經常聽到光伏部件出現種種創新， 比如元件實驗室效率24%、量產效率20%， 而逆變器轉換效率宣稱99%。 其中組件效率指的是光電轉換效率， 逆變器轉換效率指的是從其直流輸入轉換為電網交流的工作效率。
大家都知道電站“轉換效率”非常關鍵， 因為它直接影響到了發電收益。 雖然上面提到的兩個核心部件的轉換效率已實現了跨越式突破， 但還是經常看到光伏電站的統計資料中， 從光伏組件直流轉換為電網交流的轉換效率卻低至74~80%。 即使逆變器轉換效率實際為98%， 但是這個差額18~24%去哪裡了?
有人可能懷疑是交直流電纜線損、直流匯流箱或交流配電櫃損耗所導致，
01
光伏元件的伏安特性
當前光伏發電市場的應用主流是晶矽元件， 包含多晶和單晶。 薄膜電池可彎曲性好、弱光發電能力較強， 但相比較之下， 晶矽組件性價比、能量密度更高及長期運行穩定性更好。 所以， 晶矽元件也成為本文的主要討論對象。 晶矽元件核心材料是量大價低的半導體矽， 主要由電池片、焊帶、背板、邊框、及內含旁路二極體的接線盒等構成，
圖1 晶矽光伏元件的外形圖
光伏元件內部電池片的等效模型如圖2所示， 其中Rs為組件串聯阻抗、Rsh為組件自身阻抗。 光伏電池本質上是一個電流源， 只是這個電源流被二極體限定電壓至0.5~0.7V。 由於晶矽元件內部由多個電池片串聯而成，
圖2 光伏元件內部電池片的等效模型
基於以上電池片等效模型， 可以得到以下光伏電流和電壓之間的數學函數關係式。 根據高等數學的相關知識， 從這個函數關係可以清楚看出， 這兩者之間是一種非線性關係。
光照強度直接影響元件輸出電流， 以sunpower黑矽單晶元件為例， 如圖3所示(https://us.sunpower.com/sites/sunpower/files/media-library/data-sheets/ds-e18-series-225-solar-panel-datasheet.pdf)。 光照強度為200w/m2時， 元件電流為1.2A;如果光照強度增大至1000w/m2時， 元件電流相應增大至6.0A， 從而說明元件電流與光照強度成正比， 反之亦然。
圖3 光伏元件的伏安特性曲線
由圖3也可看到一個有趣並且重要的現象，
圖4清楚說明了晶矽元件的溫度特性：相對於25Cº標準測試條件， 溫度每升高1Cº， 元件電流可增大0.067%， 元件開路電壓降低0.33%， 元件最大功率降低0.43%。 從而溫度對元件電壓影響較大， 但對元件電流影響不大， 基本可以忽略不計， 因而溫度每升高1Cº， 元件MPP電壓降低0.43%。 這裡插個題外話， 在組串中選擇元件串聯的個數時， 需根據所選用的元件溫度係數， 仔細核算低溫下組串電壓不可超過逆變器的最大輸入電壓。
圖4 晶矽元件的溫度特性
02
元件和組串的內部串聯結構
經常聽到晶矽元件60片、72片的說法，這個實際講的是元件內部電池片串聯的個數，每個電池片是一個獨立的光伏電池單元。如圖5所示，每20片或24片光伏電池對應一個子串，光伏組件由3個子串串聯而成，每個子串兩端反並聯一個旁路二極體，旁路二極體可減輕熱斑效應。這3個子串的輸出線及旁路二極體在元件接線盒中用於電氣連接，再通過接線盒引出總的正負兩根出線，也就是光伏組件日常附帶的直流接頭和電纜。
圖4 晶矽元件內部的3個子串及其旁路二極體
