第六章光伏電池板與系統(tǒng)

1、2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)1第六章：第六章：光伏電池板與系統(tǒng)光伏電池板與系統(tǒng) 6.1簡介簡介 6.2電池板設(shè)計電池板設(shè)計 6.3互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 6.4溫度效應(yīng)溫度效應(yīng) 6.5其它問題其它問題 6.6電池板的壽命電池板的壽命2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)2 一塊太陽能電池板是由許多單個太陽能一塊太陽能電池板是由許多單個太陽能電池連接而成的，這樣能增加功率輸出。電電池連接而成的，這樣能增加功率輸出。電池被封裝起來以阻止來自周圍環(huán)境的破壞和池被封裝起來以阻止來自周圍環(huán)境的破壞和防止人們觸電。然而，電池板設(shè)計的幾個方防止人們觸電。然而，電池板設(shè)計的幾個方面可能會減少功率輸出或者降低使用壽命。面可能會

2、減少功率輸出或者降低使用壽命。接下來的幾節(jié)將討論電池是怎樣被封裝到板接下來的幾節(jié)將討論電池是怎樣被封裝到板塊里去的，以及討論由于電池相互連接和封塊里去的，以及討論由于電池相互連接和封裝而引起的問題。裝而引起的問題。電池互聯(lián)系統(tǒng)或陣列系統(tǒng)最主要的影響是：電池互聯(lián)系統(tǒng)或陣列系統(tǒng)最主要的影響是： 不匹配的電池之間的互聯(lián)引起的損耗不匹配的電池之間的互聯(lián)引起的損耗 電池板的溫度電池板的溫度 電池板的故障模式電池板的故障模式 6.1 簡介簡介2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)3 一塊電池板由許多互相連接的電池（通常為一塊電池板由許多互相連接的電池（通常為36塊串聯(lián)著的電池）組成。把互相連接的電池封裝塊串聯(lián)著的電

3、池）組成。把互相連接的電池封裝起來的主要原因是為了保護(hù)它們和它們連接線不起來的主要原因是為了保護(hù)它們和它們連接線不受其周圍環(huán)境的破壞。例如，由于太陽能電池非受其周圍環(huán)境的破壞。例如，由于太陽能電池非常的薄，所以在缺乏保護(hù)的情況下很容易受到機(jī)常的薄，所以在缺乏保護(hù)的情況下很容易受到機(jī)械損傷。此外，電池表面的金屬網(wǎng)格以及連接每械損傷。此外，電池表面的金屬網(wǎng)格以及連接每個電池的金屬線都有可能受到水或水蒸氣的腐蝕。個電池的金屬線都有可能受到水或水蒸氣的腐蝕。而通過封裝便能阻止這些破壞。比如，非晶硅太而通過封裝便能阻止這些破壞。比如，非晶硅太陽能電池通常被封裝在柔軟的板塊內(nèi)，而晶體硅陽能電池通常被封裝在

4、柔軟的板塊內(nèi)，而晶體硅太陽能電池則通常保護(hù)在剛性的玻璃封裝內(nèi)，一太陽能電池則通常保護(hù)在剛性的玻璃封裝內(nèi)，一般規(guī)定的硅太陽能電池板的使用壽命為般規(guī)定的硅太陽能電池板的使用壽命為20年，可年，可見組件封裝的可靠性有多高。見組件封裝的可靠性有多高。 典型的晶體硅典型的晶體硅電池板，為偏遠(yuǎn)地電池板，為偏遠(yuǎn)地區(qū)供電。區(qū)供電。 6.2.1 電池板的設(shè)計電池板的設(shè)計 電池板的結(jié)構(gòu)電池板的結(jié)構(gòu)2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)4 大多數(shù)晶體硅電池板都是由一塊透明表層、一塊密封板、大多數(shù)晶體硅電池板都是由一塊透明表層、一塊密封板、背板和圍繞外圍的框架。通常，透明表層是一層玻璃，密封層背板和圍繞外圍的框架。通常，透明表

5、層是一層玻璃，密封層材料是材料是EVA（乙基醋酸乙烯），而背板則是一種（乙基醋酸乙烯），而背板則是一種Tedlar材料。材料。如下圖所示。如下圖所示。低鐵玻璃低鐵玻璃 6.2.2 電池板的設(shè)計電池板的設(shè)計 封裝的材料封裝的材料2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)5 6.2.2 電池板的設(shè)計電池板的設(shè)計 封裝的材料封裝的材料前表面材料前表面材料 光伏組件的前端表面必須對那些能夠被電池吸收的光線保持高透明光伏組件的前端表面必須對那些能夠被電池吸收的光線保持高透明度。對于硅太陽能電池，其前端表面必須能透過波長范圍為度。對于硅太陽能電池，其前端表面必須能透過波長范圍為350nm到到1200nm的光。此外，前端

