在“碳中和、碳达峰”的背景下。在“双碳”背景下，光伏装机容量呈指数形式上升，光伏发电量效率的影响因素一直以来都是比较热的话题，接下来我们来讲一下影响光伏发电效果因素有哪些？

影响光伏发电效果的因素，简单的可归为7个类别：

设计缺陷、组件自身衰减、元器件性能、近阴影损失、遮挡（灰尘、积雪）、组件失配、气候环境

一、电站设计的缺陷

设计缺陷主要包括：组件倾角及朝向设计不合理（每个地区都有最佳倾角）、组件组串设计不合理、组件排布设计不合理（前后间距、周边遮阴）、逆变器位置设计不合理导致线损严重、线缆走线设计不合理。

1.1、安装倾角的影响

组件倾角影响程度在0-15%之间不等，具体和当地辐照及倾角有关，如杭州地区最佳倾角和0度倾角影响4.9%的发电量，兰州地区则有11.7%的发电量差异。

杭州地区0度角发电情况

兰州地区0度角发电情况

1.2、组件朝向影响因素（方位角）

组件倾角影响程度在0-35%之间不等，具体和方位角、当地辐照、安装倾角相关，如兰州地区31°安装倾角，30°方位角比正南差1.9%，60°则差7.4%，90°（朝东或朝西）差15.6%。当更换安装倾角时，不同方位角的影响比例也会变化。

1.3、组串设计不合理

组件组串设计不合理主要有下列因素：同一个逆变器MPPT下设计不同组串数量、同一个组串串联不同倾角或不同朝向的组件、不同厂家不同型号的光伏组件串联等，归根结底因为光伏组件的木桶效应导致。

木桶效应产生的原因：一个组串中MPPT算法只有一个，当出现一个组件电流电压参数较低时，电流限制在PV3的小MPPT电流，也可能工作于PV1、PV2近似最大功率点而PV3旁路二极管导通的状态。

目前能解决木桶效应的办法就是在每个光伏组件上安装光伏功率优化器。

1.4、其他设计缺陷

组件排布设计不合理（前后间距、周边遮阴）、逆变器位置设计不合理导致线损严重、线缆走线设计不合理等均会影响发电量。

二、组件本身性能及衰减

不同厂家的自身组件性能的好坏也是影响光伏发电量的核心因素。

光伏组件作为光伏发电最为核心的组成，其特性及好坏严重影响整个系统的发电量，光伏电站在运行过程中导致组件衰减的因素为：PID效应（电势诱导衰减）、LID效应（光致衰减）、热斑效应、蜗牛纹、材料老化等。可参考《光伏组件衰减的主要因素》。

三、电站使用元器件的性能

在整个光伏电站中，每个元器件的选型都需经过验证。选用偏小的元器件则会影响整个电站的发电量，选用较大的元器件则会增加建设成本。

光伏逆变器厂家的选择也是一个关键因素，其主要影响整个光伏电站的转换情况。一线厂家和二线厂家的差距预计在2%左右。

四、近阴影损失

光伏电站设计时，根据《光伏电站设计规范》（GB50797-2012）中要求组件在全年的上午9点到下午3点这段时间都不能有阴影遮挡，但在其他时间内是可以遮挡的，这称为近阴影遮挡，其损失不大，预计占全年发电量的3%左右。当安装了光伏功率优化器后，可挽回约1-2%的近阴影电量的损失。

五、灰尘、积雪

在电站建成后，后期的维护工作相对比较重要，灰尘、积雪都是影响发电量的一个重要因素，据研究灰尘对光伏发电量的影响因素在0-10%，积雪则更严重，直接导致光伏系统停止工作。

六、组件失配

光伏组件的失配主要原因：在长期户外高温环境下、组件自身的衰减情况不一致导致，从而引发光伏电站的木桶效应。据可靠研究表面：运行5年左右的光伏电站的失配率在：1.6%-5.2%之间。如何减少组件失配导致的发电量影响？安装光伏功率优化器是一个比较好的解决办法。

七、气候环境

气候环境主要是当地的辐照、温度、湿度等影响。辐照直接影响光伏电站的发电量，温度则影响光伏组件的输出功率（光伏组件功率和温度成反比关系）、湿度则影响电站的衰减、寿命。从下图可以明显看出，同样1000W/㎡的辐照下，55℃的情况的功率比25℃和5℃的低。

