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1、PVsyst软件组件弱光性能参数的优化探讨2015-03-25天合光能光伏能源摘要：组件弱光损失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和并联电阻值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和美国Sandia数据作为根底，但在实际建模过程中发现，使用默认的数据和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
2、200W/m2条件下的第三方测试数据，尝试对组件PAN文件中的参数进展优化调整，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和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，而大局部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。比方图1为地区年水平辐照强度的分布，可以看出辐照度低于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和地区。晶硅
3、组件在弱光下主要表达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141或220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一样功率的不同组件在STC条件下的转换效率可能有很小的差异，但是由于并联电阻不同，在200W/m2下可能就有很大差异。其中Rsh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和二极管理想因子，因为二极管理想因子和Rs相互关联，Rs值改变后，二极管理想因子也会随
4、着改变，所以本文主要探讨Rsh和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 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 Resistanceapparent，简写为Rsapparent，而SeriesResistancemodule为单二极管模型有关的电阻值，简写为Rsmodule，这个值无法从组件的Datasheet得到，一般需要根据实际情况进展调整。以*-240P多晶组件为例，在PVsyst默认的组件PAN文
5、件参数里面，该组件标准测试条件下的Rsapparent值为0.48，Rsmodule为0.281，标准测试条件下并联电阻值RshGref为250。现将RshGref固定为250，Rsh0默认为Rsh(Gref)的4倍，Rshe*p=5.5，这里的Rsh0和Rshe*p会在第三局部详细说明，假设Rsmodule值分别取为0.35和0.413，和默认的0.281进展比拟，使用PVsyst软件可得到不同辐照度下组件的峰值功率和NOCT条件下组件的峰值功率Pma*，结果参考表1。表1 *-240P组件在不同Rsmodule值和不同辐照度下的Pma*比拟RshGref=25020046.847.945.
6、640095.997.494.3600144.8146.2143.2800193193.91921000240240.1240.1Pma* at NOCT(W)177.1178176.1图3为不同Rsmodule值在不同辐照下的相对STC 时转换效率，从表1和图3模拟结果可知，和默认值0.281相比，适当提高组件的Rsmodule值，可以提升弱光下的输出性能。图3 不同Rsmodule值在不同辐照下的相对STC转换效率比拟RshGref=250表2为基于地区不同Rsmodule的组件系统弱光损失比照，当Rsmodule以0.005微小变化时，弱光损失的变化幅度约在0.1%左右，即说明了Rsmo
7、dule的微小变化对弱光损失的影响很大。表2 *-240P组件系统取不同Rsmodule值的全年弱光损失比拟RshGref=250，Pm=96kW弱光损失0.90%1%1.10%1.30%1.40%1.50%1.60%1.70%1.90%2、并联电阻值对弱光性能的影响仍以*-240P为例，当Rsmodule固定为0.35不变，RshGref分别取为200，400，600和1000，Rsh(0)是Rsh(Gref)的4倍，Rshe*p=5.5，使用PVsyst软件可得到不同辐照度下的峰值功率和NOCT条件下功率Pma*，结果参考表3。表3 *240P组件在不同RshGref值和不同辐照度下Pma