6、表面對光的反射率必須很低。盡管理論上這些的光。此外，前端表面對光的反射率必須很低。盡管理論上這些反射可以通過在表面鋪上減反射膜來降低，但是實(shí)際上，對于大多數(shù)光伏反射可以通過在表面鋪上減反射膜來降低，但是實(shí)際上，對于大多數(shù)光伏組件所處的環(huán)境來說，這些膜顯然還不夠耐用。取而代之的，是使表面粗組件所處的環(huán)境來說，這些膜顯然還不夠耐用。取而代之的，是使表面粗糙化或進(jìn)行制絨。然而，這樣會使得塵埃和污染物停留在表面的可能性增糙化或進(jìn)行制絨。然而，這樣會使得塵埃和污染物停留在表面的可能性增大，也沒那么容易被風(fēng)和雨水沖走。這些組件也因此失去了大，也沒那么容易被風(fēng)和雨水沖走。這些組件也因此失去了“自我清潔自我清

7、潔”的功能，減小反射的優(yōu)勢也迅速被表面不斷增加的污染物所引起的損失給的功能，減小反射的優(yōu)勢也迅速被表面不斷增加的污染物所引起的損失給抵消了。抵消了。 2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)6 6.2.2 電池板的設(shè)計電池板的設(shè)計 封裝的材料封裝的材料 除了減反射特性和透明特性，頂端表面材料還應(yīng)該不能透除了減反射特性和透明特性，頂端表面材料還應(yīng)該不能透水，應(yīng)該有好的耐沖擊性，應(yīng)該能在長時間的紫外線照射下保持水，應(yīng)該有好的耐沖擊性，應(yīng)該能在長時間的紫外線照射下保持穩(wěn)定，應(yīng)該有低的熱阻抗性。穩(wěn)定，應(yīng)該有低的熱阻抗性。 水或水蒸氣在滲入金屬電極和連接線后會大大降低光伏組件水或水蒸氣在滲入金屬電極和連接線后會大大

8、降低光伏組件的壽命。大多數(shù)的組件的前端表面是用來增加機(jī)械強(qiáng)度和剛度的。的壽命。大多數(shù)的組件的前端表面是用來增加機(jī)械強(qiáng)度和剛度的。對于材料的種類，可以有幾種選擇，包括丙烯酸、聚合物和玻璃。對于材料的種類，可以有幾種選擇，包括丙烯酸、聚合物和玻璃。 其中含鐵量低的玻璃是使用最廣泛的，因?yàn)樗杀镜?、其中含鐵量低的玻璃是使用最廣泛的，因?yàn)樗杀镜汀?強(qiáng)強(qiáng)度好、穩(wěn)定、高度透明、不透水不透氣同時還有自我清潔功能。度好、穩(wěn)定、高度透明、不透水不透氣同時還有自我清潔功能。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)7 密封層密封層 密封材料是用來粘附組件中的太陽能電池、前表面和背密封材料是用來粘附組件中的太陽能電池、前表面和

9、背面的。密封材料應(yīng)該在高溫和強(qiáng)紫外線照射下保持穩(wěn)定。當(dāng)面的。密封材料應(yīng)該在高溫和強(qiáng)紫外線照射下保持穩(wěn)定。當(dāng)然，材料還應(yīng)該有良好的光透性和低熱阻抗。然，材料還應(yīng)該有良好的光透性和低熱阻抗。EVA是最常使是最常使用的密封材料。用的密封材料。EVA板塊被鑲嵌在太陽能電池板塊被鑲嵌在太陽能電池-頂端表層頂端表層-背背層之間。之后把這種三明治結(jié)構(gòu)加熱到層之間。之后把這種三明治結(jié)構(gòu)加熱到150，EVA熔化后熔化后把組件的每一層都粘合在一起。把組件的每一層都粘合在一起。 6.2.2 電池板的設(shè)計電池板的設(shè)計 封裝的材料封裝的材料2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)8 6.2.2 電池板的設(shè)計電池板的設(shè)計 封裝的材料

