光伏陣列故障診斷方法綜述

摘要：規(guī)模光伏陣列在運(yùn)行中經(jīng)常受陰影影響，從而使整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)效率下降。歸納了光伏陣列故障形成的原因，分析了目前光伏陣列的故障診斷方法，通過對現(xiàn)有方法優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，可知基于電特性檢測故障的診斷方法最具有工程應(yīng)用潛力，同時(shí)提出基于電特性檢測方法亟需解決的兩個(gè)問題。
關(guān)鍵詞：光伏陣列；故障診斷；電特性

1 引 言
太陽能是一種資源豐富、分布廣泛、環(huán)境污染小的理想替代能源，大規(guī)模光伏發(fā)電是太陽能利用的重要形式。規(guī)模光伏陣列在運(yùn)行過程中，除受自然環(huán)境(如云、臺風(fēng)、落葉等)影響外，還存在自身材料老化、光伏電池板不匹配等故障問題。

2 光伏陣列故障形成原因及影響
根據(jù)對陣列輸出特性的影響，陣列中電池板損壞和陰影影響都可歸納為光伏陣列故障，由光伏電池單體到光伏陣列存在的故障點(diǎn)及故障點(diǎn)隨時(shí)間變化的分布情況，這些故障對光伏陣列輸出特性的影響都可等效為陰影。根據(jù)影響特性可將陰影分成硬性和軟性陰影兩類，如表1所示。軟性陰影具有時(shí)變性，其形狀隨時(shí)間變化而變化，如云、樹木和建筑物等形成的影子；而硬性陰影具有時(shí)不變性，即一旦形成就不隨時(shí)間變化而變化，如電池表面污垢及電池?fù)p壞。軟性陰影還與部分硬性陰影的形成有因果關(guān)系，如在云或樹木等形成的軟性陰影影響下光伏陣列會(huì)形成不匹配。

圖1示出存在故障的光伏陣列，其輸出特性中存在局部最大功率點(diǎn)，該功率點(diǎn)與陣列全局最大功率點(diǎn)之間存在功率差額。文獻(xiàn)對比了多種商用光伏逆變器在陣列故障下的工作情況，結(jié)果表明測試逆變器輸出功率都出現(xiàn)損失，在嚴(yán)重時(shí)功率損失高達(dá)70％，若陣列長期運(yùn)行在局部最大功率點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)效率降低。此外，故障存在會(huì)造成電池板熱斑效應(yīng)，加速電池板損壞，甚至引起火災(zāi)。總之，存在這些故障問題不僅從源頭直接或間接地降低了光伏系統(tǒng)的效率，而且縮短了光伏陣列使用壽命，從而增加了發(fā)電成本。在規(guī)模光伏陣列中，由于電池板數(shù)量大，陣列中出現(xiàn)故障電池板的概率也隨之增加，因此研究規(guī)模光伏陣列故障診斷方法對陣列高效運(yùn)行及推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展具有重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。