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如何分析 I-V 曲線

要對(duì)光伏系統(tǒng)的 I-V 曲線進(jìn)行分析，我們可以使用 I-V 曲線繪圖儀，將實(shí)際測(cè)量的曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線或預(yù)測(cè)曲線進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)綜合考慮各種環(huán)境因素，比如遮擋和溫度等。

“光伏陣列故障排除流程圖”是一份詳盡的綜合指南，它是根據(jù)豐富的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、光伏模塊可靠性方面的文獻(xiàn)，以及國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL) 的專(zhuān)家建議編制而成。Fluke Solmetric PVA-1500 等 I-V 曲線繪圖儀可為識(shí)別光伏系統(tǒng)中的硬件性能問(wèn)題提供詳盡的洞察。但是，遮擋、污染、輻照度、溫度以及測(cè)量技術(shù)等因素會(huì)使光伏性能測(cè)量過(guò)程變得復(fù)雜。

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圖中顯示了本文探討的六種 I-V 曲線偏離情況。我們按照流程圖中所呈現(xiàn)的順序，對(duì)這些偏離情況進(jìn)行了編號(hào)。

采集一份有效的 I-V 曲線

首先，驗(yàn)證測(cè)試是否返回了有效的 I-V 曲線。如果沒(méi)有，請(qǐng)確保測(cè)試導(dǎo)線連接正確。如果測(cè)試導(dǎo)線連接正確，則可能是源電路不完整。請(qǐng)檢查是否已安裝串聯(lián)保險(xiǎn)絲，并檢查其通斷性。如果串聯(lián)保險(xiǎn)絲出現(xiàn)故障，那么問(wèn)題可能出在源電路的接線上。在測(cè)試出現(xiàn)故障的模塊之前，建議先檢查模塊之間的連接是否斷開(kāi)，并尋找任何損壞的跡象，如燒毀痕跡等。

在極少數(shù)情況下，測(cè)試所返回的 I-V 曲線會(huì)顯示出垂直下降或向下的狹窄尖峰。出現(xiàn)這種情況的原因可能是間歇性電氣互連故障，例如測(cè)試引線受到擠壓或?qū)咏宇^壓接不當(dāng)。如果間歇性連接問(wèn)題出現(xiàn)在光伏源電路中，需要將其隔離并進(jìn)行必要的修復(fù)。

標(biāo)準(zhǔn)的形態(tài)和性能

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)性能問(wèn)題，我們需要建立一個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通常基于模塊銘牌數(shù)據(jù)或鄰近電路的測(cè)量結(jié)果。像 Fluke Solmetric PVA-1500 這樣的 I-V 曲線繪圖儀會(huì)利用軟件來(lái)預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的性能特征，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如果是標(biāo)準(zhǔn)的 I-V 曲線形態(tài)且性能因子在 90% 到 100% 之間，則通常表明光伏源電路或模塊處于正常工作狀態(tài)。

識(shí)別 I-V 曲線偏離情況

I-V 曲線可能出現(xiàn)多種偏離情況，而導(dǎo)致這些偏離情況的原因有多種。這些偏離情況可能表現(xiàn)為曲線上出現(xiàn)階梯或鋸齒，這通常意味著存在電流不匹配的問(wèn)題，可能由遮陽(yáng)或電池單元損壞等問(wèn)題引起。

1. 階梯狀 I-V 曲線

I-V 曲線上有鋸齒或階梯，這是第一種偏離情況，通常與測(cè)試電路中的電流不匹配有關(guān)。當(dāng)旁路二極管被激活并繞過(guò)功率較弱或光照較少的電池單元時(shí)，I-V 曲線上就會(huì)出現(xiàn)階梯。階梯的數(shù)量和寬度會(huì)隨遮擋的程度和范圍而發(fā)生變化。電流不匹配可能由多種情況引起，包括不均勻的污染、部分遮擋、電池單元或電池單元串損壞，以及旁路二極管短路等。