温度和光伏组件功率的关系曲线

在“碳中和、碳达峰”的背景下,新能源的发展越来越迅猛，光伏发电俨然已成为当今市场的热点。光伏组件作为光伏发电最为核心的组成，其特性及好坏严重影响整个系统的发电量，光伏电站在运行过程中导致组件衰减的因素为：PID效应（电势诱导衰减）、LID效应（光致衰减）、热斑效应、蜗牛纹、材料老化等

一、PID效应

1.1、概念及原因PID效应，又称电势诱导衰减。该效应在薄膜组件特别明显，晶硅类产品目前通过组件边框采用特定材料方式能减弱该现象，但还是无法从根源上解决该现象。产生PID现在的原因有很多，目前还未有准确的解释，目前大概可以归纳为下列几种说法：

1)半导体内出现了杂质，这些杂质会形成电池内部的导电通道：例如，当光伏组件受到负偏压时，由漏电流阳极离子流入电池片，降低电池的并联电阻；

2)电池片表面的钝化效果恶化，导致填充因子、短路电流、开路电压降低，使组件性能低于设计标准（此类衰减是可逆的）：例如，当组件长期在高电压工作时，在盖板玻璃、封装材料与边框之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面；

3)Na离子与电池片表面的银栅线发生反应，从而腐蚀电池栅线，导致串联电阻的升高，导致组件性能衰减（此类衰减不可恢复）：例如当光伏组件的边缘部分容易有水气进入，EVA发生水解后会生成醋酸，醋酸和玻璃中的Na反应，可以生成大量的自由移动的Na 离子。

1.2、PID效应的危害发生PID效应会减小太阳能电站的输出功率， 减少发电量， 最终减少太阳能发电站的电站收益。

1.3、PID效应的解决措施

1）逆变器负极接地：该方法适用新建光伏电站，逆变器直流侧负极接地导通，同时需增加隔离变压器保证安全。增加隔离变压器时需注意将靠近电网侧的零线悬空，原因如下： 在电网电压不平衡时，隔离变压器的副边中性点（靠网侧）如果接入零线，将导致网侧三相电流严重不对称，且零线谐波电流较大； 在网侧电压缺相时，变压器的原边（靠逆变侧）三相电压将几乎不会变化，这种情况下，逆变器将无法判断出该异常工况的存在，可能导致孤岛保护失败。

2）PID 夜间补偿法：已经建好的光伏发电站发生PID现象，适合该方法，各种因素的存在导致电池片中 PN 结的导电离子大量损失， 从而使得电池组件的发电能力大幅度下降。夜间对组件与大地之间施加正电压（1000 V），让白天从PN结中流失的导电离子回到PN结中，从而恢复电池组件的发电能力。

二、LID效应

2.1、概念及原因光致衰减简称LID（Light-induced degradation），是P型掺硼硅电池所存在的普遍现象。即电池在光照使用一段时间之后（大约2000小时），会有3%到6%的功率衰减，单晶硅在5.5%左右，多晶硅在3.5%左右，薄膜组件更为严重，可以高达8%。其主要现象：最初效率衰减很快，以后逐渐缓慢，趋于饱和 ； 光致衰减是可逆的，将已经发生LID衰减的组件在暗环境下加热到200℃，退火可恢复原有的性能，硼氧复合体分解，组件功率可恢复到初始状态，但在继续光照工作后，硼氧复合体会再次产生，光伏组件功率也会再次衰减； 温度升高，光致衰减减小； 短路电流和填充因素变化较大，开路电压几乎不变；

2.2、LID效应的危害减小太阳能电站的输出功率， 减少发电量， 最终减少太阳能发电站的电站收益。

2.3、LID效应的解决措施 光致衰减是硼氧元素结合的结果，因此可使用的途径有：

1)降低硅材料含氧量；

2)使用其他同组元素替代硼元素进行掺杂；

3)用150-200度温度退火恢复原有性能4)对于组件的安装环境，选择通风安装环境，减少环境因素导致的腐蚀。

三、热斑效应

热斑效应，就是在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。

这种效应能严重地破坏太阳能电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。

解决措施：

组件内部每组串联Cell设置旁路二极管

组件外部安装功率优化器

四、其他情况

封装材料的老化，原因有：

电池表面接受的光照减少:组件在干燥多风环境中暴露表面被风沙侵蚀刮花、附着尘土;EVA老化发黄，使组件正面透光率下降；

旁路二极管、接线端子的老化使电池短路；

旁路二极管、接线端子的老化使电阻增大；

无论家庭屋顶光伏，工商业屋顶光伏，还是大型太阳能电站，都有着共同的需求：就是太阳能电池板需要得到最大程度的发电输出、方便的管理光伏组件、低成本的运维。然而，由于选择了不同的光伏系统配置，其以下方面均存在着差异：

