光伏陣列故障診斷方法綜述

摘要：規模光伏陣列在運行中經常受陰影影響，從而使整個光伏發電系統效率下降。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，通過對現有方法優缺點進行總結，可知基于電特性檢測故障的診斷方法最具有工程應用潛力，同時提出基于電特性檢測方法亟需解決的兩個問題。
關鍵詞：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、環境污染小的理想替代能源，大規模光伏發電是太陽能利用的重要形式。規模光伏陣列在運行過程中，除受自然環境(如云、臺風、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及故障點隨時間變化的分布情況，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。軟性陰影具有時變性，其形狀隨時間變化而變化，如云、樹木和建筑物等形成的影子；而硬性陰影具有時不變性，即一旦形成就不隨時間變化而變化，如電池表面污垢及電池損壞。軟性陰影還與部分硬性陰影的形成有因果關系，如在云或樹木等形成的軟性陰影影響下光伏陣列會形成不匹配。

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，該功率點與陣列全局最大功率點之間存在功率差額。文獻對比了多種商用光伏逆變器在陣列故障下的工作情況，結果表明測試逆變器輸出功率都出現損失，在嚴重時功率損失高達70％，若陣列長期運行在局部最大功率點會導致整個系統效率降低。此外，故障存在會造成電池板熱斑效應，加速電池板損壞，甚至引起火災。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的效率，而且縮短了光伏陣列使用壽命，從而增加了發電成本。在規模光伏陣列中，由于電池板數量大，陣列中出現故障電池板的概率也隨之增加，因此研究規模光伏陣列故障診斷方法對陣列高效運行及推動光伏產業健康持續發展具有重要的意義和應用價值。