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1、局部阴影下提高光伏阵列输出效率方法研究摘要随着分布式光伏发电的广泛应用，光伏发电系统的环境变得越来越复杂，特别是在安装在建成区的中小型光伏系统中，局部遮挡问题难以实现。 云层覆盖，光伏电池表面上的灰尘以及树木或建筑物表面上的不均匀光阻挡导致光伏电池的输出特性的变化。电压输出功率曲线出现在若干极端点，导致传统的最大功率点跟踪（MPPT）算法可能会被误判。因此，有必要研究一种有效的控制方法来解决局部阴影条件下光伏发电系统最大功率点的跟踪问题。本文分析了光伏电池的工作原理，物理特性和热点效应，利用Matlab / Simulink建立了考虑局部阴影的光伏阵列仿真模型。然后，通过仿真验证和分析了电压和
2、功率多峰曲线的产生原理和分布规律，在总结规律的基础上提出了光伏阵列的优化设计，为研究光伏阵列提供了理论依据。 MPPT方法的局部阴影。最大功率点跟踪控制是光伏发电系统的关键技术。通过分析粒子群优化算法在MPPT控制中的优缺点，采用粒子群优化算法实现光伏发电系统的MPPT控制。量子粒子群优化算法具有收敛精度高，难以进入局部最优的优点。本文详细介绍了量子粒子群优化算法的原理，基本特征和算法流程。结合光伏发电系统的最大功率跟踪原理，提出了应用于光伏发电系统的MPPT控制理论流程。为了验证基于量子粒子群算法算法的MPPT控制的可行性和稳定性，采用Matlab / Simulink构建光伏发电系统的总体
3、结构仿真模型。通过仿真与传统MPPT方法的对比分析，控制基于粒子群优化和量子粒子群优化，验证了QPSO具有MPPT控制的应用良好的跟踪性能，并有效地提高局部阴影条件下光伏阵列输出效率。关键词：光伏系统；最大功率点跟踪；粒子群优化算法；局部阴影Study on improving the output efficiency of photovoltaic array under local shadowAbstractWith the wide application of distributed photovoltaic power generation, the environment of
4、 photovoltaic power generation system becomes more and more complex, especially in the small and medium-sized photovoltaic system installed in the built-up area, the local shielding problem is difficult to achieve. Cloud cover, dust on the surface of the photovoltaic cell and uneven light blocking o
5、n the surface of trees or buildings lead to changes in the output characteristics of the photovoltaic cell. The voltage output power curve appears at several extreme points, which may lead to the miscalculation of the traditional maximum power point tracking (MPPT) algorithm. Therefore, it is necess
6、ary to study an effective control method to solve the tracking problem of the maximum power point of photovoltaic power generation system under local shadow condition.In this paper, the working principle, physical characteristics and hot spot effect of photovoltaic cells are analyzed, and a photovol