8、*比拟Rsmodule=0.3520046.64747.247.340095.696.296.496.6600144.6145.1145.3145.4800192.8193.1193.2193.31000240.1240.1240.1240.1Pma* at NOCT(W)177177.2177.3177.4图4为组件转化效率及其相对STC 时效率，从模拟结果可知提高并联电阻后，弱光性能有一定的改善，但是提升幅度非常小。图4 不同Rsh(Gref)值对应的相对STC弱光效率比照Rsmodule=0.35表4为不同RshGref值的组件系统在地区的弱光损失比照，当RshGref较低时，100-2
9、00以下对弱光损失的影响在1%-2%之间，当大于200，RshGref值越大，弱光损失的比例越小，综合以上数据不难发现，在PVsyst模型中，我们得到一个重要结论：串联电阻值对弱光的影响程度要大于并联电阻值。表4*-240P组件系统取不同RshGref值的全年弱光损失比拟Rsmodule=0.35，Pm=96kW弱光损失2%1.60%1.60%1.40%0.9%0.8%0.6%0.5%0.4%0.3%0.2%除了RshGref值外，我们再分析Rsh (0)的影响，假设RshGref=250，Rshe*p=5.5，Rsmodule=0.35，Rsh (0)是Rsh(Gref)的N倍，当N取不同的
10、值时，得到弱光损失结果如表5所示，当N取值越高，弱光损失越小。表5 不同Rsh (0)下的弱光损失Pm=96kW弱光损失2.700%1.800%1.300%0.900%0.700%0.500%0.300%同样的，保持其他参数不变，也可以得到Rshe*p变量对弱光的影响，参考表6。表6 Rshe*p对弱光损失的影响Pm=96kW弱光损失2.7%0.0%0.1%0.2%0.4%0.5%0.6%0.7%0.8%0.9%3、PVsyst弱光参数的优化调整方法在光伏系统设计时一般需要通过PVsyst软件进展发电量的模拟，该软件部集成了大局部厂家的组件数据库，每种功率规格的组件对应一个PAN文件。最新的版
11、本6系列比老版本5有了较大的修正，模拟结果也比老版本更加准确，尤其在弱光性能局部添加了RshGref、Rsh0、Rshe*p和Rsmodule四大参数的自定义调整功能，设计人员可以基于实测数据进展修改。当然软件自身也设置了默认值，对于晶硅组件默认的Rsh(e*p)为5.5，Rsh (0)是Rsh(Gref)的4倍，这些数据是PVsyst研究人员基于实测的大量数据分析得到的。据PVsyst官方介绍，按照IEC-61853-1测试方法，基于不同辐照下的大量实测数据显示，晶硅组件的相对转换效率在600W/m2-800 W/m2辐照区间比STC条件下约降低0.5%至1%，在200 W/m2降低1%-3
12、%左右。其实，对于大多数设计人员，假设仅仅知道组件的Datasheet上的根本电性能参数很难去评估组件的弱光性能，使用默认参数模拟下来的弱光损失比拟高，如果组件供给商能给用户提供比拟准确的弱光数据，设计人员可以根据PVsyst的修正功能进展调整，可得到更加准确的组件PAN文件，如果实在没有方法获得这些数据，也可以根据PVsyst研究人员得到的经历值来估算。下文以*-240P组件为例并参考PVsyst用户使用手册详细介绍弱光参数的调整方法2。3.1 并联电阻值参数的调整方法PVsyst软件是根据单二极管等效电路模型对电池和组件的性能进展模拟，参考图5。图5 Pvsyst软件所使用的单二极管模型其
13、中描述单二极管模型的电流和电压的输出关系表达式如1所示。1式中IL为光生电流A，I0为二极管反向饱和电流A，n为二极管理想因子。相关研究成果说明Mermoud 和 Lejeune ，2010；Eikelboom et al., 1997)：组件并联电阻值和入射光强有一定的关系，当入射光强降低后，并联电阻随光强成指数变化，公式如2所示 2。Rsh= Rsh(Gref) + Rsh(0) -Rsh(Gref) e*p(-Rsh(e*p) (G / Gref) 2其中Rsh(Gref)为STC下测试的并联电阻值。Rsh(0)为辐照为0时的并联电阻值在曲线上为Y轴的截距。Rsh (e*p)：表征并联电
14、阻值随辐照变化的其中一个变量。G为实际的太阳辐照度；Gref为标准测试条件下光强1000W/m2。图6为Rsh(e*p)取不同的值时，对公式2进展曲线绘制，其中Rsh(Gref)=250，Rsh(0)=1000，当辐照降低时并联电阻值会增加。图6 不同Rshe*p下Rsh随辐照的变化关系Rsh(Gref)=250，Rsh0=1000在弱光模型中Rsh(Gref)、Rsh(0) 和Rsh (e*p)值是可以根据实际情况进展调整，其中Rsh(Gref)为STC下测试的值。目前对于Rsh(Gref)的实际测试有太阳能模拟器的I-V测试法STC、DarkReverse I-V测试法、E*ternal Parallel Resistance测试法等，从行业相关研究文献1可知，一般使用太阳能模拟器测试出来的结果会明显偏低，原因是电流微小变化时，从IV曲线上获取Rsh(Gref)，太阳能模拟器缺乏足够的测试和计算精度。图7为对250个*240-60P组件样品使用太阳能模拟器AAA级光谱测试出来的RshGref值分布，平均值约200左右，在软件中RshGref值一般设置大于平均测试值，笔者认为默认的250还是比
