專利名稱：提高短時(shí)陰影下光伏模組抗失配能力的超級電容補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電技術(shù)，尤其涉及一種提高短時(shí)陰影下光伏模組抗失配能力的超級電容補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的發(fā)展，能源危機(jī)和生態(tài)環(huán)境危機(jī)迫使各國大力推動(dòng)可再生能源的快速發(fā)展。各國不僅加大了對可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持力度，同時(shí)還通過相應(yīng)的法規(guī)和政策強(qiáng)力推動(dòng)可再生能源市場的快速發(fā)展。因此，作為可再生能源的重要組成部分太陽能光伏發(fā)電得到了廣泛的應(yīng)用。任何太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都要考慮陰影遮蔽問題。陰影可以來自于其它建筑物、樹木、甚至是太陽能電池板之間也可能存在相互遮擋的陰影。由于城市中建筑物較多且距離往往很近，所以在城市中分布式光伏系統(tǒng)中陰影問題尤為嚴(yán)重。研究表明，陰影對太陽能電池組件性能的影響不可低估。在一個(gè)光伏組件中，即使是一片單電池上的小陰影也會(huì)對整個(gè)組件的功率輸出產(chǎn)生巨大影響。這是因?yàn)樵诠夥M件中，并聯(lián)電池串要求其中的每個(gè)電池輸出電壓相同，而串聯(lián)電池串要求其中每個(gè)電池的輸出電流相同。當(dāng)某個(gè)電池受到陰影遮擋后，它的輸出特性就會(huì)發(fā)生明顯改變。正是這個(gè)輸出較小的被遮擋電池限制了整個(gè)組件的電流和電壓輸出，從而導(dǎo)致總輸出功率急劇下降。陰影遮蔽損耗是由于光伏發(fā)電系統(tǒng)處于失配運(yùn)行模式下，所謂失配運(yùn)行模式是指光伏組件中一些光伏電池的輸出特性曲線由于承受光照輻射強(qiáng)度不同而出現(xiàn)不一致的工作情況。對于功率失配現(xiàn)象國外已經(jīng)有了很多解決方案的研究，近年來國內(nèi)對此也有了日益關(guān)注?，F(xiàn)有研究的解決方案基本都是基于利用二極管提供能量散逸通道和電壓補(bǔ)償，主要有兩方面的內(nèi)容:1、利用旁路二極管為串聯(lián)支路中受陰影影響的模組提供能量散逸通道，提高支路電流范圍；2、利用阻斷二極管對并聯(lián)支路中受陰影影響的支路提供電壓補(bǔ)償，提高陣列電壓范圍。然而這兩種方法并不能改善模組輸出功率下降的問題，同時(shí)會(huì)造成光伏電池輸出特性曲線扭曲，影響供電穩(wěn)定性，還會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的功率跟蹤方法失效。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種提高短時(shí)陰影下光伏模組抗失配能力的超級電容補(bǔ)償方法，對失配運(yùn)行下的光伏電池模組利用超級電容進(jìn)行并聯(lián)補(bǔ)償，改善模組受陰影影響時(shí)的輸出特性，提高輸出功率。技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:提高短時(shí)陰影下光伏模組抗失配能力的超級電容補(bǔ)償方法，對實(shí)際工作的光伏發(fā)電系統(tǒng)，將串聯(lián)的光伏電池單元分為若干電池模組，對每一個(gè)電池模組并聯(lián)一個(gè)超級電容形成一個(gè)帶失配補(bǔ)償電路的電池模組；記電池模組的最佳電壓工作區(qū)間為U G (UuUJ，在陰影條件G下電池模組維持在最佳電壓工作區(qū)間ue (UL, Ug)內(nèi)的持續(xù)時(shí)間為維持時(shí)間T，在維持時(shí)間T內(nèi)的超級電容容量為補(bǔ)償容量C。