• 成本
• 光伏组件的发电量的输出
• 光伏面板能否实现精细化管理
• 扩展性
• 安装难易
• ……

因此，需要根据场景、预算来综合考量。

目前常见的光伏系统，其基本组成如下图所示：

图1 现有光伏系统组成图

在发电量提升和光伏运维这一核心目标上，目前有两种方案可以达到效果：

C、光伏+微型逆变器（自带MPPT功能）：前提是：低于3KW的户用阳台方案（即小于8块光伏组件）场景B、光伏+优化器+组串逆变器：光伏功率优化器（独立的带有MPPT功能的）与光伏组件结合（户用的话更适合5KW以上的场景）
本文，我们就用浅显易懂的文字，详细地分析一下这两种方案的异同点及优劣势，首先我们用一张图来大致说明了两者的异同，详细描述见下列文字：

图2 微型逆变器方案V.S.组串逆变器+光伏功率优化器方案异同及优劣势比较示意图

两种方案优劣比较如下表所示：

方案一：微型逆变器（简称微逆）方案

适用场景	更适合低于5KW甚至3KW的户用阳台方案（小于8块光伏组件）场景
优势	寿命长于组串逆变器，最长可以类似达到光伏面板20～25年的寿命。（核心原因是整体功率低，可以用自然冷却，无风扇方案；同时MoS管的寿命也高于IGBT功率芯片的寿命。组串逆变器的方案的风扇寿命一般在10年左右）交流母线的方案，由于交流电有过零点所以电弧拉弧的情况比高压直流低很多，安全性更高可以通过一拖多的方案提升了DC端电压所以能更好的提升DC-AC的转换效率，同时降低原本高昂的单瓦成本。弱光下电量输出效果优于单独部署组串逆变器，整体效率略高于单独部署组串逆变器：核心原因是组串逆变器的启动电压要求高很多、且IGBT的开关频率低，转换效率偏低些。而且功率效率跟直流电压正相关。功率芯片主要是Mos芯片成熟度高且没有断供风险，2022年IGBT供货问题也是导致微逆销售大涨的原因之一。安装简单类似家电用户可以用DIY方式安装，渠道也可以复用建材零售渠道：类似：B&Q、HomeBase；Wickes等卖场（但是相对优化器来说还是安装复杂一些。）
缺点与问题	微逆一般来说谐波会比组串的问题多，电能质量会低一些：《微逆并网的集群效应初探——多反激式微型逆变器并网谐波交互研究》参见原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/tQVLq8f–0PDVjf1HAD23A微逆整体的转换效率是低于组串式逆变器的。安装相对优化器而言（即插即用）配置和安装复杂一些。（非即插即用，wi-fi+蓝牙配网方案相对复杂）加州NEM3.0法案实施后对微逆相对不友好，微逆与储能对接只能采用交流母线方式