以上說明了晶矽元件內部由3個子串串聯而成，其實當前光伏發電系統的光伏組串也是由多個元件串聯而成，如圖5所示。不管是集中式逆變器的直流匯流箱、還是組串式逆變器的直流輸入端，都會接入光伏組串，組串一般由20~24個元件串聯而成。所以，當前所有光伏發電本質上都是把多個電池片串聯使用，以生成光伏組串的直流高壓，便於逆變器實現並網交流發電。由初中物理知識可知，電路中不允許多個電流源串聯，否則總電流由最小電流的電流源決定。另外在這裡偷偷說一句，幾個組串並聯也存在能量損失，由於線路阻抗的存在，並聯電壓源的總電壓由最低電壓的電壓源決定。
圖5 多個組件串聯的組串式或集中式光伏發電系統
03
光伏元件的木桶效應
參考度娘百科，盛水的木桶是由多塊木板箍成的，盛水量也是由這些木板共同決定的。若其中一塊木板很短，則此木桶的盛水量就被限制，該短板就成了這個木桶盛水量的“限制因素”(或稱“短板效應”)，如圖6所示。若要使此木桶盛水量增加，只有換掉短板或將其加長才行。
圖6 木桶效應示意圖
一個水桶無論有多高，盛水量取決於其中最短的那塊木板，人們把這一規律總結為“木桶原理”或“木桶效應”，又稱“短板理論”。其核心內容為：一隻水桶盛水的多少，並不取決於桶壁上最長的那塊木塊，而恰恰取決於桶壁上最短的那塊。根據這一核心內容，“木桶效應”還有兩個推論：其一，只有桶壁上的所有木板都足夠高，那水桶才能盛滿水。其二，只要這個水桶裡有一塊不夠高度，水桶裡的水就不可能是滿的。
為了讓水桶儘量多裝水，必須要找出薄弱環節(短板)，並且改進該環節把這個短木板加長。命苦不能怨政府，幸福的家庭是相似的，而不幸的家庭各有各的不幸。很不幸光伏元件串聯或內部串聯子串都存在木桶效應，甚至可以說木桶效應已充滿光伏發電系統中。
由於元件內部串聯子串或組串中多個元件串聯的本質特性相似，以下以組串為例說明。如圖7所示，由3個光伏元件串聯構成一個組串，每個元件電流相同時，構成組串的總電流也相同，實際上組串總電流等於每個元件電流。這種工作狀況下，每個元件的MPP完全一致，當然這是一種非常理想而實際中並不存在的情形。
圖7 元件MPP一致情況下的組串電氣特性
理想很豐滿，現實太骨感。實際上，組串中每個元件MPP不可能完全一致，如圖8所示的第3個組件(PV3)由於種種原因MPP發生變化，而第1、2個組件(PV1、2)仍然可實現MPP。這種情況下如果這3個元件仍然串聯構成一個組串時，組串的總電流不可能達到理想數值，也不可能繼續最大功率輸出。組串最大輸出功率受逆變器的MPPT演算法限制，既可能工作於受電流源串聯物理原的影響而電流限制在PV3的小MPP電流，也可能工作於PV1、2近似最大功率點而PV3旁路二極體導通的狀態(即圖8所示)。
圖8 元件MPP不一致情況下的組串電氣特性
04
木桶效應導致組件失配
上一節提到，當組串中組件PV3的MPP變小時，組串最大輸出功率受逆變器的MPPT演算法限制，既可能工作於受電流源串聯物理原的影響而電流限制在PV3的MPP，此時的直觀狀態是組串電壓高而功率小;也可能工作於PV1、2近似最大功率點而PV3旁路二極體導通的狀態，此時的直觀狀態是組串電壓低而功率大。
為了清楚解釋這個問題，先得從光伏逆變器的內部構造說起。所有類型的光伏逆變器的功率回路由元件或組串、輸入開關、EMI濾波、逆變電路、交流濾波、及輸出開關構成，而信號回路由交直流採樣、驅動電路、LCD顯示、及控制構成，如圖9所示。
