光伏阵列I-V特性曲线分析

光伏组件特性曲线又叫I-V曲线，这个曲线是分析光伏组件发电性能的重要依据。一般情况下，组件出厂时都要进行I-V曲线测试，以便确定组件的电性能是否正常和功率大小。但是在电站安装完成后很少人会再去对阵列进行I-V曲线测试，从我的从业经验来看我认为这个是非常有必要的。

光伏电站中出现光伏组件发电性能问题的电站占总电站数量的比例至少在10%以上，只有进行了I-V曲线测试并进行认真分析，才能确保光伏阵列安装后的质量没有问题。

光伏组件的电性能故障一般不会导致光伏电站停止发电或者安全事故，只会降低发电效率，按相关规范规定，当发电效率下降5%以上时，电站质量就判定为不合格。

虽然通过特性曲线可以发现组件的问题，但是如果想进一步解决问题，还需要对特性曲线进行认真的分析才能找到原因。

光伏组件的特性曲线异常通常是有以下原因造成的：灰尘遮挡、个别电池片破碎、组件参数不匹配、旁路二极管短路等。

下图是光伏组件的特性曲线，正常的时候这个曲线是很平滑的，而且可以明显看到有三个部分，第一部分是“水平线”（近乎水平，只有一点点下降），第二部分是“膝盖”（近乎圆弧），第三部分是“墙”（近乎垂直）。

图1 光伏组件特性曲线

如果光伏组件有故障，那么整个光伏阵列的特性曲线就会出现异常，以下我们以实际的例子对上面的内容进行详细的讲解。

在对光伏阵列进行测试前，我们需要先把组件的灰尘清理干净，然后再对光伏阵列进行I-V曲线扫描，由于在户外测试时，测试结果容易受环境变化影响，为确保结果真实可靠，我们对同一个光伏阵列要测试三次以上。现在市场上有很多仪器可以对光伏阵列的I-V特性曲线进行现场测试，本文提供的光伏曲线案例全部是通过意大利HT公司生产的I-V400测试仪得到的。

01 - 多膝盖

“多膝盖”，从这个曲线可以知道光伏阵列中有个别组件的旁路二极管已经短路，原因可能是以下：光伏组件被阴影遮挡、部分电池片损坏、组件旁路二极管损坏、个别组件的功率偏低；

图2 第1种异常情况案例

02 - 短路电流偏小

短路电流偏小，原因可能是组件功率衰减，也可能是测试时操作不当（比如，辐照度计放置倾角不正确，测试时太阳光强变化过快造成的；

图3 第2种异常情况案例

03 - 开路电压过低

开路电压过低，原因可能是以下：ＰＩＤ效应、部分光伏组件被完全遮挡、旁路二极管损坏等，还有可能是测试时操作不当（比如：温度测量不准确）造成的；

图4 第3种异常情况案例

04 - 膝盖变形

“膝盖变形”，表现为开路电压和短路电流都正常，但是填充因子偏低，造成这种情况的原因可能是组件老化，也可能是第5和第6种异常同时发生造成的。

图5 第4种异常情况实例

05 - “墙”倾斜角度变小

“墙”倾斜角度变小，造成这种情况的原因可能是以下：光伏组件连接电缆电阻过大，连接器电阻过大，电池片的串联电阻过大等。

图6 第5种异常情况实例

06 - “水平线”倾角过大

“水平线”倾角过大，造成这种情况的原因可能是以下：组串的短路电流不匹配、电池片的并联电阻过大、阴影遮挡。

以下是电站实际测试过程遇到的实际案例：

图7 第1和第6种异常情况实例

图8 第6种异常情况实例

组件实际参数与标称值不匹配实例

通过分析光伏阵列的I-V特性曲线形状不仅可以初步确定光伏组件的发电性能是否正常，还可以查找到有故障的光伏组件，从而更换故障组件解决问题，但是却不能进一步确定造成组件损坏的原因。

光伏组件出厂后经过运输、搬运、安装才能使用，如果在使用的过程中发现发电量偏低后才来查找原因是不适当的，因为任何一个环节的失误都会造成组件损伤。所以我们建议在光伏组件安装前对组件进行抽样测试，在光伏组件安装固定后对光伏阵列进行全部测试。