7、taic array simulation model considering local shadow is established by Matlab/Simulink. Then, the generation principle and distribution rule of voltage and power multi-peak curve are verified and analyzed by simulation, and the optimal design of photovoltaic array is proposed on the basis of summari
8、zing the rule, which provides a theoretical basis for the study of photovoltaic array. The local shadow of the MPPT method.Maximum power point tracking control is the key technology of photovoltaic power system. By analyzing the advantages and disadvantages of particle swarm optimization algorithm i
9、n MPPT control, particle swarm optimization algorithm is adopted to realize the MPPT control of photovoltaic power generation system. Quantum particle swarm optimization algorithm has the advantages of high convergence accuracy and difficulty in entering local optimum. This paper introduces the prin
10、ciple, basic characteristics and algorithm flow of quantum particle swarm optimization algorithm in detail. Combined with the maximum power tracking principle of photovoltaic power generation system, the MPPT control theory flow applied to photovoltaic power generation system is proposed.In order to
11、 verify the feasibility and stability of MPPT control based on quantum particle swarm optimization (qpso) algorithm, Matlab/Simulink was used to construct the overall structure simulation model of photovoltaic power generation system. Through the comparison and analysis between simulation and tradit
12、ional MPPT method, the control is based on particle swarm optimization and quantum particle swarm optimization, which verifies that QPSO has good tracking performance in the application of MPPT control, and effectively improves the output efficiency of photovoltaic array under local shadow condition