方案二：优化器+组串逆变方案

使用场景	图中x代表快断。 目前，户用更适合5KW以上的场景使用：系统寿命长；低输出失真；电压和电流的精确模拟测量；高效率和功率密度。目前户用组串逆变器版本一般为：无风扇：（0.7K/1K/1.5K/2K/2.5K/3K/3.6K）风扇方案（3K～10K）三相支持（5K～80K）。也适合工商业分布式光伏场景。
优势	更多的光伏面板接入，更高的功率，主流市场高占有率；支持单相电或三相电并网方案，HybridInverters支持电池pack接入华为和solaredge跟优化器组合的方案（逆变器部分可以简化Boost升压功率板DC-DC设计：包括MPPT，降低成本）单瓦成本最低，技术成熟，国内逆变器头部厂商能力很强，且市场占有率高。 其中，来自优化器相关技术的核心优势：由于电网工作频率很低，微型逆变器需要较大的电容，通常只能使用电解电容来实现，众所周知的原因，电解电容含有工作条件蒸发的液体，这个因素会明显缩短微型逆变器的使用寿命。而光伏功率优化器不受DC/AC电容要求的限制，只依赖陶瓷电容器和MCU及电感这个三个核心元器件，本质上它们是可靠组件来保证了整体设备的20年以上的使用寿命，另外优化器工作在高开关频率，这个决定了使用的是具有低、固定老化率的陶瓷电容器，同时设备的结构，分立元件的数量相对微逆少很多，从而减少潜在的故障点，从而使优化器的整体可靠性更高，更值得信赖。优化器有更宽的MPPT范围，在遮阴严重或微光表现上更好，会有更多的发电产出。当发生部分遮阴时，光伏组件电压会降低，具有二级管的光伏子串通常会被绕过，这直接会导致光伏组件面板电压的下降。为了有效的从部分遮阴的组件上采集能量，低电压MPP跟踪能力变得很重要，很多微型逆变器的最小MPPT电压为22V，也就是说模组电压降到22V以下，该微型逆变器将无法合理的正常工作。而优化器一般工作范围较宽，10V～70V，这意味着即便有严重的阴影遮挡，优化器依旧能正常的进行MPPT跟踪并保持良好的工作状态。散热问题：优化器和微型逆变器的散热都是很关键的问题，功率优化器整体效率高于微型逆变器，因为逆变部分相关的损耗热量是产生在逆变器中的，而不是优化器，功率优化器的加权效率大于99%因此发散到模块的热量更少，微型逆变器的效率远低于优化器，目前已知的最高效率也就97%，这意味着模块散热量为3%。只有更高的效率才能提升产品和模块的使用寿命和可靠性。优化器+逆变器整体效率一般高于微型逆变器方案2～3%通讯层面：MPLE设备跟数据监控服务之间的通讯方案必须可靠且有效，一般来说微逆的Wi-Fi设备连接数量和可靠性低于Zigbee或者其他PLC等通讯方案的优化器。越是无线设备密集的城市和住宅区域，这个问题越明显。组件的兼容性和功率削波：目前优化器支持几乎市面上全部的组件类型，而且基本研发速度跟组件的面市时间接近，而微型逆变器由于复杂度决定跟进的时间会比较慢。低功率微型逆变器接入高功率组件会存在功率输出削波，产生损耗。电网合规的相关指标：新能源和光伏设备的快速增加，让欧洲等国家的电网规范越来越严格，例如：有功功率矫正；低电压穿越（LVRT）；谐波干扰等等目前组串逆变器的方案远好于微型逆变器。系统成本和投资回报微型逆变器是工作在交流母线上的AC；而交流母线上的电流受线径影响，导致可连接到交流母线的设备是有限的，安装人员仍需要设计不同交流串和交流断路器来解决上面的问题，这就大大增加了定制和设计的成本。光伏交流的电缆连接器目前还没有严格标准，所以会由此导致更多不可预知的潜在风险，而且不能保证向后的兼容性优化器+组串逆变器一般前期的成本比微逆要低20%～30%，优化器最长组串可以对接25～30块面板，总体布线成本最低。更换也更简便。功率优化器+组串逆变器的方案，在直流变换和交流变换上只完成一次，其中优化器成本跟系统中组件的规模成线性关系，而组串逆变器成本随着功率瓦数的增加而降低。而且从总体元器件成本和可靠性看都属于最优解方案。与储能电池结合上，优化器直流母线方案比微型逆变器的AC交流母线方案更友好，效率更高（高至少10%），成本更低，可靠性更优。
缺点与问题	一般通常组串逆变器使用寿命是10年，在光伏组件生命周期内大概率会更换一次直流高压的安全和拉弧问题安全风险对比相对更高。（目前看90%以上已知火灾事故是由使用了规格不一样或者是伪劣的MC4接线头而引发的问题）组串逆变器配合优化器功能会更完善，方案与跟微逆对比成本优势明显IGBT芯片主要是国外某些品牌等，有供货瓶颈；虽然单瓦性价比最高，但竞争激烈，组串厂商的毛利较低

总结：

两种方案各有其更适合的应用场景，微型逆变器更适合低于5KW以下甚至3KW的户用阳台方案（小于8块光伏组件）场景；针对大面积铺设的光伏场景，优化器+组串逆变器的方案更优。在选择光伏系统的时候，需要根据场景、预算等多方面来综合考量。

