在光照强度分别为0，92，204，297，424W/m2，温度为26.5℃时，仿真得到光伏组件的反向特性与试验结果对比如图3所示。温度分别为15，72℃，光照强度为0W/m2时，仿真得到光伏组件反向特性与试验结果对比如图4所示。 从图3可以直观的看到，光伏组件具有二极管的反向特性和雪崩击穿现象，随着光照的增加，短路电流迅速增加，雪崩击穿后反向特性逐渐趋于重合。仿真结果与实验结果趋于一致。从图4可以看到，温度升高，反向电流略有减小，仿真模型反向特性对温度不敏感，由于温度对光伏电池反向特性影响较小，该模型仍能满足工程精度要求。
2 光伏电池反向模型中各参数的影响分析 2.1 参数分析意义 光伏电池反向模型是一个包含众多参数的复杂非线性方程，分析模型中各个主要参数对光伏电池电气特性的影响，可以预估参数范围、辅助参数提取、提高模型求解效率、指导光伏阵列设计，对于实际工程应用具有重要意义。以下分析中光伏组件参数根据实际典型组件设置。 2.2 系数a对光伏电池反向基本特性的影响 系数a分别取0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，温度为25℃，光照为1000W/m2时光伏电池U-I曲线如图5所示。 由图5可见，a对反向特性有较大影响，反向曲线为一簇平行曲线，对正向特性几乎没有影响。雪崩击穿后，在相同电流条件下，系数a大的电池反向电压绝对值小。
2.3 系数n对光伏电池反向基本特性的影响 系数n分别取3，5，7，9，温度为25℃，光照为1000W/m2时光伏电池U-I曲线如图6所示。 由图6可见，n对反向特性具有较大影响，反向曲线为一簇平行曲线，对正向特性几乎没有影响。雪崩击穿后，相同电流下，系数n大的电池反向电压绝对值小。 2.4 串联电阻Rs对光伏电池反向基本特性的影响 系数Rs分别取0.1，0.3，0.5，0.7，0.9，温度为25℃，光照为1000W/m2时光伏电池U-I曲线如图7所示。 Rs对曲线形状有较大的影响，Rs越大，正向开路电压附近光伏电池恒压特性越好，反向电池击穿后电流上升越块，曲线越陡，击穿电压绝对值越大。 2.5 并联电阻Rsh对光伏电池反向基本特性的影响 并联电阻Rsh分别取35，45，55，温度为25℃，光照为1000W/m2时光伏电池U-I曲线如图8所示。 Rsh主要影响反向特性。随着Rsh的增大，开路电压几乎不受影响，短路电流略有增大，雪崩击穿后，相同电流下，并联电阻Rsh大的电池反向电压绝对值小。
3 旁路二极管对光伏电池的影响 3.1 热斑效应及并联旁路二极管的必要性 当光伏组件通过串并联形成光伏阵列时，可能会出现反向偏压的组件。在大面积光伏阵列中如果某电池被遮挡，当该块电池所能提供的最大电流比电池短路电流还要大时，被遮挡的电池就会带负压，相当于负载，会随着能耗的增加产生大量的热量，形成局部热点，即热斑效应。热斑效应有可能导致光伏电池出现轻微的永久性功率输出损失或者永久性的开路失效，这取决于环境温度和反向偏压的大小。某些光伏电池受到高温、高反压和高功耗综合作用可能会发生永久性短路。 图9为光伏组件组合例，不加旁路二极管，第1块光伏组件被遮挡，其他不被遮挡。改变负载，仿真结果如图10所示。可以看到被遮挡电池在总输出电压较小时输出功率为负，即光伏电池由电源变成负载，可能形成局部热点，损坏光伏电池。 |