13、.Key words: photovoltaic system; maximum power point tracking; particle swarm optimization algorithm; local shadowIV目 录摘要IAbstractIII第一章 绪论11.1课题的研究背景和意义11.2国内外研究现状21.2.1国外太阳能光伏发电发展现状和发展趋势21.2.2国内太阳能光伏发电发展现状和发展趋势31.2.3光伏发电系统MPPT的研究现状51.3本文主要研究内容5第二章 光伏电池的工作原理及特性分析72.1 引言72.2光伏电池的发电原理72.2.1 光伏电池的光电效应
14、82.2.2 光伏电池的分类82.3 热斑效应92.3.1热斑效应的产生机理92.3.2 热斑效应的解决办法102.3.3光伏阵列多峰模型112.4光伏电池的输出特性分析122.5光伏电池输出特性MATLAB仿真分析142.5.1无阴影情况下光伏电池输出特性分析152.5.2有阴影情况下光伏电池输出特性分析162.6 本章小结17第三章 阴影情况下不同结构光伏阵列输出特性分析183.1 引言183.2 光伏阵列结构介绍183.3 SP、TCH、BL、HC光伏阵列建模193.3.1 SP结构193.3.2 TCT结构203.3.3 BL结构213.3.4 HC结构233.4 阴影状态下SP、TC
15、H、BL、HC阵列输出特性比较233.5 本章小结26第四章 局部阴影下提高光伏输出效率的方法研究274.1 引言274.2 阴影离散化方法的研究274.2.1 光伏阵列建模方法分析274.2.2阴影离散化方法提出274.3 阴影离散化方法实现研究294.4 光伏阵列优化设计304.5本章小结31第五章 光伏MPPT控制算法研究325.1 引言325.2 光伏MPPT基本原理325.3 传统MPPT算法研究与仿真分析335.4 粒子群PSO算法研究与仿真分析365.4.1常见智能算法分析365.4.2粒子群算法研究与仿真分析385.5 改进PSO算法及仿真分析405.6 改进PSO算法与传统M
16、PPT算法比较445.7 本章小结47第六章 结论与展望486.1结论486.2展望48参考文献50致谢54VI第一章 绪论1.1课题的研究背景和意义随着化石能源的逐渐枯竭和人类生态环境的恶化，作为清洁和绿色能源的太阳能受到越来越多的国家的关注和关注。光伏发电是其中的一种利用方式。因能量质量高，施工周期短等优点被广泛使用。中国丰富的太阳能资源已成为缓解电力短缺和环境污染两大问题的主要手段之一。目前，太阳能通过“补充能源”的作用逐渐转变为下一代“替代能源”。预计在国家政策的指导下，尽快扩大规模，为中国低碳经济发展提供能源支持。随着光伏发电技术的不断发展和应用，光伏电池的种类不断增加，成本逐渐降低
17、。虽然光伏发电具有很大的优势，但也存在一些缺点：（1）光伏转换用光伏电池的成本太高，初期投资成本很高。许多光伏产业发展良好的国家通过各种福利政策和相关补贴来鼓励光伏产业的发展。没有国家政策的支持，光伏产业将难以广泛发展。 （2）光伏电池的转换效率低。 （3）为了有效利用土地资源，加强光伏建筑的整合趋势，城市建筑物表面安装了许多光伏发电装置。在这种情况下，光伏设备很可能被堵塞，这不仅会降低功率，还会导致热点效应。作为将太阳能转换为电能的功率器件，光伏电池具有非线性输出特性，其随着光强度和环境温度的变化而变化。特别是对于安装在建筑物上的光伏发电系统，光伏电池安装在建筑物的屋顶或建筑物墙壁上，容易被
18、周围的公共设施和建筑物覆盖，使得光伏电池阵列更容易受到局部阴影的影响。而且，由于安装角度和入射角度的不同，阴影的位置和面积也随着时间的变化而变化。所有这些影响因素使得光伏电池的输出特性具有严重的峰值特性。在具有局部阴影的光伏阵列的情况下，由于光伏电池部件的屏蔽，光强度减小，输出功率也将减小。输出功率的降低不仅会导致发电成本的增加，而且还不能满足家用光伏发电系统用户的用电需求。同时，阴影引起的热点效应也会给光伏发电系统带来严重的安全事故。正是由于热点效应，德国一家大型光伏电站的整个光伏阵列起火，造成巨大的经济损失。为了解决热点效应，通常在光伏阵列中使用并联旁路二极管来保护光伏模块。然而，在局部阴