10、封裝的材料背表面層背表面層 光伏組件的背表面層材料的最關(guān)鍵性質(zhì)是必須擁有低光伏組件的背表面層材料的最關(guān)鍵性質(zhì)是必須擁有低熱阻抗性，同時必須能夠阻止水和水蒸氣的滲入。對于大熱阻抗性，同時必須能夠阻止水和水蒸氣的滲入。對于大多數(shù)組件，薄的聚合物層特別是多數(shù)組件，薄的聚合物層特別是Tedlar，是背表面層的首，是背表面層的首選材料。選材料。 有些光伏組件被稱為雙面組件，被設(shè)計成電池的正面有些光伏組件被稱為雙面組件，被設(shè)計成電池的正面和背面都能夠接收光的照射。在雙面電池組件中的前表面和背面都能夠接收光的照射。在雙面電池組件中的前表面和背表面都應(yīng)該保持良好的光透性。和背表面都應(yīng)該保持良好的光透性。202

11、2-5-21應(yīng)用光伏學(xué)9 框架框架 電池組件的最后一個結(jié)構(gòu)組成部分是組件的邊界或框架。電池組件的最后一個結(jié)構(gòu)組成部分是組件的邊界或框架。傳統(tǒng)的光伏組件通常由鋁制成，框架結(jié)構(gòu)應(yīng)該是平滑無凸起傳統(tǒng)的光伏組件通常由鋁制成，框架結(jié)構(gòu)應(yīng)該是平滑無凸起狀的，否則會導(dǎo)致水、灰塵或其它異物停留在上面。狀的，否則會導(dǎo)致水、灰塵或其它異物停留在上面。幾種類型的硅光伏組件。幾種類型的硅光伏組件。 6.2.2 電池板的設(shè)計電池板的設(shè)計 封裝的材料封裝的材料2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)10 在光伏組件中，太陽能電池的在光伏組件中，太陽能電池的封裝密度封裝密度指的是被電池覆蓋指的是被電池覆蓋的區(qū)域面積與空白區(qū)域面積的比。

12、封裝密度影響著電池的輸出的區(qū)域面積與空白區(qū)域面積的比。封裝密度影響著電池的輸出功率以及電池溫度。而封裝密度的大小則取決于所使用電池的功率以及電池溫度。而封裝密度的大小則取決于所使用電池的形狀。比如，單晶硅電池一般為圓形或半方形，而多晶硅電池形狀。比如，單晶硅電池一般為圓形或半方形，而多晶硅電池則通常為正方形。因此，如果單晶硅電池不是切割成方形的話，則通常為正方形。因此，如果單晶硅電池不是切割成方形的話，單晶硅組件的封裝密度將比多晶硅的低。有關(guān)封裝密度的幾種單晶硅組件的封裝密度將比多晶硅的低。有關(guān)封裝密度的幾種選擇，包括圓的和方的，在下圖有介紹。選擇，包括圓的和方的，在下圖有介紹。圓形電池和方形

13、電池的封裝密度。圓形電池和方形電池的封裝密度。白色的背表面 6.2.3 電池板的設(shè)計電池板的設(shè)計封裝密度封裝密度2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)11 6.2.3 電池板的設(shè)計電池板的設(shè)計封裝密度封裝密度 當(dāng)組件中電池排列較稀疏時，露出的空白背面同樣能夠少當(dāng)組件中電池排列較稀疏時，露出的空白背面同樣能夠少量增加電池的輸出，因?yàn)榱吭黾与姵氐妮敵?，因?yàn)椤傲闵疃染酃饬闵疃染酃狻毙?yīng)的影響，如下圖效應(yīng)的影響，如下圖所示。一些射入到電池與電池之間的空白區(qū)域和射到電極上的所示。一些射入到電池與電池之間的空白區(qū)域和射到電極上的光，被散射后又傳到電池表面。光，被散射后又傳到電池表面。玻璃玻璃電極電極密封層（密封層（

14、EVA）2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)12 一塊硅光伏電池板通常是由多塊太陽能電池互相串聯(lián)而成一塊硅光伏電池板通常是由多塊太陽能電池互相串聯(lián)而成的，以提高輸出電壓和輸出電流。光伏組件的輸出電壓通常被的，以提高輸出電壓和輸出電流。光伏組件的輸出電壓通常被設(shè)計成與設(shè)計成與12伏蓄電池相匹配的形式。而在伏蓄電池相匹配的形式。而在25和和AM1.5條件條件下，單個硅太陽能電池的輸出電壓只有下，單個硅太陽能電池的輸出電壓只有0.6V?？紤]到由于溫。考慮到由于溫度造成的電池板電壓損失和蓄電池所需要的充電電壓可能達(dá)到度造成的電池板電壓損失和蓄電池所需要的充電電壓可能達(dá)到15V或者更多，大多數(shù)光伏組件由或者更多

