分布式电站不同于大型地面电站,分布式电站一般建设在工商业企业的屋顶上。大部分工商业屋顶也会摆放其他设备。例如:中央空调的冷却塔、普通空调的压缩机、电梯井。同时周围高大建筑物和树木都会在特定时刻产生影响屋顶分布式电站的阴影;树叶和鸟粪会在电池组件的表面附着。空调系统会造成发电系统局部阵列升温。由于上述复杂因素,必须对这些因素对发电系统的影响进行分析。
1.1热斑效应和数学模型
热斑效应是指正常工作的电池组件在某一时刻,一个单体电池片被小的物体遮盖。导致此单体电池所能产生的电流变小。电池组件中的单体电池片可以看成是一个具有类似二极管的P-N结结构,具有反向雪崩击穿现象,根据基尔霍夫电流与电压定律,当被遮挡的单体电池所能产生的电流小于电路的电流时,该单体电池带负压,成为负载。并以发热形式消耗其他单体电池片发出的能量。
IPH=I+Id+Ipa+Ise(1-1)
式(1-1)所示在电池组件正常工作时,光生电流IPH被3个环节消耗了,一部分被负载消耗(I),一部分被内阻消耗了(Ipa+Ise),一部分被等效二极管消耗掉了(Id)当出现热斑现象时,Ipa、Ise、Id数值会变大,三者叠加到达一定值时,单体电池片会被击穿。热斑效应跟电池组件的生产工艺也有很大关系。由于生产水平的缺陷,往往会导致单体电池片的内阻不均匀。内阻不均匀的电池片极易产生热斑现象。
热斑效应的危害非常大。轻则烧毁电池片,严重的会引起整片电池组件的燃烧并引起火灾。近几年由热斑效应引起的电站火灾多有发生。分布式电站起火不但会导致财产损失,严重的会造成人员伤亡。这就要求电站管理方定期巡检及时清洁,避免危险产生。
1.2环境因素对电池组件的影响
1.2.1STC标准测试条件
STC(StandardTestCondition)测试是一种标准测试。基本原理是当闪光照到被测电池上时,用电子负载控制太阳电池中电流变化,测出电池的伏安特性曲线上的电压和电流,温度,光的辐射强度,测试数据送入微机进行处理并显示。国际同行标准的测试环境:辐照度1000W/M2,环境温度25°C,AM=1.5;功率公差范围:±3%.图1-4所示,某厂家型号为ET-M672280WW280Wp电池组件在STC环境下的P-U曲线。(本章都以此型号电池组件为实验及仿真对象)
1.2.2遮挡对电池组件的影响
云层、高大建筑和树木产生的大面积阴影对电池组件的直接影响就是太阳能辐照度的变化。图1-4中曲线是在辐照度1000W/M2条件下生成的,图1-5生成了5种不同辐照度条件的P-U曲线和最大功率点数据。见表1-1
由表1-1中数据所示,辐照度越大组件的输出功率越大,反之越小。