19、影的情况下，光伏阵列的输出特性将是多峰值的，这使得更难以跟踪光伏发电系统的最大功率。传统的最大功率跟踪方法，如扰动观测法和电导增量法，如果跟踪失败，将进一步降低光伏阵列的输出功率，严重影响光伏发电的转换效率。根据调查统计，本地影子造成的功率损耗约占各种商用电池应用总功率损耗的70。因此，有必要深入分析阴影条件下光伏阵列的特性，研究适合局部阴影条件的最大功率跟踪技术。当外部环境任意改变时，总是可以输出光伏发电系统的最大功率。此外，在工业光伏中，光伏阵列很容易被山脉和云层阻挡，导致多峰值输出特性。如果光伏阵列不能在最大功率点工作，光伏发电的效率将降低，降低企业的利润。因此，为了最大化太阳能电池的有
20、效性，有必要研究在局部阴影条件下光伏阵列的输出特性，并提出提高光伏发电效率的方法。1.2国内外研究现状1.2.1国外太阳能光伏发电发展现状和发展趋势自20世纪70年代民用领域采用太阳能光伏技术以来，太阳能光伏发电技术发展迅速，太阳能电池产量逐年增加。1976年，全球产量仅为几百千瓦，1983年增加到21.7兆瓦，1992年增加到57.9兆瓦，2000年增加到200兆瓦。全球光伏发电的装机容量也在迅速增加。 2006年，全球光伏发电装机容量为6GW。截至2016年底，全球光伏发电累计装机容量达到303GW，10年增长50倍。随着太阳能电池材料，结构，制造技术等的改进，元件的价格也在下降。随着应用
21、技术的逐步完善和发展，太阳能电池发电的应用范围和规模正在迅速扩大。首先，它从空间应用转移到一些特殊的地面耗电场所和偏远和非电力农村地区的少量电力供应，逐步发展成微波中继站，通信电源，光电水泵，家用电力灯 和其他领域。随着太阳能电池制造和应用技术的不断发展和完善，一些大功率并网太阳能发电站已投入运行，太阳能电池发电将在整个能源组织中占据相当大的份额。国际太阳能电池研发领先国家是德国，日本，美国，澳大利亚等发达国家。未来，光伏发电系统主要集中在高效率，低成本，长寿命，美观性和实用性的方向上。专家预测，到2050年，太阳能光伏发电将占总发电量的13至15。1997年，美国宣布了百万屋顶光伏计划，该计
22、划的重点是到2010年在100万个屋顶或其他可能的建筑部分安装太阳能系统。该计划加速并促进了美国光伏产业的发展，降低了电力成本发电量低于6美分/ kWh，保持并巩固了美国光伏产业在世界上的领先地位和在世界市场上的主导地位。1998年，德国政府提出了10万个屋顶计划。德国政府已经对公共电网太阳能发电站每千瓦时发电提供0.574欧分（5.74元人民币）的补贴，居民的屋顶发电价格将高于太阳能的发电价格。德国的电价为每千瓦时0.1欧元，而电力公司以每千瓦时0.5欧元的价格回购太阳能，这种差异刺激了居民。到2004年，德国已安装了10万个太阳能屋顶，2016年德国光伏发电总量达到38.2TWh。由于德国
23、政府采取了一系列强有力的措施促进光伏发电，德国光伏产业已成为一个非常活跃的经济产业。到2010年，日本政府已经安装了5000MW屋顶光伏发电系统，并通过政策推动了国内光伏发电市场的增长。它成功实施了1994年至2003年的一轮补贴，使日本的光伏产业在2004年安装了1100mw，成为当时世界上光伏发电容量最大的国家。日本为了鼓励人们使用太阳能，在居民安装太阳能设备成本投资上，50将由政府补贴，并且太阳能住宅用电价格低于市电购买价格，因为日本居民感受到利用太阳能的好处，日本在2006年一年，有8万个屋顶安装了太阳能发电设备。由于太阳能光伏技术在未来能源，环境和人类社会的发展中发挥着重要作用，自2
24、0世纪80年代以来，光伏发电的装机容量保持了10至15的增长率。 20世纪90年代末，世界市场太阳能光伏发电供不应求，发展更加迅速。近年来，美国，日本和俄罗斯在该国太空太阳能发电站的研究和试验上投入了大量资金，希望能够大规模利用太阳能为人类提供无穷无尽的供应供应，应用前景具有非常大的吸引力。1.2.2国内太阳能光伏发电发展现状和发展趋势中国的太阳能光伏产业始于20世纪70年代，并在20世纪90年代中期进入稳定发展时期。太阳能电池和组件的产量逐年稳步增长。截至2005年底，中国已生产超过250兆瓦的光伏电池和超过400兆瓦的光伏组件。中国光伏发电市场的发展如下：20世纪90年代初，光伏发电主要应