我们知道晶硅类型组件在搭配光伏优化器可以更大程度上发挥其发电输出值，进而提高电站收益，那么薄膜类光伏组件是否也可以通过使用光伏优化器来提升发电量呢？

系统设计者必须考虑所有遮阴场景的失配损失。虽然对薄膜系统的影响低于对晶硅组件系统的影响，但也不容忽视。使用功率优化器可以防止不匹配损失并为设计人员提供了更大的灵活性。

1、晶硅类型组件与薄膜类型组件对比

1.1、晶硅类型组件与薄膜类型组件在结构对比：

晶硅类型组件和薄膜类型组件在结构上有所不同：晶硅组件通常由单独的方形电池组成（图 1），而薄膜组件通常由电池条组成（图 2），从而形成其特有的细条纹外观。这会导致不同的组件电压和电流，以及遮光条件下的不同行为。

图1: 晶硅类型组件（晶硅类组件每个方格是1个Cell即一个独立的发电单元）

图2: 薄膜类型组件（薄膜类就是每个竖条是1个Cell即一个独立的发电单元）

1.2、晶硅类型组件与薄膜类型组件遮阴下影响的比较：

许多薄膜组件被认为更不受遮蔽效应的影响，因为与晶硅组件相比，由于电池表面积大且电池电流低，因此通常不需要旁路二极管。因此，只有受遮蔽影响的Cell才不会产生能量，相比之下，在晶硅组件中，当部分被遮挡时，受旁路二极管保护会导致整个子串不起作用（图 3）

图3:旁路二极管影响的晶硅类型组件（受旁路二极管保护会导致整个子串不起作用）

图4: 水平阴影遮挡的薄膜类型组件

图5: 垂直阴影遮挡的薄膜类型组件

细条纹单元布局通常会减少阴影的影响。在均匀遮阴的情况下，例如行间遮阴（图6）），整个组件的遮阴是均匀的，从而最大限度地减少不匹配损失。根据组件布局，串电流（图 4）或组件电压（图 5）会降低。

图6：行间阴影的薄膜类型组件

如果发生完全覆盖电池条的垂直遮蔽，则不会出现失配损耗，因为串电流保持恒定。即使组串电路中包含无阴影组件和有阴影组件也是如此。然而，在这种情况下，阴影电池条中的电压缺失可能会导致并联串之间的电压不匹配，从而导致损耗。在某些情况下，电压可能会低于最小 MPP 电压。这意味着，例如，如果逆变器的 MPP 电压范围为 570‑800V，无遮蔽 MPP 电压为 700V，则当只有 20% 的电池片被遮蔽时，电压会降至最低 MPP 电压 (80% x 700V) = 560V）。如果发生这种情况，则会因串列不再在最佳工作点运行而导致损失。在最坏的情况下，逆变器可能会被停用。

在这种情况下，具有固定直流串电压的功率优化器可将电压保持在逆变器的最佳工作点并避免相关损耗。串中的各个组件继续在最佳工作点运行。

不匹配损失也会发生在阴影不均匀的薄膜系统中（例如商业屋顶安装系统，如图 7 所示）。虽然这些损耗低于采用晶硅组件的系统中的损耗，但由于旁路二极管不会旁路未遮蔽的电池，因此它们仍然很大。根据这种不均匀阴影的程度，以及由于行间阴影而产生的任何额外的均匀阴影，失配损失可能比“防阴影”薄膜系统的预期大得多。

图7：阴影不均匀的薄膜类型组件

换句话说，系统设计者必须考虑所有遮阴场景的失配损失。虽然对薄膜系统的影响低于对晶硅组件系统的影响，但也不容忽视。使用功率优化器可以防止不匹配损失并为设计人员提供了更大的灵活性。

2、安装组件级功率优化器如何提升薄膜组件的发电量？

2.1、功率优化器有利于显示精确的薄膜组件公差数据

薄膜组件通常具有更⾼的电流和电压容差。这可能会导致组串电路内更大的电压类型不匹配损失。较低的阴影面积通常问题不大，对 MPP 点偏差的影响也较少。失配损耗通常取决于单个组件在允许的电压带宽内实际变化的程度。单个组件的变化越大，使用功率优化器时的能源效益就越大。