圖9 光伏逆變器的內部構造
除了實現直流-交流功率變換和並網控制外，逆變器的關鍵功能之一是MPPT跟蹤，其目的是通過組串電壓擾動找到組串的最大功率點。具體控制策略主要使用爬山法、導納法、神經網路等，當前產品化主要使用爬山法。這些MPPT演算法可以尋找到光伏組串的最大功率點，但是無法找到每個元件的最大功率點，下面以圖10中兩個元件串聯為例說明。
圖10 兩個元件串聯構成的一個組串
這個組串由兩個元件串聯構成，兩個元件分別為I、II，使用第1節的元件等效模型和數學函數關係式，兩個元件MPP一致時，組串電壓分別與組串功率、電流的函數曲線只有一個轉捩點，也就是最大功率點;但第I個組件由於種種原因MPP發生變化，而第II個組件仍然可實現MPP時，組串MPP點出現了雙峰，如圖11所示的A、B點。山峰太多平時看起來很壯觀、很漂亮，但是一旦出現在組串上，逆變器的MPPT演算法就會搞暈，既可能呆在A點、也可能留戀B點。A點的電壓低而功率大，實質上是組件I的旁路二極體導通了，不然元件I將承受反向電壓而發生熱斑效應而掛掉，這樣損失了元件I的輸出功率，因為其或多或少還是有輸出功率的。而B點的電壓高而功率小，實質上是組串電流等於元件I電流，而元件I電流遠小於元件II，這樣損失了元件II的部分功率。
圖11 兩個組件串聯構成的組串電氣特性
光伏逆變器的常規MPPT演算法是從組串的開路電壓開始跟蹤組串最大功率，因此最有可能的是可以找到B點。近年來國外有些老牌廠商也提出了MPPT的多峰演算法，有可能可以找到A點，但是這種多峰演算法實際中很少使用。為什麼呢?只因為MPPT速度太慢，很可能由於使用這個演算法而導致更多的光伏能量損失。
光伏組件MPP變小的直接原因是遮擋，也就是組件的光照強度下降。圖12所示為單個電池片遮擋對元件功率影響的實驗資料，如果單個電池片的遮擋面積為25%，元件功率損失為8.3%;如果電池片遮擋面積達到93.5%，元件功率損失為87.3%。這個木桶效應的影響非常大，因為元件內部存在60、或72個電池片，結果顯示某個電池片被遮擋，光伏元件基本已經沒有功率輸出，而這個電池遮擋面積僅占整個元件的1.55%!
圖12 單個電池片遮擋對組件功率的影響
圖13所示為單個組件遮擋對組串功率影響的實驗資料，如果單個元件的遮擋面積為25%，組串功率損失為12.21%。這個木桶效應的影響非常大，因為這個組串由20個元件串聯構成，而這個元件遮擋面積僅占整個組串的1%!
圖13 單個組件遮擋對組串功率的影響
木桶效應是光伏電池串聯必須導致的結果，但是從經濟性考慮，組件串聯提高直流電壓後才可降低電纜、逆變器等造價。
當然創新是無止境的，國外也有廠商把晶矽元件採用了類似碲化鎘薄膜元件技術，把元件內部的電池片做成矩陣式結構，如圖14所示。但是這種電池片矩陣式結構雖然消除了電池片級的木桶效應，但是並沒有改變組件串聯構成組串的悲催現實，這樣光伏組串仍然存在木桶效應而導致組件失配的能量損失。除非把元件串聯改成並聯結構，這樣直流母線電壓將會很低，可以完全消除傳統光伏系統的木桶效應問題，但會導致電纜、逆變器的損耗增大、造價增加。在這裡呼籲一下願意製造這種矩陣式電池片的元件廠，茂碩電氣配合研發低壓逆變器，我們在深圳等您。
