《光伏电池板与系统》PPT课件

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典型的晶体硅电池板，为偏远地区供电。低铁玻璃前表面材料光伏组件的前端表面必须对那些能够被电池吸收的光线保持高透明度。对于硅太阳能电池，其前端表面必须能透过波长范围为 350nm到 1200nm的光。此外，前端表面对光的反射率必须很低。尽管理论上这些反射可以通过在表面铺上减反射膜来降低，但是实际上，对于大多数光伏组件所处的环境来说，这些膜显然还不够耐用。取而代之的，是使表面粗糙化或进行制绒。然而，这样会使得尘埃和污染物停留在表面的可能性增大，也没那么容易被风和雨水冲走。这些组件也因几种类型的硅光伏组件。圆形电池和方形电池的封装密度。当组件中电池排列较稀疏时，露出的空白背面同样能够少量增加电池的输出，因为 “ 零深度聚光 ” 效应的影响，如下图所示。一些射入到电池与电池之间的空白区域和射到电极上的光，被散射后又传到电池表面。玻璃电极密封层（ EVA）白色的背表面典型的组件由 36块电池串联而成在典型的组件中，36块电池串联起来以使输出的电压足以为 12V的电池充电虽然光伏组件的电压大小决定于电池的数量，但是组件的输出电流却决定于单个太阳能电池的尺寸大小和它们的转换效率。在 AM1.5和最优倾斜角度下，商用电 1-nkT/NVqexpIM-IMI TOLT式中， N表示串联电池的个数， M为并联电池的个数， IT为电路的总电流， VT电路的总电压，Io是单个电池的饱和电流， IL是单个电池的短路电流， n是单个电池的理想填充因子，而 q、k和 T则为常数。由一系列相同的电池连接而成的总电路的 IV曲线如下图所示。N个电池串联， M个电池并联的电路 IV曲线。组件局部被阴影遮住是引起光伏组件错配的主要原因当组件中的一个太阳能电池的参数与其它的明显不同时，错配现象就会发生。由错配造成的影响和电能损失大小决定于：光伏组件的工作点 . 理想太阳能电池和非理想太阳能电池的比较。最大的错配差异是当电压被反向偏压的时候造成的。反向电压很高时， pn结可能被击穿并联电阻引起的下降电池消耗的能量非理想太阳能电池电池产生的能量电池消耗的能量串联电阻引起的额外下降理想太阳能电池串联电池的开路电压错配是一种比较不严重的错配类型。正如下面动画所展示的那样，在短路电流处，光伏组件输出的总电流是不受影响的。而在最大功率点处，总的功率却减小了，因为 “ 问题 ” 电池产生的能量较少。因为两个电池是串联起来的，所以流经两个电池的电流是一样的，而总的电压则等于每个电池的电压之和。串联电池的短路电流错配取决于组件所处的工作点，以及电池错配的程度。短路电流错配对光伏组件有重大影响。如下面动画所示，在开路电压处，短路电流的下降对电池影响相对较小。即开路电压只产生了微小的变化，因为开路电压与短路电流成对数关系。然而，由于穿过电池的电流是一样的，所以两者结合的总电流不能超过有问题电池的电流，这种情况在低电压处比较容易发生，好电池产生的额外电流并不是被每一个电池所抵消，而是被问题电池所抵消了（通常在短路电流处也会发生）。总的来说，在有电流错配的串联电路中，严重的功率损失一般发生在问题电池产两个串联电池的电流错配有时会相当严重且非常普遍。串联的电流受到问题电池的电流限制。动画中，电池的输出电压比电池的高。两线交点的电流表示串联电路的短路电流，这是计算串联电池的错配短路电流的一个简单方法。串联电路的短路电流如果组件的首尾都连接起来了，来自那些没被阴影遮挡的电池的电能将被问题电池所抵消。个电池没被遮挡个串联电池一个电池被遮挡如果串联电路的工作电流大小接近于 “ 问题 ” 电池的短路电流，电路总电流将受到问题电池的限制。则好电池产生的额外电流（比问题电池高出的那部分电流）将变成好电池的前置偏压。如果串联电池被短路，则所有好电池的前置偏压都将变成问题电池的反向电压。当数量很多的串联电池一起把前置偏压变成问题电池的反向电压时，在问题电池处将会有大的能量耗散，这就是热点加热现象。基本上所有好电池的总的发电能力都被问题电池给抵消了。巨大的能量消耗在一片小小的区域，局部过热就会发生，或者叫 “ 热点 ” ，它反过来也会导致破坏性影响，例如电池或玻璃破碎、焊线熔化或电池的退化。。连接旁路二极管的电池没接旁路二极管的电池然而，实际上如果每个电池都连接一个二极管的话，成本会很高，所以一般改为一个二极管连接几个电池。穿过 “ 问题 ” 电池的电压大小等于其它串联电池（即与问题电池共享一个二极管的电池）的前置偏压加上二极管的电压，如下图所示。