由于阴影的难预测性以及多变性,目前并没有太多的文章专门针对阴影进行归类分析。传统意义上对于阴影的理解可以定义为遮挡物本身或倒影对于电池板造成的遮盖直接并且严重的影响光照强度,进而影响光伏电池板的发电功率。如果阴影持续时间较长,则会进而影响系统的发电量。事实上,由于太阳是移动的,遮挡物也是多种多样的,产生的阴影影响效果和性质也是截然不同的。要想准确的理解阴影如何影响分布式光伏系统,需要清楚的对阴影类别进行归类。此外,传统意义上的“对电池的遮挡导致输出功率(P)的减少”的效果定义是相当片面的。本文会从电流(I)和电压(V)两个角度来分析阴影的真正影响。
阴影类别
阴影不具有唯一性。雾霾,多云,沙尘,树及树叶,鸟粪,周围楼房以及屋顶设施皆可以产生多样的阴影。随着日光移动阴影形状也会随之变化。广泛的,我们可以把阴影分类为“客观阴影”(objective shading)和“主观阴影”(subjective shading)。“主观阴影”又可细分为“动态阴影”(dynamic shading)和“静态阴影”(static shading)。
客观阴影指因天气原因而造成的光照强度减弱,比如多云,阴雨和雾霾天气等。主观阴影是由附近障碍物阻挡了阳光直射而造成的阴影覆盖。客观阴影是不可避免的但是主观阴影却可以通过合理的设计,安装以及定期清理来有效改善。
静态阴影特指在组件表面玻璃上的覆盖物,如鸟粪,黏着的树叶或长久积累在底部的灰土。动态阴影就是我们广泛意义上说的“阴影”。静态阴影形状不随太阳的移动而变化,这也是区分这两种阴影分类的核心点。
传统观念上对于“遮盖”的理解和定义也存在一定的误差。其实根据遮盖比例(shading ratio),遮盖可以分为部分遮盖(partial shading)和完全遮盖(whole shading)。完全遮盖和部分遮盖一般介于电池对于光照强度的临界点,大约在50W/m2左右,完全遮盖和部分遮盖对于组件的电压和电流影响是有很大差别的。
图一:阴影及遮盖的定义和分类
阴影影响
光照主要影响电池的输出电流。上文中提到的临界点,只要光照强度在临界点以上,电池便可以输出电压。由于太阳光的透射和散射,绝大多数的雾霾以及阴雨天光照强度依然可以满足这个临界点。所以哪怕输出电流非常小,哪怕是零功率输出的系统,依然存在满载直流电压的危险。换言之,“客观阴影”对于电池输出电流影响远大于对电压的影响。“电站不发电,不代表电站没电压”。
图二:光照强度对组件电压电流影响图
为了更好的理解“主观阴影”的影响,我们需要重新认识下旁路二极管(bypass diode)对于组件的电压和电流影响。
旁路二极管影响
通常对旁路二极管的理解非常直接,“当电池被阴影覆盖,会导致组件输出电流下降,此时旁路二极管工作,电流会流经二极管而旁路掉被遮挡电池,组件被拯救了!”这是比较片面的。事实上旁路二极管有时候也是一个“小恶魔”,并且并不是大众所想的“只要有阴影就工作”那样。
图三:60 Cells组件的旁路二极管结构。