另外，SNEC2017上看到有的元件廠推出了半片技術，有的也推出了每個電池片反向並聯旁路二極體技術，半片技術、更多旁路二極體在一定程度上可以減輕木桶效應，只是要評估價格的增加幅度。
圖14 矩陣式電池片結構的元件並聯系統
05
導致木桶效應的根本原因
導致木桶效應的根本原因基本上可以分為兩類：
一個是因為元件本身原因
另一個是使用元件的外部環境
一般人比較關注光伏元件的衰減和老化及製造過程的離散性，比如很多元件廠承諾頭兩年衰減不超過2%，10年內不超過10%，25年不超過20%。但是據統計，頭兩年衰減在2%以內的光伏組件基本很少。
另外，標稱功率偏差也是光伏元件的一個重要參數，一般±3%以內是可以接受的，當然大廠做得更好也更有擔當，只有正偏差而沒負偏差。這個參數也說明，雖然元件的標稱參數相同，但實際上輸出功率曲線卻有差異。但是更重要的是，每個電池片、元件的衰減速度、老化程度及功率偏差不可能完全相同，因此這樣的電池片串聯構成元件、這樣的元件串聯構成組串必然存在木桶效應。比如，60個電池片串聯時，其中某個電池片提前老化了，那麼就會造成整個元件的功率失配損失;20個元件串聯時，其中某個組件功率是負偏差，雖然其他元件功率都是正偏差，這樣也會造成整個組串的功率失配損失。
與元件本身原因相比較，使用元件的外部環境更加複雜，並且更容易導致木桶效應，而光伏電池串聯系統容易發生木桶效應，其直接原因是元件內部每個電池片、或組串內部每個元件的光照不均勻導致的輸出功率不相同。如圖15所示，存在太多的外部環境容易使電池片、或元件之間的光照不均勻，比如屋頂發電的女兒牆對電池片、元件的部分遮擋;地面電站前後排組串的陰影;光伏元件表面的灰塵、積雪、髒汙不一致;地面電站組件旁邊的雜草;光伏組件的傾角不一致;組件老化不均勻;同一處光伏電站所使用的元件溫度還有可能不一樣;當然天上的朵朵白雲也導致組件光照不一致。
圖15 導致木桶效應的外部環境
因此，導致木桶效應的部分原因是可以解決的，比如陰影、雜草遮擋等，甚至現在元件出廠時還可以分級篩選，把性能相近的元件歸到同一組串，但是這種措施沒考慮到幾年後元件的不均勻老化問題。但是，更多導致木桶效應的原因卻難以解決，比如人們還控制不了雲彩，也不可能讓灰塵和積雪完全一致，更關鍵的是無法達到相同的元件衰減率。
06
總結
為什麼一再旗幟鮮明地不看好當前1500Vdc光伏系統呢，原因是沒改變元件內部的電池片串聯結構，主要是1500Vdc組串中組件串聯的數量更多了，進一步提高了木桶效應出現的機率，並且組串MPP點出現山峰更多，從而木桶效應變得更加嚴重。
匯總全文內容，其實歸根結底就是以下幾句話：
1)、光伏元件由多個電池片串聯構成，元件內部存在木桶效應;
2)、光伏組串由多個元件串聯構成，組串內部存在木桶效應;
3)、造成光伏木桶效的根因部分容易處理，而更多的外部因素無法解決;
4)、矩陣化電池片的組件並聯技術可消除木桶效應，但需評估效率和成本;
5)、電池半片、更多旁路二極體可減輕木桶效應，但需評估成本和工藝;
木桶效應所導致的組件失配會造成發電收益降低，並且降低的幅度高達18~24%。本來組件的光電轉換效率已經夠低了，就這麼低的直流電力還不能實現全部的並網發電，即使逆變器轉換效率高達98、99%也是枉然。
從根本上說，木桶效應的本質是低的元件利用率，而元件利用率既不是元件廠的技術範疇，傳統逆變器公司也是無能為力，可以說還是一個空白區。為了提高元件利用率、消除木桶效率，優化器、微逆是其中切實可行的改進措施，並且這個是咱們電力電子人可以做的事情，也是本系列後續重點討論的內容。