25、用于通信和工业领域。自1995年以来，县，乡，村两级建有各类规模的光伏电站40多个，主要集中在特殊领域和偏远地区。自2000年以来，中国的光伏技术已进入大规模并网发电阶段，并开始建设10千瓦，100千瓦和100兆瓦的并网光伏示范系统。自2002年以来，国家发展和改革委员会（国家发改委）启动了“西部省区无电乡镇照明工程”。通过光伏和小型风电，该项目最终将为西藏，新疆，青海，甘肃，内蒙古，陕西，四川等西部七省的近100万户和400万人提供电力。根据2017年REN21可再生能源全球状况报告，2016年全球光伏发电总量为333.1TWh，其中中国光伏发电量占全球总量的19.9，位居全球第一。不仅光伏
26、发电总量，中国腾格里沙漠太阳能园区和大同光伏领导者分别占据“2016年世界最大光伏电站”排名第一和第二位。虽然中国光伏产业发展迅速，发展机遇良好，但仍存在制约光伏发电产业进一步快速发展的不利因素和障碍，体现在以下四个方面：（1）硅原料短缺。硅原料短缺是阻碍市场化的核心环节，应采取有效措施进一步扩大硅材料的生产能力。（2）严重的环境污染。太阳能硅片本身不含环境污染成分，但在生产太阳能硅片的过程中会产生大量的污染成分，会造成严重的环境污染，需要进一步提高生产过程中的废物净化能力。（3）激励政策远远不够。近年来，尽管国家颁发了“国务院促进健康发展光伏产业的几点意见（国发2013 24号），“关于推进
27、先进光伏技术应用和产业升级的意见”，等一系列政策文件，但对于推动中国国内光伏市场的发展动力来说是相当不足的。（4）光伏发电的配套技术尚不成熟。与国外相比，中国的并网逆变/控制产品研发以来尚未商业化生产，而且与进口相比，电池技术达不到标准，使用寿命低。总的来说，中国的光伏发电产业正处于加速上升势头，国家政策偏向逐年增加，行业发展形势令人鼓舞。目前，在光伏发电技术中，黑硅和PERC（背面钝化发射极和局部接触电池）是降低成本的主要技术方法。黑硅的成本不高，因此多晶硅芯片的成本可以降低，并将在未来几年继续广泛使用。 PERC是最具成本效益和最有效的技术，但由于其技术复杂性，它尚未在中国广泛使用。经过一
28、段时间的蓬勃发展，PERC技术将在中国得到广泛应用。中国的光伏产业仍然存在一些不足之处。首先，整体行业竞争压力过大，光伏电池组件价格高。其次，由于硅片材料的技术难度，目前的技术创新仍然有点不足。以下几点是光伏发电产业发展的总结：（1）在能源和环境的制约下，光伏发电在各种能源中脱颖而出。近年来，随着国内外光伏产业的重视，光伏发电产业取得了重大突破，光伏发电产业越来越贴近人们的生活。中国的光伏发电产业在世界上处于领先地位。 （2）随着光伏发电技术的快速发展和光伏电池产量的不断增加，光伏发电已成为能源结构不可或缺的重要组成部分，光伏发电产业将成为新能源的支柱产业。未来。 （3）光伏电池未来发展趋势可
29、观。在政府的大力支持下，近年来光伏发电产业发展尤为迅速。但在快速发展的过程中，存在一系列问题，如产业链异常和价格高企等。因此，在大力发展光伏产业的同时，要更加注重产业的健康发展。 （4）创新是光伏发电产业生存的基础，也是光伏发电产业可持续发展的关键。量子点太阳能电池，钙钛矿太阳能电池和新型MPPT技术可有效提高光伏电池的效率，从而推动光伏电池产业的发展。1.2.3光伏发电系统MPPT的研究现状低光电转换效率是光伏发电系统中不可避免的问题。同时，光伏电池的输出功率不仅与所用材料有关，而且外部环境的变化也会导致其输出特性发生变化。为了确保光伏电池能够在不同环境下的最大功率点工作，许多专家和学者对寻
30、找光伏发电的最大功率点进行了深入的研究。最大功率点跟踪技术称为MPPT技术，通过控制方法使光伏电池以最大功率输出运行。随着最大功率跟踪方法的不断创新，已经产生了许多用于均匀照明的MPPT方法。两种最广泛和最实用的MPPT方法是摄动观测法和电导增量法。扰动观测方法可以更好地解决光照条件下的MPPT问题。电导增量法（INC）在结构上比PO法更复杂，但更容易适应外部环境的突变，其动态跟踪能力强于PO法。光伏发电系统输出u-p特性曲线的多峰值条件一般是由光伏阵列的阴影屏蔽引起的。目前，国内外学者提出了多种峰值优化跟踪方法，如基于复合传统方法的跟踪方法和基于人工智能的全局优化跟踪算法。基于人工智能的控制