2. 短路電流低

只有 Isc 低于預(yù)期值，I-V 曲線的其他數(shù)據(jù)都正常。這種情況可能是由于操作失誤、輻照度測(cè)量不準(zhǔn)確、遮擋、污染或模塊性能問(wèn)題所引起的。考慮到這些問(wèn)題有些是可以糾正的，所以在故障排除流程圖中，將這種偏離情況排在了較為靠前的第二位。

3. 開(kāi)路電壓低

故障排除流程圖中的第三種偏離情況是 Voc 偏低。電池溫度測(cè)量不正確最可能導(dǎo)致 Voc 偏低。此外，在某些測(cè)試條件下，遮擋也可能降低 Voc。硬件問(wèn)題也可能是原因之一。但是，鑒于開(kāi)路電壓是所有光伏模塊參數(shù)中老化最慢的參數(shù)之一，在斷定電池單元退化與低 Voc 之間存在因果關(guān)系之前，您應(yīng)仔細(xì)權(quán)衡其他原因。

4. 拐點(diǎn)過(guò)于圓滑

拐點(diǎn)比預(yù)期更圓滑是第四種 I-V 曲線偏離情況的特點(diǎn)。通常很難判斷拐點(diǎn)過(guò)于圓滑是明確的 I-V 曲線變形，還是曲線斜率變化所產(chǎn)生的錯(cuò)覺(jué)。拐點(diǎn)圓滑可能是老化過(guò)程的一種體現(xiàn)。您需要重新測(cè)試和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)電路以識(shí)別和跟蹤趨勢(shì)。

5. 電壓比低

I-V 曲線垂直段的斜率低于預(yù)期值是第五種 I-V 曲線偏離情況的特征。您可以通過(guò)直觀地比較實(shí)際測(cè)量的曲線與預(yù)測(cè)曲線，或者對(duì)比整個(gè)組串測(cè)量中的電壓比值來(lái)檢測(cè)這種情況。但前提是，這些曲線不應(yīng)存在因不匹配效應(yīng)而產(chǎn)生的階梯。電壓比的計(jì)算公式如下：VMP ÷ VOC。電壓比這個(gè)指標(biāo)可以非常好地識(shí)別在 I-V 曲線垂直段具有非典型斜率的組串。

6. 電流比低

I-V 曲線水平段的斜率高于預(yù)期值是第六種，也就是最后一種 I-V 曲線偏離情況的特征。您可以通過(guò)直觀地比較實(shí)際測(cè)量的曲線與預(yù)測(cè)曲線，或者對(duì)比整個(gè)組串測(cè)量中的電流比值來(lái)檢測(cè)這種情況。但前提是，這些曲線不應(yīng)存在因不匹配效應(yīng)而產(chǎn)生的階梯。電流比的計(jì)算公式如下：IMP ÷ ISC   電流比這個(gè)指標(biāo)可以非常好地識(shí)別在 I-V 曲線水平段具有非典型斜率的組串。在查找硬件問(wèn)題之前，請(qǐng)確保已經(jīng)排除遮擋、污染以及輻照度測(cè)量錯(cuò)誤。

使用 I-V 曲線繪圖儀進(jìn)行故障排除

像 Fluke Solmetric PVA-1500 這樣的 I-V 曲線繪圖儀在光伏系統(tǒng)故障排除過(guò)程中扮演著至關(guān)重要的角色。它們不僅能夠提供識(shí)別問(wèn)題的詳盡數(shù)據(jù)，而且還能夠協(xié)助記錄和監(jiān)控隨時(shí)間變化的系統(tǒng)性能。

為了有效地排除光伏系統(tǒng)故障，我們需要對(duì)硬件和環(huán)境因素有全面的了解。通過(guò)使用諸如 Fluke Solmetric PVA-1500 之類(lèi)的先進(jìn)工具，并遵循上述的結(jié)構(gòu)化方法，可以顯著提高診斷和解決光伏系統(tǒng)性能問(wèn)題的準(zhǔn)確性和效率。



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