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圖4 晶矽元件的溫度特性
02
元件和組串的內部串聯結構
經常聽到晶矽元件60片、72片的說法，這個實際講的是元件內部電池片串聯的個數，每個電池片是一個獨立的光伏電池單元。如圖5所示，每20片或24片光伏電池對應一個子串，光伏組件由3個子串串聯而成，每個子串兩端反並聯一個旁路二極體，旁路二極體可減輕熱斑效應。這3個子串的輸出線及旁路二極體在元件接線盒中用於電氣連接，再通過接線盒引出總的正負兩根出線，也就是光伏組件日常附帶的直流接頭和電纜。
圖4 晶矽元件內部的3個子串及其旁路二極體
以上說明了晶矽元件內部由3個子串串聯而成，其實當前光伏發電系統的光伏組串也是由多個元件串聯而成，如圖5所示。不管是集中式逆變器的直流匯流箱、還是組串式逆變器的直流輸入端，都會接入光伏組串，組串一般由20~24個元件串聯而成。所以，當前所有光伏發電本質上都是把多個電池片串聯使用，以生成光伏組串的直流高壓，便於逆變器實現並網交流發電。由初中物理知識可知，電路中不允許多個電流源串聯，否則總電流由最小電流的電流源決定。另外在這裡偷偷說一句，幾個組串並聯也存在能量損失，由於線路阻抗的存在，並聯電壓源的總電壓由最低電壓的電壓源決定。
圖5 多個組件串聯的組串式或集中式光伏發電系統
03
光伏元件的木桶效應
參考度娘百科，盛水的木桶是由多塊木板箍成的，盛水量也是由這些木板共同決定的。若其中一塊木板很短，則此木桶的盛水量就被限制，該短板就成了這個木桶盛水量的“限制因素”(或稱“短板效應”)，如圖6所示。若要使此木桶盛水量增加，只有換掉短板或將其加長才行。
圖6 木桶效應示意圖
一個水桶無論有多高，盛水量取決於其中最短的那塊木板，人們把這一規律總結為“木桶原理”或“木桶效應”，又稱“短板理論”。其核心內容為：一隻水桶盛水的多少，並不取決於桶壁上最長的那塊木塊，而恰恰取決於桶壁上最短的那塊。根據這一核心內容，“木桶效應”還有兩個推論：其一，只有桶壁上的所有木板都足夠高，那水桶才能盛滿水。其二，只要這個水桶裡有一塊不夠高度，水桶裡的水就不可能是滿的。
為了讓水桶儘量多裝水，必須要找出薄弱環節(短板)，並且改進該環節把這個短木板加長。命苦不能怨政府，幸福的家庭是相似的，而不幸的家庭各有各的不幸。很不幸光伏元件串聯或內部串聯子串都存在木桶效應，甚至可以說木桶效應已充滿光伏發電系統中。
由於元件內部串聯子串或組串中多個元件串聯的本質特性相似，以下以組串為例說明。如圖7所示，由3個光伏元件串聯構成一個組串，每個元件電流相同時，構成組串的總電流也相同，實際上組串總電流等於每個元件電流。這種工作狀況下，每個元件的MPP完全一致，當然這是一種非常理想而實際中並不存在的情形。
圖7 元件MPP一致情況下的組串電氣特性
理想很豐滿，現實太骨感。實際上，組串中每個元件MPP不可能完全一致，如圖8所示的第3個組件(PV3)由於種種原因MPP發生變化，而第1、2個組件(PV1、2)仍然可實現MPP。這種情況下如果這3個元件仍然串聯構成一個組串時，組串的總電流不可能達到理想數值，也不可能繼續最大功率輸出。組串最大輸出功率受逆變器的MPPT演算法限制，既可能工作於受電流源串聯物理原的影響而電流限制在PV3的小MPP電流，也可能工作於PV1、2近似最大功率點而PV3旁路二極體導通的狀態(即圖8所示)。