31、方法包括神经网络控制，模糊逻辑控制，遗传算法，人工鱼群算法和粒子群优化算法。其中，粒子群优化原理简单，操作简单，收敛速度快，适合全局搜索，已越来越多地应用于光伏控制。粒子群优化（pso）是一种基于群组协作的随机搜索算法。当它应用于最大功率跟踪控制算法时，最大功率点处的电压是搜索中的“粒子”空间。所有粒子都具有目标函数（光伏系统的总功率输出）以决定适应该值并通过重复迭代找到最大优势。目前，多峰技术的评价还没有统一的标准，每种方法各有优缺点。面对许多新的控制方法的出现，多峰仍具有很大的研究价值和发展空间。1.3本文主要研究内容本文研究了局部阴影条件下光伏发电系统的最大功率点跟踪。本文重点研究了全局
32、最优搜索算法与光伏控制相结合的方法。在分析粒子群优化算法的优缺点和粒子群优化算法的理论研究的基础上，提出了一种光伏发电系统控制方法，以克服局部最优跟踪问题。并获得更可靠的跟踪优化算法。论文共分六章。每章的主要内容如下：第一章总结了光伏发电系统的发展背景，重点研究了局部阴影条件下光伏发电系统研究的意义和重要性。此外，还分析了光伏发电系统的结构组合和最大功率点跟踪控制的研究现状。第二章研究了光伏发电系统的组成，分类和应用。分析了光伏电池的工作原理和等效数学模型，建立了光伏阵列工程的数学模型。分析了在局部阴影条件下用旁路二极管产生多个峰值的原理，建立了具有局部阴影的光伏阵列的多峰数学模型。第三章：局
33、部阴影下光伏阵列的建模与输出特性分析。仿真验证了光伏阵列模型的可行性和光伏阵列多峰数学模型的正确性。分析了局部阴影条件下光伏阵列最大功率点的分布和规律，提出了光伏阵列的优化设计。第四章研究了局部阴影下最大功率点跟踪原理。首先，详细研究了外部环境的原理和影响，分析了传统和局部阴影方法的优缺点。本文主要分析了粒子群算法的基本原理，算法流程及优缺点，提出了粒子群算法在光伏发电系统控制中的应用，并提出了算法参数设置和算法参数设置。算法流程。第五章建立了基于粒子群算法的光伏系统控制仿真模型。通过模拟阴影的多种分布，比较了传统的基于粒子群优化算法和量子粒子群算法的算法，并进行了基于粒子群算法的仿真验证控制
34、算法具有良好的收敛速度和跟踪精度，可用于局部阴影情况下光伏发电系统的最大功率点跟踪，提高电力系统的利用率。第六章对全文进行了总结，并提出了研究中存在的问题和不足，展望了研究工作的未来需求。54第二章 光伏电池的工作原理及特性分析2.1 引言光伏发电系统是利用太阳能发电的装置。根据与电力系统的关系，一般可分为独立的光伏发电系统和光伏并网发电系统。光伏电池是光伏发电系统的核心部件，但光伏电池的电压和电流输出很小。通常，光伏电池单体串联和并联连接以形成光伏模块，然后光伏模块形成光伏阵列以提供更多功率。 研究光伏电池具有重要意义。 以下部分将研究光伏电池的原理和特性。2.2光伏电池的发电原理1839年
35、法国物理学家a.e.查尔发现了光伏效应。 Charles Fritts于1883年通过涂覆硒半导体和非常薄的金（Au）层来形成第一个太阳能电池，形成半导体金属结。在20世纪50年代，人们开始了解半导体的物理特性和加工技术的进步。美国的贝尔LABS发现，当向硅晶体中添加一定量的杂质时，半导体对光更敏感。然后是第一个实用的太阳能电池。光伏发电是利用半导体界面的光伏效应将光能直接转换为电能的技术。该技术的关键组成部分是太阳能电池。在太阳能电池串联封装和保护之后，可以形成大面积太阳能电池模块，并且可以通过将它们与电力控制器和其他部件组合来形成光伏发电装置。当太阳照射在半导体p-n结上时，形成新的空心电
36、子对。在置于p-n结中的电场的作用下，空穴从n区域流到p区域，并且电子从p区域流到n区域。当电路接通时，形成电流。这就是光伏电池的工作原理。太阳能发电有两种方式，一种是光电转换模式，另一种是光电直接转换模式。（1）光热电转换方法利用太阳辐射产生的热能来发电。通常，吸收的热能通过太阳能收集器从工作介质转换成蒸汽，然后太阳能收集器驱动蒸汽轮机发电。前者是光热转换过程;后一工艺是热电转换工艺，就像普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率低且成本高，并且其投资估计比普通火力发电厂贵至少5-10倍。（2）光电直接转换模式。该模型利用光伏效应将太阳辐射直接转换为电能。光电转换的基本器件是太阳能电池。太