而功率优化器提供的监控功能揭示了各个组件的实际偏差。这些差异是在传统系统中通常无法检测到。

2.2、功率优化器有益于提高组串电路连接的数量

由于单个电池数量较多，薄膜组件的典型特征是电池组件电流较低，组件电压较⾼。这意味着可以串联的组件相对较少。一些薄膜组件在初始运行期间具有更⾼的电压，进一步减少了可能的串长度。功率优化器可以降低输出电压并增加输出电流，从而允许串联更多的组件。降低了连接和接线的复杂性，也显著降低了安装成本（图 8）。

图8：薄膜类光伏面板组件长度比较示意图

如图8所示，其中，薄膜类型的光伏优化器方案是：1拖N方案支持内部先并联后串联的方案，该方案大大提升了组串逆变器在薄膜组件下的利用率，并大大降低了方案的总成本 。

2.3、功率优化器有利于及时发现并降低因组件衰减带来的发电量损失

薄膜组件（以及晶硅组件）可能会出现故障机制，导致组件随着时间的推移而有衰减。且衰减速度比晶硅类组件的速度大的多。

晶硅组件可能会遭受 PID（潜在诱导降解）的影响，而薄膜组件则具有 TCO 腐蚀等不可逆机制。这意味着组件损坏和相关的功率损耗无法修复。因此，尽早发现损坏的发生非常重要。由于故障机制的原因通常与相应组件的对地电压或环境电压有关，因此功率下降通常从串的一端开始（图 9）。

图9：串内的功率损耗

在所示示例中，组件一致性能占潜在性能的 98%。组件一致性问题生产通过使用外部传感器，偏差也在测量公差范围内，因此很容易被发现。由于电池和组件电流通常较低，而薄膜组件必须并联连接，即单个串电流和组件电流的信息会丢失。直到故障组件对组串电流产生不利影响，导致失配损耗导致整个组串性能不佳时，才能检测到该问题。换句话说，直到为时已晚时，才注意到各个组件的问题。

功率优化器还提供组件级监控，即使单个组件受到影响，也可以在早期阶段检测到此类问题。早期检测可降低操作员的风险和系统损坏风险。

2.4、功率优化器有利于及时降低因表面遮阴带来的发电量损失

薄膜组件在 BIPV（光伏建筑一体化）中特别受欢迎。它们通常因其统一的外观而受到青睐，此外，这些装置更容易受到阴影的影响。特别是，垂直表面安装（类似玻璃幕墙）通常会在更大程度上受到遮蔽的影响，例如邻近建筑物和屋檐等的影响。

在此类情况下，功率优化器可减少阴影造成的失配损失。此外，组件性能监控可指示损失是否是由于阴影或系统故障造成的。组件关闭等附加安全功能对于建筑集成系统尤为重要。

总结

尽管许多薄膜组件在设计上具有较低的遮光损失，但系统设计人员必须评估可接受的最大遮光水平。特别是系统的总体成本，包括较⾼的布线成本 和 MPP 范围之外的电压通常不会被考虑在内。功率优化器的使用克服了这些影响并降低了成本，并通过组件级监控和关闭等附加功能为客户增加了价值。

背景：

图1 光伏屋顶

光伏组件的趋势为硅面板电流越来越大，薄膜类光伏组件目前是高电压，低电流特性。

在有限的空间或屋顶安装太阳能的设计，具有很高的复杂性，处理覆盖太阳能电池板的阴影是不可避免的问题。如果处理或设计不当，这将使太阳能电池系统的运行效率低下，并导致投资回报大大降低。

核心问题：“遮光效果”产生的损失应如何挽回？

太阳能电池板被阴影遮挡或多个方向的光照都不利于太阳能电池的发电。如果有影子（这称为遮阳损失）如果面向多个方向，则称为失配损失。发电损失发生在以下情况：当一张组件面板被遮蔽时，由于组件串联，这将导致整个系统输出的能量（输出）减少，如图2所示。