最佳電壓工作區(qū)間為U G (UL, Ug) 一般為功率曲線最大功率點(diǎn)附近斜率較緩區(qū)域的電壓，當(dāng)電壓U低于Ul或高于Ue后，功率曲線將隨電壓U的變化出現(xiàn)急劇下降。光伏發(fā)電系統(tǒng)常受到局部陰影影響，串聯(lián)的光伏電池支路電流和功率下降，處于失配運(yùn)行狀態(tài)，考慮到大部分陰影的持續(xù)時(shí)間較短，因此可以采用電容放電補(bǔ)償受影響部分的電流，提高串聯(lián)的光伏電池支路電流和輸出功率。并聯(lián)電容可以起到穩(wěn)壓的作用，根據(jù)光伏電池不同光照強(qiáng)度下的標(biāo)準(zhǔn)功率/電壓曲線，不同光強(qiáng)下光伏電池的最大功率點(diǎn)電壓偏差不大，如果陰影影響前光伏電池處于最大功率點(diǎn)，受影響后由于電容的穩(wěn)壓作用，仍將處于最大功率點(diǎn)附近，與傳統(tǒng)方法相比本發(fā)明極大地提高了陰影部分的功率輸出能力。受陰影影響時(shí)，并聯(lián)電容放電能夠?qū)㈦姵啬＝M的電流補(bǔ)償?shù)皆?lián)的光伏電池支路的電流大小，因而串聯(lián)的光伏電池支路電流將不會(huì)受到影響，但是電容的放電將導(dǎo)致受陰影影響的電池模組的電壓下降，電壓下降的過程與電容的容量和陰影部分的光照強(qiáng)度有關(guān)。隨著光伏電池所受太陽輻射強(qiáng)度下降，最大功率點(diǎn)電壓并不是恒定的，而是在下降過程中向左移動(dòng)，但最大功率點(diǎn)與開路電壓的比值變化較小，所以可在確定最佳工作區(qū)間時(shí)近似選擇開路電壓的一段固定比例內(nèi)?？疾旒问⒐荆┐晒竞蜕械鹿镜牡湫吞柲茈姵匕鍞?shù)據(jù)，可知常用的太陽能電池板最大功率點(diǎn)電壓都在0.8 0.84U。。之間，優(yōu)選設(shè)定最佳電壓工作區(qū)間U G (UL, Ug)為U G (0.8U。。，0.84UJ，其中U。。為電池模組的開路電壓；隨著補(bǔ)償容量的增加，一定陰影光強(qiáng)下的維持時(shí)間也會(huì)變長，從增加維持時(shí)間，提高對陰影情況的補(bǔ)償能力來看，補(bǔ)償容量越大越好；但是過大的補(bǔ)償容量將會(huì)使得安裝設(shè)備的費(fèi)用增加，影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性；另外，補(bǔ)償容量過大會(huì)造成電容充電困難，每次光伏系統(tǒng)啟動(dòng)或從陰影中恢復(fù)時(shí)都需要給電容補(bǔ)充大量的電量，造成系統(tǒng)啟動(dòng)延時(shí)嚴(yán)重以及電能浪費(fèi)等問題。所以在實(shí)際使用中需要確定安裝多大的補(bǔ)償容量，安裝后對陰影的耐受程度能達(dá)到多大的水平，即確定補(bǔ)償容量和維持時(shí)間的匹配關(guān)系。具體在，在給定陰影條件G和補(bǔ)償電容C的情況下，第i個(gè)電池模組的維持時(shí)間T可以通過下述方法確定:(al)對帶失配補(bǔ)償電路的電池模組進(jìn)行失配補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型的建模，包括相并聯(lián)的電容支路和光伏電池支路，根據(jù)電容伏安特性，電容支路有:
權(quán)利要求
1.提高短時(shí)陰影下光伏模組抗失配能力的超級電容補(bǔ)償方法，其特征在于:對實(shí)際工作的光伏發(fā)電系統(tǒng)，將串聯(lián)的光伏電池單元分為若干電池模組，對每一個(gè)電池模組并聯(lián)一個(gè)超級電容形成一個(gè)帶失配補(bǔ)償電路的電池模組；記電池模組的最佳電壓工作區(qū)間為UG (Uu UJ，在陰影條件G下電池模組維持在最佳電壓工作區(qū)間ue (UL, Ug)內(nèi)的持續(xù)時(shí)間為維持時(shí)間T，在維持時(shí)間T內(nèi)的超級電容容量為補(bǔ)償容量C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高短時(shí)陰影下光伏模組抗失配能力的超級電容補(bǔ)償方法，其特征在于:所述最佳電壓工作區(qū)間U G (UL, Ug)為U G (0.8U。。