15、，大多數(shù)光伏組件由36塊電池片組成。這樣，塊電池片組成。這樣，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，輸出的開路電壓將達(dá)到在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，輸出的開路電壓將達(dá)到21V，在工作溫度，在工作溫度下，最大功率點(diǎn)處的工作電壓大約為下，最大功率點(diǎn)處的工作電壓大約為17V或或18V。剩余的電壓。剩余的電壓包括由光伏系統(tǒng)中的其它因素造成的電壓損失，例如電池在遠(yuǎn)包括由光伏系統(tǒng)中的其它因素造成的電壓損失，例如電池在遠(yuǎn)離最大功率輸出點(diǎn)處工作和光強(qiáng)變?nèi)酢ｋx最大功率輸出點(diǎn)處工作和光強(qiáng)變?nèi)酢?6.3.1. 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 組件電路的設(shè)計組件電路的設(shè)計2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)13 6.3.1. 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 組件電路的設(shè)計組件電路的

16、設(shè)計典型的組件由典型的組件由36塊電池串聯(lián)而成塊電池串聯(lián)而成在典型的組件中，在典型的組件中，36塊電池串聯(lián)起來以使輸塊電池串聯(lián)起來以使輸出的電壓足以為出的電壓足以為12V的蓄電池充電。的蓄電池充電。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)14 6.3.1. 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 組件電路的設(shè)計組件電路的設(shè)計 雖然光伏組件的電壓大小決定于電池的數(shù)量，但是組件的輸出雖然光伏組件的電壓大小決定于電池的數(shù)量，但是組件的輸出電流卻決定于單個太陽能電池的尺寸大小和它們的轉(zhuǎn)換效率。在電流卻決定于單個太陽能電池的尺寸大小和它們的轉(zhuǎn)換效率。在AM1.5和最優(yōu)傾斜角度下，商用電池的電流密度大約在和最優(yōu)傾斜角度下，商用電池的電流密

17、度大約在30mA/cm2到到36mA/cm2之間。之間。 單晶硅電池的面積通常為單晶硅電池的面積通常為100cm2，則總的輸出電流大約為，則總的輸出電流大約為3.5A。多晶硅電池組件的電池片面積更大但電流密度較低，因此輸。多晶硅電池組件的電池片面積更大但電流密度較低，因此輸出自這些組件的短路電流通常為出自這些組件的短路電流通常為4A左右。左右。 但是，多晶硅電池的面積可以有多種變化，因此電流也可以有但是，多晶硅電池的面積可以有多種變化，因此電流也可以有多種選擇。多種選擇。組件的輸出電流和電壓并不受溫度的影響，但卻容易受組件的輸出電流和電壓并不受溫度的影響，但卻容易受組件的傾斜角度的影響組件的傾

18、斜角度的影響。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)15 如果組件中的如果組件中的所有所有太陽能電池都有太陽能電池都有相同相同的電特性，并處在的電特性，并處在相同的光照和溫度下，則所有的電池都將輸出相同的光照和溫度下，則所有的電池都將輸出相等相等的電流和電的電流和電壓。在這種情況下，光伏組件的壓。在這種情況下，光伏組件的IV曲線的形狀將和單個電池的曲線的形狀將和單個電池的形狀相同，只是電壓和電流都增大了。則此電路的方程為：形狀相同，只是電壓和電流都增大了。則此電路的方程為： TTLOq V /NIM I -M Iexp-1nkT 式中，式中，N表示串聯(lián)電池的個數(shù)，表示串聯(lián)電池的個數(shù)，M為并聯(lián)電池的個數(shù)，

19、為并聯(lián)電池的個數(shù)，IT為電路的總電流，為電路的總電流，VT電路的總電壓，電路的總電壓，Io是單個電池的飽和電流，是單個電池的飽和電流，IL是單個電池的短路電流，是單個電池的短路電流，n是單個電池的理想填充因子，是單個電池的理想填充因子， 而而q、k和和T則為常數(shù)。則為常數(shù)。 6.3.1. 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 組件電路的設(shè)計組件電路的設(shè)計2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)16 6.3.1. 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 組件電路的設(shè)計組件電路的設(shè)計N個電池串聯(lián)，個電池串聯(lián)，M個電池并聯(lián)的電路個電池并聯(lián)的電路IV曲線。曲線。由一系列相同的電池連接而成的總電路的由一系列相同的電池連接而成的總電路的IV曲線如下圖所示。曲