37、阳能电池是由于光伏效应而将太阳能直接转换成电能的装置。这是一个半导体光电二极管。当太阳照射在光电二极管上时，光电二极管将太阳光的能量转换成电能并产生电流。当许多电池串联或并联连接时，它们可以形成具有相对高输出功率的方形太阳能电池阵列。太阳能电池是一种很有前景的新型电源，具有三个优点：耐用性，清洁度和灵活性。与火力发电和核能发电相比，太阳能电池不会造成环境污染。2.2.1 光伏电池的光电效应光电效应是指在高于一定频率的电磁波照射下，某些材料中的电子将被光学字激发而形成电流。半导体具有最强的光电效应。光伏电池由特殊的半导体材料制成，它将在光或热下成为导体。然而，在低温下，导电带是空的，并且价电子带
38、的存在使其成为绝缘体。 如果材料暴露在光线下，光子进入半导体。光子的能量E由光的频率决定，如下面的公式所示： （2-1）其中h为普朗克常数（h=6.626x10-34Js），f为光照频率，c为光速。光伏电池材料实际上是大的p-n结。在p-n结的两端建立电动势，外部负载形成环路，电流通过，随着光线变强，输出功率变大。 光伏电池单体在标准照度下（1000 w / m2）正常工作电压从0.45 V到0.5 V，工作电流为2025 mA / cm2，由于光伏电池单体输出功率很小，机械性能差，一般不能 直接用作电源，但单体数量采用串联，并联和紧密封装后使用，光伏组件的性能不同，封装的光伏组件根据不同系列
39、的数量，并联可形成不同容量的光伏阵列 用于光伏发电系统。2.2.2 光伏电池的分类存在各种类型的光伏电池，根据其材料可分为硅光伏电池，有机半导体光伏电池和化合物半导体电池。单晶硅光伏电池具有长的使用寿命和高转换效率，但是生产成本也相对较高，并且单个光伏电池的尺寸受到单晶尺寸的限制。单晶硅电池的光电转换效率一般为1618，多晶硅电池的光电转换效率为1516。与制造成本相比，多晶硅电池更便宜，材料制造简单，节省电力，总生产成本更低，并且发展更大。因此，多晶硅占晶体硅电池的2/3，占光伏电池市场份额的55以上。尽管多晶硅电池具有成本优势，但其使用寿命短于单晶硅电池，但其光电转换效率低于单晶硅电池。用
40、于无机盐的复合光伏电池材料，主要包括砷化镓-V化合物，砷化镓，硫化镉，碲化镉，以及铜和硒薄膜电池。硫化镉和碲化镉薄膜太阳能电池的转换效率高于非晶硅薄膜太阳能电池。但由于镉是有毒的，会对环境造成严重污染，因此，不是晶体硅光伏电池的理想替代产品，砷化镓-V复合电池的转换效率可以达到28，砷化镓复合材料具有理想性光学带隙和吸收效率高，抗辐射能力强，对热不敏感，适合制造高效单晶电池。但砷化镓价格昂贵，这限制了砷化镓电池的普及。铜铟硒薄膜电池适用于光电转换，没有光衰问题，转换效率与多晶硅相同。具有价格低，性能好，工艺简单等优点，将成为未来光伏电池发展的重要方向。唯一的问题是材料的来源，并且由于铟和硒都是
41、相对稀有的元素，因此这种电池的开发必然受到限制。有机薄膜光伏电池的主要材料是颜料或聚合物材料。它具有生产简单，成本低，环保，柔软性好的特点，但光电转换效率仅为5左右。随着对光学合成系统有效转换原理的进一步理解，有机薄膜电池受到越来越多的关注。2.3 热斑效应2.3.1热斑效应的产生机理太阳能电池是整个光伏系统的核心部分。在实际使用中，光伏电池会有一定的部分屏蔽，裂缝或不匹配，内部损坏等的可能性，导致单个光伏电池的特性与整体的不一致，并且产生的电流是小于其他正常光伏电池的电流。这些单独的光伏电池不仅对整个系统没有贡献，而且将成为系统电路中的负载并消耗其他光伏电池产生的能量。单个光伏电池，如在反向
42、电压下工作的二极管，具有大的电压降和电阻，并且消耗大量功率并产生热量，这是热点效应。光伏电池单体和二极管具有相似的p-n结结构，具有反向雪崩击穿现象，因为光伏电池可以产生反向电压。当光伏电池两端的反向电压足够大到电池的反向雪崩击穿电压值时，通过它的电流将急剧增加并且可以在短时间内增加到非常大的值，从而导致雪崩影响。在雪崩效应发生后，反向电压也显着增加，这增加了光伏电池的温度积累，并严重损坏了光伏电池。并且，如果光伏组件中的问题是并联部分，选择影响不大，但这部分光伏电池的贡献很小，但如果系列是问题的一部分，问题就更严重了，不仅仅是部分问题降低电池问题的输出电流，还可以使光伏模块的输出电流变得与输
