基于电压的动态串配置技术，提升部分遮阴光伏电池板的能量收集效率

《Scientific Reports》：Voltage-based dynamic string reconfiguration for enhanced power harvesting in partially shaded PV panels

　　

摘要

局部遮阴会通过造成串联电池串之间的电学不匹配，从而显著降低光伏电池板的性能，导致较大的功率损失。传统的旁路二极管可以减少热点形成并降低不匹配效应，但同时也会浪费那些仍能被部分遮阴的电池串产生的有用能量。尽管已经提出了许多动态重配置技术，但大多数方法都集中在在持续为单一负载供电的情况下重新分配阵列连接，这就限制了从被遮阴电池串中获取能量的可能性。为了解决这一限制，本研究提出了一种基于电压的动态电池串重配置策略，该策略引入了辅助负载以便从被遮阴的电池串中收集能量。所提出的方法能够持续监测各电池串的电压，并计算它们之间的电压差。当电压不匹配超过预设阈值时，受影响的电池串会从主负载断开，然后通过矩阵开关电路连接到辅助负载上，这样就可以同时利用被遮阴和未被遮阴的电池串。该技术通过在121种局部遮阴场景下使用MATLAB Simulink进行仿真验证，同时在受控光照条件下使用50瓦的光伏电池板进行实验验证。在严重的局部遮阴条件下，所提出的方法使功率提升了61.7%，使得从电池串中获得的能量从11.9瓦增加到了19.3瓦，这一效果优于传统的旁路二极管配置。实验结果与仿真结果高度一致，平均绝对百分比误差为2.55%，均方根误差为0.89瓦，最大偏差也在5%以内。这些结果证明了所提出的双负载重配置策略在局部遮阴条件下提升光伏能量收集效率的有效性。