圖8 元件MPP不一致情況下的組串電氣特性
04
木桶效應導致組件失配
上一節提到，當組串中組件PV3的MPP變小時，組串最大輸出功率受逆變器的MPPT演算法限制，既可能工作於受電流源串聯物理原的影響而電流限制在PV3的MPP，此時的直觀狀態是組串電壓高而功率小;也可能工作於PV1、2近似最大功率點而PV3旁路二極體導通的狀態，此時的直觀狀態是組串電壓低而功率大。
為了清楚解釋這個問題，先得從光伏逆變器的內部構造說起。所有類型的光伏逆變器的功率回路由元件或組串、輸入開關、EMI濾波、逆變電路、交流濾波、及輸出開關構成，而信號回路由交直流採樣、驅動電路、LCD顯示、及控制構成，如圖9所示。
圖9 光伏逆變器的內部構造
除了實現直流-交流功率變換和並網控制外，逆變器的關鍵功能之一是MPPT跟蹤，其目的是通過組串電壓擾動找到組串的最大功率點。具體控制策略主要使用爬山法、導納法、神經網路等，當前產品化主要使用爬山法。這些MPPT演算法可以尋找到光伏組串的最大功率點，但是無法找到每個元件的最大功率點，下面以圖10中兩個元件串聯為例說明。
圖10 兩個元件串聯構成的一個組串
這個組串由兩個元件串聯構成，兩個元件分別為I、II，使用第1節的元件等效模型和數學函數關係式，兩個元件MPP一致時，組串電壓分別與組串功率、電流的函數曲線只有一個轉捩點，也就是最大功率點;但第I個組件由於種種原因MPP發生變化，而第II個組件仍然可實現MPP時，組串MPP點出現了雙峰，如圖11所示的A、B點。山峰太多平時看起來很壯觀、很漂亮，但是一旦出現在組串上，逆變器的MPPT演算法就會搞暈，既可能呆在A點、也可能留戀B點。A點的電壓低而功率大，實質上是組件I的旁路二極體導通了，不然元件I將承受反向電壓而發生熱斑效應而掛掉，這樣損失了元件I的輸出功率，因為其或多或少還是有輸出功率的。而B點的電壓高而功率小，實質上是組串電流等於元件I電流，而元件I電流遠小於元件II，這樣損失了元件II的部分功率。
圖11 兩個組件串聯構成的組串電氣特性
光伏逆變器的常規MPPT演算法是從組串的開路電壓開始跟蹤組串最大功率，因此最有可能的是可以找到B點。近年來國外有些老牌廠商也提出了MPPT的多峰演算法，有可能可以找到A點，但是這種多峰演算法實際中很少使用。為什麼呢?只因為MPPT速度太慢，很可能由於使用這個演算法而導致更多的光伏能量損失。
光伏組件MPP變小的直接原因是遮擋，也就是組件的光照強度下降。圖12所示為單個電池片遮擋對元件功率影響的實驗資料，如果單個電池片的遮擋面積為25%，元件功率損失為8.3%;如果電池片遮擋面積達到93.5%，元件功率損失為87.3%。這個木桶效應的影響非常大，因為元件內部存在60、或72個電池片，結果顯示某個電池片被遮擋，光伏元件基本已經沒有功率輸出，而這個電池遮擋面積僅占整個元件的1.55%!
圖12 單個電池片遮擋對組件功率的影響
圖13所示為單個組件遮擋對組串功率影響的實驗資料，如果單個元件的遮擋面積為25%，組串功率損失為12.21%。這個木桶效應的影響非常大，因為這個組串由20個元件串聯構成，而這個元件遮擋面積僅占整個組串的1%!