43、出电流的问题电池部分一致，输出电压降低，整个光伏模块的输出功率降低，整体转换效率降低。当光伏模块接收不均匀的光或被单独的灰尘阻挡或甚至具有不同的规格时，上述情况统称为受局部阴影影响的光伏模块。此时，受光伏电池影响的部分将不再向负载提供能量，相反将负载在电路中，消耗其他正常光伏电池产生的电能，通过热量的形式消耗电能，当热量累积达到一定限度将燃烧过长的光伏电池封装材料，使整个光伏电池失效，造成不可逆转的损害，这是热点效应。原理是光伏电池的核心材料是PN结，即光伏电池可以反向断开。由于在串联支路的电流是相等的，根据基尔霍夫电压和电流定律，当正常工作电池的输出电流比阻断电池的短路电流大，被阻塞的电池将
44、有负压，并将用于作为负载以消耗其他正常光伏电池以热量形式提供的能量。因此，整个光伏模块的输出功率将降低，这将导致系统转换效率的降低。当热点效应严重时，整个光伏模块将被破坏，造成永久性损坏。应采取必要的保护措施。由光伏电池屏蔽产生的阴影在现实生活中非常普遍，并且这种情况在与建筑物结合的光伏并网发电系统中最常见。由于大多数光伏阵列安装在建筑物的表面或屋顶上，诸如高层建筑，电线杆和树木等障碍物随季节和时间而变化。阳光穿过这些障碍物产生的阴影可能会在光伏电池上投下阴影。其他常见情况包括大型光伏阵列在遇到大云时投射阴影，因为许多便携式便携式太阳能设备在移动时可以做到。当热点效应严重时，整个光伏电池模块将
45、受损，导致永久性损坏。因此，有必要研究热点现象并采取必要的保护措施。2.3.2 热斑效应的解决办法鉴于热点效应，国际电工委员会制定了严格的认证测试标准。光伏产品在投入生产和使用之前必须经过一定条件下的严格测试。同时，为了避免产生热点效应，首先应保持光伏电池模块清洁，然后在安装光伏电池阵列时，应尽量选择合适的环境，以免产生不必要的屏蔽。由于热点对串联和并联的影响差别很大，在光伏电池的串联和并联阵列中，通过改变光伏阵列中电池模块的串联和并联连接的连接方式，可以降低热点效应的可能性。最常见的方法是在模块上串联一个旁路二极管和一个阻塞二极管。二极管不影响模块的策略工作，但当模块中的电池被阻塞时，二极管
46、将起到有效解决热点效应问题的作用，避免被阻电池的过热损坏。图2-1中的旁路二极管在正常时间，处于局部状态，不会影响光伏电池的工作，但当遮挡光伏电池问题时，旁路二极管的两端形成正向偏压，二极管导通和支路电流超过遮挡的光伏电池灯部分将旁路二极管电流分流，限制电流，避免发热现象。当阵列中的并联电路被阻断时，分支上的阻塞二极管将起到防止光伏阵列通过并联支路放电的作用，并保证分支中所有串联光伏电池的安全性。图2-1带旁路二极管和阻塞二极管的光伏阵列Figure 2-1 Photovoltaic array with bypass diode and blocking diode从理论上讲，为了避免热点效
47、应，应该在每个光伏电池旁边并联一个二极管，但使用大量二极管也有一定的缺点，不仅增加了成本，增加了功耗，而且当阵列的光伏电池电压 低电平时，并联二极管反向偏压会对光伏阵列的工作电压产生很大影响。 因此，二极管通常连接到一组光伏电池以实现预防效果。2.3.3光伏阵列多峰模型前一节提到使用并联旁路二极管可以有效消除光伏阵列的热点效应，但在局部阴影的作用下，旁路二极管的开路状态使得光伏阵列曲线呈现多阶和多峰 现象。 因此，可以提出在局部阴影条件下的光伏阵列的多模型模型。 在下面的部分中，研究了在局部阴影条件下具有两个串联结构的光伏模块的光伏阵列的输出。 光伏阵列的等效结构如图所示。图2-2 光伏组件串
48、联的等效电路图Figure 2-2 Equivalent circuit diagram of photovoltaic modules in series假设两个光伏模块的参数相同，并且在均匀照明强度下它们的工作电流相同。从上面的部分可以看出，即Iph1 = Iph2，两个旁路二极管都闭合，此时功率输出是单峰的。然而，在局部阴影的影响下，如果第二个光伏模块被阻挡而第一个未被阻挡，则模块2的光生电流变小，即Iph1 Iph2模块2的旁路二极管的两侧将形成正向电压传导。在此阶段，仅光伏电池模块1为系统供电。随着负载电阻逐渐增加，输出电流逐渐减小。当Iph1 = Iph2时，模块2的旁路二极管通过反向偏置关闭。在这个阶段，组件1和2 - 一起工作以输出功率。 两个