双面光伏系统直流功率优化器的性能建模与优化研究

本研究针对双面光伏(PV)系统因局部遮阴、组件失配和环境变化导致的能量损失问题，通过集成直流功率优化器(DC optimizers)，结合实验与建模方法，验证了优化器可提升系统年发电量22.3%（从3,395.6 kWh增至4,152.82 kWh），为可再生能源高效利用提供了关键技术支撑。

　　

随着全球对可再生能源需求的增长，双面光伏(Bifacial PV)技术因其能同时捕获前后表面光能的特性成为研究热点。然而，实际应用中，局部遮阴、地面反射率(Albedo)差异及组件失配等问题严重制约其性能。传统串联设计下，单个组件的性能下降会拖累整串输出，导致能量损失。如何通过技术创新最大化双面光伏潜力，成为行业亟待解决的难题。

为此，研究人员开展了一项关于直流功率优化器(DC Power Optimizers)在双面光伏系统中应用的研究。该团队通过实验与建模相结合的方法，构建了包含电-热参数的仿真模型，并采用模式搜索算法(Pattern Search Algorithm)进行校准。实验对比了有无优化器的系统性能，采集I-V/P-V曲线及日发电量数据。结果显示，集成优化器的系统年发电量提升至4,152.82 kWh，较传统系统(3,395.6 kWh)增长22.3%，证实了优化器在减少失配损失、提升整体效率方面的显著作用。相关成果发表于《Renewable Energy》，为光伏系统设计提供了重要参考。

关键技术方法包括：1) 搭建双面光伏实验平台，对比有无DC优化器的性能差异；2) 开发融合电-热参数的仿真模型，利用模式搜索算法进行参数优化；3) 基于实测数据验证模型准确性，量化能量产出增益。

结果分析

1. 实验数据验证：通过实测I-V/P-V曲线证实，DC优化器能有效隔离局部遮阴或Albedo不均导致的性能波动，确保各组件独立运行于最大功率点(MPPT)。
2. 模型预测：校准后的模型显示，优化器通过动态调整单组件电压/电流，将系统损耗降低约18%，尤其在反射率多变场景下优势显著。
3. 能量产出对比：年发电量提升22.3%，关键归因于优化器对失配损失的抑制及双面光能的更高效利用。

结论与意义
该研究首次系统量化了DC优化器对双面光伏性能的增益效果，揭示了其在复杂环境下的稳定化机制。所建模型为未来系统优化设计提供了可靠工具，而22.3%的能量提升证实了该技术的经济可行性。此外，模块级监控功能可助力运维智能化，推动光伏电站从“粗放式”向“精细化”管理转型。这一成果不仅为可再生能源的高效开发提供了新思路，也为碳中和目标下的技术选型提供了实证依据。