图2 遮光效果示意图因此，核心问题的解决就成为了优化方案的核心目标，本文介绍了现有的三种解决方案，以及其原理和优劣势。

方案一：旁路二极管方式（从组件端来解决）

1.1、方案描述：

如今，太阳能电池的工作性能比以前好得多，是因为较新的型号都标配有旁路二极管（分为3行，称为单元串，见下图3，另外两行可以继续工作）。

图3 旁路二极管

支持旁路二极管面板，主要分为full size和half cut（半切）两种方案，来简单应对阴影。

目前标准光伏的接线盒都是二级管方案，半切面板外观识别很简单，中间有个明显的缝隙，且接线盒在面板的中间位置。

图4 支持旁路二极管的面板（full size，见图中左侧）（half cut（半切）见图中右侧）

1.2、方案原理与评价：

方案原理与作用	工作原理如下图所示 图5 支持旁路二极管面板（full size 和 half cut两种）应对阴影的原理
优点	低成本可以部分应对阴影
缺点	方案的局限性很大，主要存在以下局限：对光伏一致性产生的差异，没有效果。不能解决光伏不规则污迹产生的问题。横向非纵向阴影表现很差等问题。旁路二极管看似有助于让发电系统更好地工作，但旁路二极管实际上负责防止因遮蔽而损坏，阻止电流流动。并且会导致板发热（因为电流不流动产生的电阻）。然而，旁路二极管的存在并不能使太阳能电池发电系统全效率工作，例如，旁路二极管会导致同一串中的其他板以与旁路二极管工作板相同的速率工作。

方案二：智能接线盒方案（升级型接线盒方案）

2.1、方案描述：

智能接线盒方案又称SubMIC方案：在旁路二级管基础上升级方案，采用模拟单芯片MPPT跟踪方式，实现上面单元串的分别MPPT跟踪和优化。智能接线盒实物外观如下图所示：

图6 智能接线盒实物图

2.2、方案原理与评价：

方案原理与作用	图7 智能接线盒方案与二极管方式对比效果 对比效果说明：局部遮挡和老化，可能会限制单个电池的性能（例如烟囱、树叶、微裂纹），从而限制整个太阳能电池板的性能。通过使用光伏优化器产品，可以减少这些限制，因此产生更多的电力。正常的太阳能电池板有时会使太阳能电池短路，导致热点。每个单元串将被单独优化，以防止热点问题出现。
优势	单功率芯片方案成本比二级管高，但比组件级优化器的方案略低与组件接线盒集成，成为智能接线盒，利于组件厂商批量化生产，安装依旧简单，接头较少针对组件不一致性的功率优化效果比较好
局限	以Submac的功率IC产品为例，integrated cell-string optimizer replaces bypass diode limitations属于模拟芯片，mppt固化的方案，由于目前600W光伏面板的三分一功率就有200W接线盒面积较小，所以效率散热等问题还存在，而且很难保证智能接线盒的寿命跟光伏板寿命25年一致等固有的方案问题。如果为适配通讯和数据采集能力会增加成本*3，而且通讯节点数*3， 对通讯带宽，入网速率，组网方式等压力更大。所以通常很难带通讯方案。一般是不带通讯和数据采集能力的,没有通讯方案就很难做到内置快断等功能，需要快断等还需要额外配置快断产品智能接线盒一旦损坏，只能更换面板，更换维护成本很高。且跟组件级优化器或微型逆变器不能并行同时使用。对AFCI（电弧检测）等功能影响比较大，后期类似功能适配的开发成本较高。

