擋面積的關(guān)系（以CSUN250P組件為例）

圖3 STC下Vm和Im大小與單片電池遮擋面積的關(guān)系（以CSUN250P組件為例）

使用太陽(yáng)能模擬器在STC條件下模擬測(cè)試遮擋下的組件I-V輸出特性，單片電池遮擋比例分別為30%、50%、55%、60%；參考圖4-7。圖4和圖5表示遮擋面積不足以使得該串的旁路二極管導(dǎo)通，由于I-V曲線發(fā)生變化，產(chǎn)生兩個(gè)峰值點(diǎn)，但是最大的功率點(diǎn)位于曲線的右側(cè)，電壓分別為34V和35V。圖6遮擋面積為55%，此時(shí)旁路二極管已經(jīng)發(fā)生了導(dǎo)通，雖然曲線上存在2個(gè)峰值，但是經(jīng)過(guò)MPPT搜索，發(fā)現(xiàn)真正的最大功率點(diǎn)則位于曲線的左側(cè)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓為20V左右。

圖4 單片電池遮擋30%（最大功率點(diǎn)處Vm=34V，Im=6.55A）

?圖5單片電池遮擋50%（最大功率點(diǎn)處Vm=35V，Im=5.1A）

圖6單片電池遮擋55%（最大功率點(diǎn)處Vm=20.32V，Im=8.1A）

? ? ? ? 這里具體結(jié)合10kw（20*2）光伏陣列系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算，相關(guān)參數(shù)配置如表1，光伏陣列布置如圖7所示，每行方陣為10片組件，兩行共20片組件為一串，共兩串，間距2.81米排布，逆變器為組串式逆變器，有兩個(gè)MPPT，為突出陰影這個(gè)影響因素，在方陣左側(cè)距離約1.76米處增加一睹高墻，長(zhǎng)度4米，墻的最高點(diǎn)和組件邊框的最低點(diǎn)距離約3米左右，當(dāng)冬至日太陽(yáng)高度角較低時(shí)，第一串的第二排和第二串的兩排都將受到前排組件的陰影遮擋，具體遮擋的面積將隨著太陽(yáng)方位的變化而變化。

表1 相關(guān)參數(shù)配置

圖7光伏陣列布置和建筑高墻位置示意圖? ??

? ? 光伏方陣的陰影遮擋情況和太陽(yáng)方位有關(guān)，通過(guò)PVsyst軟件可以觀察一年365天的陰影變化情況，這里主要挑選有代表性的日期，如春分、夏至、秋分、冬至4個(gè)典型日。太陽(yáng)輻照對(duì)發(fā)電量的影響較大，當(dāng)光強(qiáng)較低時(shí)，陣列的發(fā)電量已經(jīng)很低，表2僅列舉了16:30陰影時(shí)刻的光強(qiáng)和陰影開(kāi)始時(shí)的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)，隨著冬季到春季時(shí)間的推移，太陽(yáng)高度角發(fā)生變化，陰影開(kāi)始時(shí)刻也逐漸變化，圖8至圖11我們可以看到四個(gè)典型日15:00時(shí)的陰影情況。

表2典型日光強(qiáng)（數(shù)據(jù)來(lái)自于PVSYST）

圖8春分日的遮擋情況?圖9夏至日的遮擋情況

圖10秋分日的遮擋情況?圖11冬至日的遮擋情況

不同的陰影下會(huì)帶來(lái)不同的I-V曲線，如冬至日下午15:00分，見(jiàn)圖11，其中組串中有部分電池片已經(jīng)被遮擋，因組件含有旁路二極管，其I-V特性曲線會(huì)由原來(lái)的單峰變?yōu)殡p峰甚至多峰，從而引起IV曲線呈現(xiàn)非線性、多峰值的特性，由于此時(shí)光伏陣列受到的光照不均勻，遮擋比例有3種，因此出現(xiàn)了3個(gè)馬鞍形，對(duì)應(yīng)3個(gè)峰值Pm點(diǎn)，該例中組串逆變器的MPPT電壓范圍為320V-800V，此時(shí)MPP點(diǎn)顯然仍在MPPT電壓范圍內(nèi)，最大功率點(diǎn)的電壓值由600V附近（該時(shí)刻，20片串聯(lián)的常規(guī)組件在無(wú)遮擋的情況下，工作電壓約為600V左右）轉(zhuǎn)移到425V左右，Pm功率為3.47kW，參照?qǐng)D12和圖13。

圖12 冬至日15:00陣列特性P-V曲線（Pm：3.47kW，功率損失19.8%）

圖13 ?冬至日15:00陣列特性I-V曲線（Pm：3.47kW，功率損失19.8%）

光伏組件受到局部陰影遮擋后，由于旁路二極管的作用，其輸出曲線呈現(xiàn)多極值的特性，其最大功率點(diǎn)電壓根據(jù)遮擋情況的不同而不同，文中以某多晶組件為例，通過(guò)PVsyst軟件和室內(nèi)太陽(yáng)能模擬器測(cè)試進(jìn)行了驗(yàn)證。

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