弱光性能参数优化.doc

PVsyst软件组件弱光性能参数的优化探讨
摘要:组件弱光损失就是组件在弱光条件下转换效率的降低带来发电量的损失,不同类型的组件产品由于电池片制造技术的不同其弱光性能的表现会有一定的差异,对弱光性能有重要影响的两个参数为组件串联电阻值Rs与并联电阻值Rsh。由于光伏组件的理论模型较为复杂,对其输出特性的研究一般采用仿真实验的模式,目前PVsyst仿真建模在弱光参数的设置上默认以该软件自身提供的实验数据与美国Sandia数据作为基础,但在实际建模过程中发现,使用默认的数据与预期的结果存在一定的差异,因此不能很准确地反映真实的弱光性能。在此前提下本文基于多晶组件弱光200W/m2条件下的第三方测试数据,尝试对组件PAN文件中的参数进行优化调整,使得在弱光下的发电量预测更加准确,除此,文中参考PVsyst用户手册展示了Rs与Rsh优化调整的方法。
在标准测试条件下(STC)太阳能模拟器的光强为1000W/m2,而大部分地区户外的实际辐照度都要小于这个值,一般将辐照度低于1000W/m2的光照定义为弱光。比如图1为南京地区年水平辐照强度的分布,可以瞧出辐照度低于200W/m2约占38、18%,在400-600 W/m2之间约占20%,600-800 W/m2约占11%,所以光伏系统全年发电量的大小就取决于组件在弱光下的发电能力,尤其对于辐照度水平较低的国家与地区。晶硅组件在弱光下主要体现在电池片的开路电压Voc的降低,进而导致电池片的效率降低,如图2 为不同并联电阻值的多晶组件在户外测试条件下Voc随辐照的变化趋势,组件并联电阻越低,Voc下降幅度越大,当并联电阻值在141Ω或220Ω左右时Voc降低不明显,即使降到50 W/m2-100W/m2一般只减少2V左右。从图2 的结果也从侧面说明了相同功率的不同组件在STC条件下的转换效率可能有很小的差异,但就是由于并联电阻不同,在200W/m2下可能就有很大差别。其中Rsh就是影响组件弱光性能的一个重要参数,另外还包括串联电阻值Rs与二极管理想因子,因为二极管理想因子与Rs相互关联,Rs值改变后,二极管理想因子也会随着改变,所以本文主要探讨Rsh与Rs这两个参数对组件弱光性能的影响以及优化调整的方法。
图1 南京地区年水平辐照度分布(%)(数据来源:Meteonorm6、1气象软件)
图2弱光下多晶组件的Voc随太阳辐照的变化趋势(南京地区)
1、串联电阻值对弱光性能的影响
在PVsyst模型中,组件实际测试的串联电阻值被定义为Series Resistance(apparent),简写为Rs(apparent),而SeriesResistance(module)为单二极管模型有关的电阻值,简写为Rs(module),这个值无法从组件的Datasheet得到,一般需要根据实际情况进行调整。以XXX-240P多晶组件为例,在PVsyst默认的组件PAN文件参数里面,该组件标准测试条件下的Rs(apparent)值为0、48Ω,Rs(module)为0、281Ω,标准测试条件下并联电阻值Rsh(Gref)为250Ω。
现将Rsh(Gref)固定为250Ω,Rsh(0)默认为Rsh(Gref)的4倍,Rsh(exp)=5、5,这里的Rsh(0)与Rsh(exp)会在第三部分详细说明,假设Rs(module)值分别取为0、35Ω与0、413Ω,与默认的0、281Ω进行比较,使用PVsyst软件可得到不同辐照度下组件的峰值功率与NOCT条件下组件的峰值功率Pmax,结果参考表1。
表1 XXX-240P组件在不同Rs(module)值与不同辐照度下的Pmax比较(Rsh(Gref)=250Ω)
200
46、8
47、9
45、6
400
95、9
97、4
94、3
600
144、8
146、2
143、2
800
193
193、9
192
1000
240
240、1
240、1
Pmax at NOCT(W)
177、1
178
176、1
图3为不同Rs(module)值在不同辐照下的相对STC 时转换效率,从表1与图3模拟结果可知,与默认值0、281Ω相比,适当提高组件的Rs(module)值,可以提升弱光下的输出性能。
图3 不同Rs(module)值在不同辐照下的相对STC转换效率比较(***@Rsh(Gref)=250Ω)
表2为基于南京地区不同Rs(module)的组件系统弱光损失对比,当Rs(module)以0、005Ω微小变化时,弱光损失的变化幅度约在0、1%左右,即说明了Rs(module)的微小变化对弱光损失的影响很大。
表2 XXX-240P组件系统