组件电子学

SunSolve Yield 使用基于物理的电路方法对光伏组件的完整电气行为进行建模。每个太阳能电池由单二极管等效电路表示，连接在复制组件真实电气布局的网络中——包括串联和并联串、互连和可选旁路二极管。每个电池的光生电流直接来自光线追踪的光学吸收，而温度相关的电气参数在每个时间步长求解，以确定电流-电压（IV）特性和组件输出。这种方法在仿真中提供了光学、热学和电气域之间一致的联系。

太阳能电池等效电路

本页重点介绍 SunSolve Yield 如何在组件级别连接和求解电池模型（串、互连和旁路二极管）。底层太阳能电池等效电路模型（包括假设和控制方程）在等效电路模型中单独记录。

有关电池模型如何在产量运行期间进行参数化和更新的详情，请参阅：

组件电路

组件电路包括通过节点点矩阵连接的连接器和电池串阵列。

电池串包含串联连接的一个或多个太阳能电池等效电路。电池可以排列成在照明下电流沿任一方向流过串。

连接器定义了电池串如何连接在一起，可以是四种类型之一：

开路 — 没有电流流动；两侧的节点电气隔离。
短路 — 无损连接（电阻 = 0 Ω），电流可以在相邻节点之间流动。
旁路二极管 — 单个 SPICE 二极管（见下文）；二极管可以面向任一方向。
组件端子 — 将组件电路连接到外部负载的正或负端点。

有两种电路拓扑可用：

垂直串 — 晶硅组件的标准布局。电池排列在列中，每列由连接器行分成子串。旁路二极管保护每个子串。这是默认且最常用的选项。
水平串 — 电池在水平行中串联连接，多行并联连接。此布局常用于薄膜组件。

电路拓扑、连接器行配置和旁路二极管参数在组件弹出窗口的电路选项卡中配置。有关电路输入的完整说明，请参阅组件电气布局。

旁路二极管模型

组件中的每个子串都可以由旁路二极管保护。有两种基于 SPICE 的模型可用。

简单模型

简单模型没有温度依赖性、没有串联电阻、没有反向击穿。通过旁路二极管的电流（ $I_B$ ）为：

I_B = \begin{cases} I_{S,B} \cdot \left[ \exp \left( \frac{V_{BD}}{N_B V_T} \right) - 1 \right], & V_{BD} > -3 \cdot N V_T \\ -I_{S,B} \cdot \left[ 1 + \exp \left( \frac{3 \cdot N_B V_T}{V_{BD} \cdot e} \right)^3 \right], & V_{BD} \le -3 \cdot N V_T \end{cases}

其中 $I_{S,B}$ 是饱和电流， $N_B$ 是二极管理想因子。

SPICE level 1 模型

SPICE level 1 模型增加了串联电阻 $R_{S,B}$ 、反向偏置击穿电压 $BV$ （击穿电流 $I_{BV}$ ），以及通过带隙电压 $EG$ 和温度指数 $XTI$ 实现的温度依赖性：

I_s(T) = I_s \exp \left( \left( \frac{T}{T_{NOM}} - 1.0 \right) \cdot \frac{EG}{N V_T(T)} + \frac{XTI}{N} \cdot \ln \left( \frac{T}{T_{NOM}} \right) \right)

V_T(T) = \frac{kT}{q}

太阳能组件中的旁路二极管通常在其实际经历的电压范围内不会表现出反向击穿，因此 $BV$ 的值通常可以设置得很高。

使用完整 SPICE level 1 模型（符号）模拟典型太阳能旁路二极管与数据表上报告的正向（右）和反向（左）二极管特性（线）之间的比较。

有关每个模型的输入参数，请参阅组件电气布局 — 旁路二极管。

电池间失配

SunSolve 使用以下程序在产量仿真的每个时间步长计算电池间失配。

对于每个组件：

从光线追踪和电池收集效率确定每个太阳能电池中的光生电流 $J_L$ 。
确定如果每个太阳能电池都在自己的最大功率下运行时产生的功率（在组件温度下求解单二极管模型）。这些值的总和是 $P_{noMM}$ 。
当所有电池按组件布局连接时，确定组件产生的最大功率，包括与电池串并联的旁路二极管（在组件温度下求解组件的 SPICE 模型）。这给出 $P_{MM}$ 。
该组件的绝对失配损失为 $P_{noMM} - P_{MM}$ 。

然后，对于单位系统：

绝对电池间失配损失是每个组件损失的总和： $\Sigma P_{noMM} - \Sigma P_{MM}$ 。
相对电池间失配损失是 $(\Sigma P_{noMM} - \Sigma P_{MM}) / \Sigma P_{noMM}$ 。

摘要

参数

模型

注释

参考文献

电池 IV 特性, 带 $R_s$ 和 $R_p$ 的单二极管等效电路, 光伏行业事实上的标准。请参阅等效电路模型。, [Chin2015] [McIntosh2001]

辐照度相关分流电阻, PVsyst 模型, 主要用于非晶硅器件。请参阅光照依赖分流电阻。, [Mermoud2013] [Mermoud2014]

组件电路, DC SPICE 电路, 定义并求解组件的完整 SPICE 模型。, [SPICE3f5]

二极管模型, Level 1 SPICE 模型, 基于伯克利大学的 SPICE 3f5 实现。, [SPICE3f5]

电池串联电阻, 解析方程, 仅适用于复杂组件。请参阅串联电阻的确定。, [Green1982]

温度依赖性, PVsyst 模型, 请参阅电气电路的温度依赖性。, [Mermoud2014]