圖13 單個組件遮擋對組串功率的影響
木桶效應是光伏電池串聯必須導致的結果，但是從經濟性考慮，組件串聯提高直流電壓後才可降低電纜、逆變器等造價。
當然創新是無止境的，國外也有廠商把晶矽元件採用了類似碲化鎘薄膜元件技術，把元件內部的電池片做成矩陣式結構，如圖14所示。但是這種電池片矩陣式結構雖然消除了電池片級的木桶效應，但是並沒有改變組件串聯構成組串的悲催現實，這樣光伏組串仍然存在木桶效應而導致組件失配的能量損失。除非把元件串聯改成並聯結構，這樣直流母線電壓將會很低，可以完全消除傳統光伏系統的木桶效應問題，但會導致電纜、逆變器的損耗增大、造價增加。在這裡呼籲一下願意製造這種矩陣式電池片的元件廠，茂碩電氣配合研發低壓逆變器，我們在深圳等您。
另外，SNEC2017上看到有的元件廠推出了半片技術，有的也推出了每個電池片反向並聯旁路二極體技術，半片技術、更多旁路二極體在一定程度上可以減輕木桶效應，只是要評估價格的增加幅度。
圖14 矩陣式電池片結構的元件並聯系統
05
導致木桶效應的根本原因
導致木桶效應的根本原因基本上可以分為兩類：
一個是因為元件本身原因
另一個是使用元件的外部環境
一般人比較關注光伏元件的衰減和老化及製造過程的離散性，比如很多元件廠承諾頭兩年衰減不超過2%，10年內不超過10%，25年不超過20%。但是據統計，頭兩年衰減在2%以內的光伏組件基本很少。
另外，標稱功率偏差也是光伏元件的一個重要參數，一般±3%以內是可以接受的，當然大廠做得更好也更有擔當，只有正偏差而沒負偏差。這個參數也說明，雖然元件的標稱參數相同，但實際上輸出功率曲線卻有差異。但是更重要的是，每個電池片、元件的衰減速度、老化程度及功率偏差不可能完全相同，因此這樣的電池片串聯構成元件、這樣的元件串聯構成組串必然存在木桶效應。比如，60個電池片串聯時，其中某個電池片提前老化了，那麼就會造成整個元件的功率失配損失;20個元件串聯時，其中某個組件功率是負偏差，雖然其他元件功率都是正偏差，這樣也會造成整個組串的功率失配損失。
與元件本身原因相比較，使用元件的外部環境更加複雜，並且更容易導致木桶效應，而光伏電池串聯系統容易發生木桶效應，其直接原因是元件內部每個電池片、或組串內部每個元件的光照不均勻導致的輸出功率不相同。如圖15所示，存在太多的外部環境容易使電池片、或元件之間的光照不均勻，比如屋頂發電的女兒牆對電池片、元件的部分遮擋;地面電站前後排組串的陰影;光伏元件表面的灰塵、積雪、髒汙不一致;地面電站組件旁邊的雜草;光伏組件的傾角不一致;組件老化不均勻;同一處光伏電站所使用的元件溫度還有可能不一樣;當然天上的朵朵白雲也導致組件光照不一致。
圖15 導致木桶效應的外部環境
因此，導致木桶效應的部分原因是可以解決的，比如陰影、雜草遮擋等，甚至現在元件出廠時還可以分級篩選，把性能相近的元件歸到同一組串，但是這種措施沒考慮到幾年後元件的不均勻老化問題。但是，更多導致木桶效應的原因卻難以解決，比如人們還控制不了雲彩，也不可能讓灰塵和積雪完全一致，更關鍵的是無法達到相同的元件衰減率。
06
總結
為什麼一再旗幟鮮明地不看好當前1500Vdc光伏系統呢，原因是沒改變元件內部的電池片串聯結構，主要是1500Vdc組串中組件串聯的數量更多了，進一步提高了木桶效應出現的機率，並且組串MPP點出現山峰更多，從而木桶效應變得更加嚴重。
匯總全文內容，其實歸根結底就是以下幾句話：
1)、光伏元件由多個電池片串聯構成，元件內部存在木桶效應;
2)、光伏組串由多個元件串聯構成，組串內部存在木桶效應;
3)、造成光伏木桶效的根因部分容易處理，而更多的外部因素無法解決;
4)、矩陣化電池片的組件並聯技術可消除木桶效應，但需評估效率和成本;
5)、電池半片、更多旁路二極體可減輕木桶效應，但需評估成本和工藝;
木桶效應所導致的組件失配會造成發電收益降低，並且降低的幅度高達18~24%。本來組件的光電轉換效率已經夠低了，就這麼低的直流電力還不能實現全部的並網發電，即使逆變器轉換效率高達98、99%也是枉然。
從根本上說，木桶效應的本質是低的元件利用率，而元件利用率既不是元件廠的技術範疇，傳統逆變器公司也是無能為力，可以說還是一個空白區。為了提高元件利用率、消除木桶效率，優化器、微逆是其中切實可行的改進措施，並且這個是咱們電力電子人可以做的事情，也是本系列後續重點討論的內容。
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