，0.84UJ，其中U。。為電池模組的開路電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高短時(shí)陰影下光伏模組抗失配能力的超級電容補(bǔ)償方法，其特征在于:在給定陰影條件G和補(bǔ)償電容C的情況下，第i個(gè)電池模組的維持時(shí)間T通過下述方法確定: (al)對帶失配補(bǔ)償電路的電池模組進(jìn)行失配補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型的建模，包括相并聯(lián)的電容支路和光伏電池支路，根據(jù)電容伏安特性，電容支路有:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高短時(shí)陰影下光伏模組抗失配能力的超級電容補(bǔ)償方法，其特征在于:陰影條件G、補(bǔ)償電容C和維持時(shí)間T的匹配關(guān)系，通過在設(shè)定的補(bǔ)償電容C區(qū)間內(nèi)連續(xù)取點(diǎn)、求取各點(diǎn)的維持時(shí)間T，以及在設(shè)定的陰影條件G區(qū)間內(nèi)連續(xù)取點(diǎn)、求取各點(diǎn)的維持時(shí)間T的方法確定，具體包括如下步驟: (bl)取兩個(gè)相串聯(lián)的電池模組，分別給兩個(gè)電池模組施加標(biāo)準(zhǔn)光照條件，確定工作電壓和工作電流，使兩個(gè)電池模組均工作于光伏電池支路最大功率點(diǎn)處； (b2)確定兩個(gè)電池模組的最佳電壓工作區(qū)間U G (UL, Ug)； (b3)給定兩個(gè)電池模組的補(bǔ)償電容C，將一個(gè)電池模組的光照條件下降至給定陰影條件G并持續(xù)一定時(shí)間，利用龍格庫塔法對該電池模組的失配補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，確定達(dá)到該電池模組最佳電壓工作區(qū)間Ue (UL, Ug)下限隊(duì)的時(shí)間，該時(shí)間即為維持時(shí)間T ; (b4)改變給定陰影條件G，保持補(bǔ)償電容C不變，重復(fù)步驟(b3)確定維持時(shí)間T，直至取足陰影條件區(qū)間內(nèi)的點(diǎn)； (b5)保持給定陰影條件G不變，改變補(bǔ)償電容C，重復(fù)步驟(b3)確定維持時(shí)間T，直至取足補(bǔ)償電容區(qū)間內(nèi)的點(diǎn)； (b6)根據(jù)步驟(b3)、(b4)和(b5)的求解結(jié)果，得到陰影條件G、補(bǔ)償電容C和維持時(shí) 間T的匹配關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高短時(shí)陰影下光伏模組抗失配能力的超級電容補(bǔ)償方法，對實(shí)際工作的光伏發(fā)電系統(tǒng)，將串聯(lián)的光伏電池單元分為若干電池模組，對每一個(gè)電池模組并聯(lián)一個(gè)超級電容形成一個(gè)帶失配補(bǔ)償電路的電池模組；記電池模組的最佳電壓工作區(qū)間為U∈(UL,UG)，在陰影條件G下電池模組維持在最佳電壓工作區(qū)間U∈(UL,UG)內(nèi)的持續(xù)時(shí)間為維持時(shí)間T，在維持時(shí)間T內(nèi)的超級電容容量為補(bǔ)償容量C。本發(fā)明給出了光伏電池模組最佳工作區(qū)間的確定方法以及不同容量超級電容維持模組電壓穩(wěn)定能力的標(biāo)準(zhǔn)即維持時(shí)間，提供了選擇超級電容容量的思路，確定一定陰影光強(qiáng)條件下，電容補(bǔ)償容量與模組維持時(shí)間之間的匹配關(guān)系的方法。
文檔編號(hào)H02J7/35GK103199608SQ20131010693
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者徐青山, 錢海亞, 臧海祥, 司小慶, 陳楷 申請人:東南大學(xué), 江蘇省電力公司南京供電公司, 江蘇省電力公司, 國家電網(wǎng)公司