方案三：组件级优化器方案（需外加设备）

3.1、方案描述：

基于对以上两点的认知，所以目前市场广泛使用的是组件级优化器的方案，组件级优化器，有1拖1或1拖2、1拖4等方案。图8为长园飞轮1拖1组件及优化器安装示意图。

图8 1拖1组件级优化器安装图

优化器是一种让每个太阳能电池板独立工作的装置目前有多种形式。

3.2、方案原理与评价

方案原理与应用	它的主要功能是，在旁路二极管工作之前检查阻抗（测量施加电压时电路对电流的电阻），优化器充当捷径（降压或旁路），以便电流可以转到下一个组件。通过这种方法，太阳能电池系统将能够在高电流范围内运行。不受旁路二极管的影响，如图9，这将使太阳能电池系统真正全效率工作。 图9 优化器工作示意图 在实际使用中，功率优化器同时包含快速关断也包含安全电压功能，在出现以下情况时，会自动将太阳能电池板的直流电压降低到安全水平（通常为1VDC）：当逆变器或电网电源发生故障时组件和优化器被切断当系统崩溃时（逆变器产生严重的错误代码，需要维修的时候）根据当地法令或机架组件，当逆变器或安全阀关闭时，您的功率优化器也可能需要可靠接地
优势	具备完整的面板监控和功率优化功能，在组件存在朝向不一致、 阴影、污迹、老化、隐裂、水面安装等情况下表现最优。支持快速关断功能，满足苛刻的各个国家光伏安全标准更高级的版本会支持：AFCI（电弧检测）、IV曲线问题分析等功能。更换可以单独更换，且使用寿命与光伏面板一致。高宽温使用环境支持（-40度～80度）；
局限	成本比较高（但1拖多方案可以降低单瓦成本），需要额外的安装施工和配网工作（目前已经非常简化）头部厂商里有很多专利限制了其他产品和品牌进入该市场

其他解决方案：

此外，还有支持集中式光伏组串式优化器一般采用直流升压的方案，主要配合集中式逆变器和大型光伏发电厂方案。由于篇幅有限，这里就不额外详细介绍了。

选择适合的光伏功率优化器（PV功率优化器）时，需要考虑以下几个关键因素：光伏面板兼容性：确保所选的功率优化器与您的光伏面板兼容。检查最大输入电压和电流，以及优化器是否支持您面板的规格。逆变器与功率优化器的兼容性：确保您选择的功率优化器与现有或计划中的逆变器兼容。一些功率优化器设计用于与特定品牌或型号的逆变器配合使用。一、根据光伏组件参数进行筛选：

组件参数一般如下：

核心参数为：最大功率、开路电压、短路电流。根据STC状况下的参数对优化器进行筛选，筛选的标准如下：1.优化器的标称功率≥组件最大功率2.优化器的最大输入电压≥组件开路电压3.优化器的最大输入电流≥组件短路电流
二、根据逆变器参数进行筛选：逆变器参数一般如下：

核心参数为：

最大输入电流、MPPT数量/最大输入路数

根据最大输入电流和MPPT数量/最大输入路数参数，计算出每一路组串最大输入电流，

优化器的最大输出电流≤逆变器每一路输入的最大电流

三、总结综上所述，优化器选择的核心要求如下：

1.优化器的标称功率≥组件最大功率

2.优化器的最大输入电压≥组件开路电压

3.优化器的最大输入电流≥组件短路电流

4.优化器的最大输出电流≤逆变器每一路输入的最大电流

选择合适的功率优化器和逆变器对于确保光伏系统的最佳性能和效率至关重要。考虑到这些复杂的因素，建议在做出选择前咨询专业人士的意见。

光伏优化器的配备，使得光伏发电在效率和成本方面的优势进一步扩大：

• 提升发电效率即提升发电量即提高收益
• 远程故障诊断即降低运维成本
• 提高运维效率
• 加强系统安全

光伏优化器是如何解决如下问题的？

1、问题：设计时存在近阴遮挡，运行过程中组件自身失配，导致发电不稳定

方案：避免阴影木桶短板效应，避免因部署限制整体发电量，实现安装自由（不同朝向/规格/倾角）

2、问题：单组件遮阴时存在多峰现象，造成MPPT捕捉失效或者功率损失

方案：（深度强化学习算法+变步长增量电导算法），精确补充MPPT，快/准/稳

3、问题：光伏高压直流电弧危险性较高，拉弧超过0.5s容易引起火灾风险

方案：MLPE级快速关断，避免救火人员触电，防范火灾扩散，提高了安全水平。

4、问题：光伏系统运维成本高：0.03～0.05元/Wp/年（各地区价格不同，此数据仅为参考）

方案：远程精确定位问题点，软件分析跟踪，大大降低运维成本。

如下图所示：

型号为FL1-600W-A的光伏优化器是一拖一优化器，它与光伏组件需要按照1:1的比例进行安装，适用于目前市场上主流类型组件，外挂式装配。详情请在这里下载中心下载相应的安装手册。

此产品经过小批量测试，测试数据如下：

• 5～30% 市面唯一采用神经元网络算法，比同类产品提高到0.2S捕捉到最大功率点，综合平均提高发电效率达5-30%
• 30% | ∆<10 ˚C 限压长串，实现多串联，扩展30%串联范围 无热斑，更安全更持久
• 10S 快断，系统更安全
• 1min 工业级通讯方案，业内标杆1min采样频率，辅助远程故障诊断定位