那些好电池的电压大小决定于问题电池的问题严重程度。例如，如果一个电池完全被阴影遮住了，那些没有阴影的电池会应短路电流而导致正向电压偏置，而电连接电池组的旁路二极管。穿过好电池的电压大小决定于问题电池的问题严重程度。右图中， 0.5V只是任意取的数值。电池之间并联。穿过每个电池的电压总是相等的，电路的总电流等于每个电池之和。在动画中，电池 2的输出电流小于电池 1。错配对电流的影响不大，总的电流总是比单个电池电流高。两个并联电池的电压错配。电池 2的电压的增加事实上降低了好电池的开路电压。有个简单的方法可以计算错配并联电池的开路电压，即在坐标图中以电压为自变量画出 IV曲线，则两线的交点就是并联电路的开路电压。大型光伏阵列中的潜在错配效应。尽管所有的组件都是一样的，且阵列中没有电池被阴影遮住，但仍然可能出现热点加热现象。开路来自并联电路的电流减小了 1/4左边的阵列在电路结构上相当与右边的电路，即右边的每个电池的电压等于左边每个电池的 2倍，电流为 4倍。旁路二极管的一侧的电阻可能更低低电阻导致大电流被遮挡的组件并联组件中的旁路二极管。阻塞二极管在并联组件中的作用。问题电池组的阻塞二极管阻止了电流从旁边的电池组流向问题电池组。阻塞二极管旁路二极管组件的工作温度决定于组件产生的热量、向外传输的热量和周围环境的温度之间的平衡。而组件产生的热量决定于组件所在的工作点、组件的光学特性和电池的封装密度。组件向外散发热量可以分为三个过程：传导、对流和辐射。这些散发过程决定于组件材料的热阻抗、组件的发光特性和组件所处的环境条件（特别是风速），我们将在下面几节中讨论这些因素。组件表面的空气流动引起热对流组件向外辐射电磁波热传导发生在热量从一块材料传到另一块材料太阳光加热组件热传导导致热损失是由于光伏组件与其它相互接触的材料（包括周围空气）存在热梯度。光伏组件向外传导热的能力可以通过电池封装材料的热阻抗和材料结构来描述。热量的传导形式与电路中电流的传导形式很相似。对于热传导，材料之间的温度差异驱使热量从高温流向低温区域，类似的，因为电路两区域存在电势差才导致电子的流动。因此，温度与热量的关系可以通过下面的方程给出，这有点类似于流经一电阻的电流与电压的关系。假设材料的构成是均匀一致的，且状态稳定，则热传导与温度之间的方程为：组件与外部环境的温度差随着太阳光照强度的增加而变大。最好的组件、最差的组件以及典型的组件的额定工作温度 NOCT分别为 33 C、58 C和 48 C。计算电池温度的近似方程为： CSNOCT 80 20TT AIRcell式中， S=光强，单位 mW/cm2.风速更高时，组件温度将会下降，反之，当风速为零时温度将更高。电池与电池的间隙将扩大一定距离： =( GC- CD) T式中 G C分别是玻璃和电池的膨胀系数， D为电池的宽度， C为电池中心点的距离，如上图所示。通常，电池之间的连接线是成圆形的（如图），以尽量减小周期应力。连接线一般为双层以防止被这种应力破坏。出来这种互联压力外，几乎所有的组件交界面都会受到与温度有关的周期应力的影响，且可能最终导致组件脱落。组件框架可能发生的扭曲。由澳大利亚标准 AS4509-1999设定的标准包括：静负荷 3.9Kpa 1小时，力从前表面指向背面（相当于 200km/hr的风）动负荷 2.5kpa，从前表面指向背面，超过2500-10000次（相当于 160km/hr的风）冰雹冲击损坏直径 2.5cm速度 23.2m/s的冰雹冲击（ 80km/hr）已退化或损坏的的光伏组件样品。图中显示了水蒸气的侵蚀导致了电池减反射膜退化。可逆转的输出功率减退光伏组件的输出功率减退也可能是由可逆转的因素导致的。比如，部分表面被从地上长出的树给遮住了，或者表面粘有泥土（光伏组件通常会因表面的泥土而损失大约 10%的输出功率）。一个组件可能已经退化了，或者组件之间的互联可能改变了光伏阵列的工作点。但是，在那些因素被改正后，这些功率退化都是可逆的。光伏组件的恶化和退化退化机制即可能是由于时间的流逝而导致整体输出功率的减小，也可能是由于组件中个别太阳能电池的恶化而导致总输出功率的减小。电池的退化引起电池组件的整体退化的因素：电极接触面积的减小和腐蚀（通常由水蒸气引起）导致 RS增加穿过 pn结的金属漂移使 Rsh减小减反射膜的退化断裂的电池，图中说明了互联母线是怎样阻止开路现象出现。

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