摘要：当光伏组件或者光伏阵列中部分光伏电池受到间歇性遮挡时，输出伏安特性曲线呈现阶梯状，对应的功率电压曲线包含多个局域峰值，导致光伏阵列发电效率下降，系统发电量降低。为了正确评估该类问题，通过工程案例重点研究和分析了不同遮挡情况下光伏电池输出特性，建立ＭＡＴＬＡＢ池板单元级、方阵级遮挡的计算仿真模型，统计出由于组件间歇性遮挡带来的系统发电量的损失，文中的仿真统计结果与实际系统发电量进行了比较，验证了该方法的可行性。文中最后提出了利用分布式ＭＰＰＴ方法挽回遮挡对系统发电量的影响，通过系统监控得知，分布式ＭＰＰＴ最高可挽回１５．５２％的发电量，具有较高的工程应用价值。

       引言

       近年来，随着光伏电池生产规模的扩大，电池成本的不断降低，光伏发电技术已走出实验室阶段，进入了商业化运行。由于光伏组件具有固定的输出特性曲线，在进行光伏发电时，需要进行最大功率跟踪，保证最大限度利用光伏组件产生的电能。但在实际工程应用中，由于建设场地问题，光伏阵列中某些单体光伏电池被遮挡，此时组件输出伏安特性曲线呈阶梯状，相应的功率电压曲线包含多个局域最大峰值，导致单峰最大跟踪算法失效，整个光伏系统发电量降低。

       为了分析遮挡对光伏系统发电量的影响，需要建立单体电池在遮挡情况下的物理模型，通过模型的串并联得到光伏阵列在遮挡情况下的物理模型，分析出光伏阵列在不同遮挡情况下输出伏安特性曲线，进而统计出由于组件间歇性遮挡带来的系统发电量的损失，对光伏电站经济性运行具有很高的工程指导意义。

      １光伏组件物理模型及数学模型 

      太阳能光伏电池是利用光伏伏打效应，将光能转换为电能。光伏电池的等效物理模型如图１。

       图中Ｉｐｈ是光生电流，相当于电流源，在负载电压上升至最大功率点之前，其电流几乎不变，因此可视为恒流源。当调节光伏电池两端负载时，由于负载端电压的反作用，在内部Ｐ－Ｎ结上产生与光生载流子方向相反的电流Ｉｄ。Ｒｓ表示电池内部的串联等效电阻。旁路电阻Ｒｓｈ为电池对地的并联电阻，反映了池板的绝缘性。 根据太阳能电池内部物理结构和电气特性，得出太阳能电池数学模型公式表达如下：

       式中：Ｉｐ ｈ为光生电流；Ｉｓｃ（Ｔ１）为标准光照条件Ｇ＝１０００Ｗ／ｍ２、温度为Ｔ１条件下的短路电流；Ｉｓｃ（Ｔ２） 为标准光照条件Ｇ＝１０００Ｗ／ｍ２、温度为Ｔ２条件下的短路电流；Ｇ为光照强度；Ｇｎｏｍ为标准光照强度，值为１０００Ｗ／ｍ２ ；Ｋ０为短路电流温度数Ａ／℃；Ｉｄ为流过二极管的电流；Ｉｏｓ为光伏电池饱和电流；Ｖ为负载端电压；Ｉ为负载端电流；Ａ为Ｐ－Ｎ结理想因子，取值在１～２之间；Ｋ为玻尔兹曼常数；Ｔ为开氏温度。

       ２ 遮挡条件下的光伏组件模型 

       光伏组件是由多个单体晶元串联而成，如果光伏组件中各单体晶元接收的太阳辐射相同时，其输出伏安曲线呈单峰状。然而，当光伏组件被阴影或者云层遮挡时，各单体晶元接收的光照强度发生差异，相应的伏安曲线发生变化。各单体晶元伏安特性曲线经叠加后，光伏组件的伏安特性呈现阶梯状。因此，要分析有遮挡情况下光伏组件伏安特性，需从单体晶元物理模型着手。 在电池被遮蔽的情况下，考虑光伏电池完全电压段（正向和反向）的输出特性及旁路二极管的导通特性，可以描绘出光伏电池在整个电压范围内的伏安特性曲线，曲线依据“电流相同电压叠加”的串联电路原则，得到光伏单体电池串联子串的伏安输出特性。 一般情况下，商用光伏组件中单个光伏电池消耗的功率上限为２５Ｗ，超过此限制极有可能产生热斑现象。按照上述理论分析，对光照均匀条件下的光伏电池组件模型做了相应的修正，Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型在电压电流的出口处并联旁路二极管，如图２所示。

       其中： ①模型中可控电流源的控制信号Ｉｐ ｈ由（１）式确定，Ｇ为光照强度、Ｔ为池板温度，两者作为模型输入控制量； ②模型中二极管的控制信号为Ｉｄ，可由（ ４）式确定，可见需要两个输入变量：Ｕ（由两端电压确定）和光生电流Ｉｐ ｈ，其可以通过实际测量确定。③串联电阻ＲＳ的确定。 可确定在最大功率点（ｍｐｐ ）处，如图３所示。