20、線如下圖所示。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)17 錯配損耗是由互相連接的電池或組件沒有相同的性能或者工作錯配損耗是由互相連接的電池或組件沒有相同的性能或者工作在不同的條件下造成的。在工作條件相同的情況下，錯配損耗是一在不同的條件下造成的。在工作條件相同的情況下，錯配損耗是一個相當(dāng)嚴(yán)重的問題，因?yàn)閭€相當(dāng)嚴(yán)重的問題，因?yàn)檎麄€光伏組件的輸出是決定于那個表現(xiàn)最整個光伏組件的輸出是決定于那個表現(xiàn)最差的電池的輸出的。差的電池的輸出的。例如，在一塊電池片被陰影遮住而其它電池則例如，在一塊電池片被陰影遮住而其它電池則沒有的情況下，由那些沒有的情況下，由那些“好好”電池所產(chǎn)生的電能將被表現(xiàn)差的電池電池所產(chǎn)生的電能

21、將被表現(xiàn)差的電池所抵消，而不是用于驅(qū)動電路。這反過來還可能會導(dǎo)致局部電能的所抵消，而不是用于驅(qū)動電路。這反過來還可能會導(dǎo)致局部電能的嚴(yán)重?fù)p失而發(fā)熱，也可能引起對組件無法挽回的損失。嚴(yán)重?fù)p失而發(fā)熱，也可能引起對組件無法挽回的損失。 組件局部被陰影組件局部被陰影遮住是引起光伏組件遮住是引起光伏組件錯配的主要原因。錯配的主要原因。 6.3.2 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 錯配效應(yīng)錯配效應(yīng)2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)18 6.3.2 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 錯配效應(yīng)錯配效應(yīng) 當(dāng)組件中的一個太陽能電池的參數(shù)與其它的明顯不同時，當(dāng)組件中的一個太陽能電池的參數(shù)與其它的明顯不同時，錯配現(xiàn)象就會發(fā)生。由錯配造成的影響和電能損失

22、大小決定于：錯配現(xiàn)象就會發(fā)生。由錯配造成的影響和電能損失大小決定于：l 光伏組件的工作地點(diǎn)光伏組件的工作地點(diǎn)l 電路的結(jié)構(gòu)布局電路的結(jié)構(gòu)布局l 受影響電池的參數(shù)受影響電池的參數(shù) 一個電池與其余電池在一個電池與其余電池在IV曲線上的任何一處的差異都將引曲線上的任何一處的差異都將引起錯配損耗。下圖將展示電池的非理想起錯配損耗。下圖將展示電池的非理想IV曲線和工作環(huán)境。盡曲線和工作環(huán)境。盡管錯配現(xiàn)象可能由電池參數(shù)的任何一部分所引起，但是管錯配現(xiàn)象可能由電池參數(shù)的任何一部分所引起，但是嚴(yán)重的嚴(yán)重的錯配通常都是由短路電流或開路電壓的差異所引起的錯配通常都是由短路電流或開路電壓的差異所引起的。錯配的。錯配

23、的影響大小同時取決于電路的結(jié)構(gòu)和錯配的類型。影響大小同時取決于電路的結(jié)構(gòu)和錯配的類型。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)19理想太陽能電池和非理想太陽能電池的比較。理想太陽能電池和非理想太陽能電池的比較。最大的錯配差異是當(dāng)電壓被反向偏壓的時候造成的。最大的錯配差異是當(dāng)電壓被反向偏壓的時候造成的。. 反向電壓很高時，反向電壓很高時，pn結(jié)可能被擊穿結(jié)可能被擊穿并聯(lián)電阻引并聯(lián)電阻引起的下降起的下降電池消耗能量電池消耗能量非理想太陽能電池非理想太陽能電池電池產(chǎn)生能量電池產(chǎn)生能量電池消耗能量電池消耗能量串聯(lián)電阻引起串聯(lián)電阻引起的額外下降的額外下降理想太陽能電池理想太陽能電池 6.3.2 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 錯

24、配效應(yīng)錯配效應(yīng)2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)20 因?yàn)榇蠖鄶?shù)光伏組件都是串聯(lián)形式的，所以因?yàn)榇蠖鄶?shù)光伏組件都是串聯(lián)形式的，所以串聯(lián)錯配是人串聯(lián)錯配是人們最常遇到的錯配類型們最常遇到的錯配類型。在兩種最簡單的錯配類型中（短路電。在兩種最簡單的錯配類型中（短路電流的錯配和開路電壓錯配），短路電流的錯配比較常見，它很流的錯配和開路電壓錯配），短路電流的錯配比較常見，它很容易被組件的陰影部分所引起。同時，這種錯配類型也是最嚴(yán)容易被組件的陰影部分所引起。同時，這種錯配類型也是最嚴(yán)重的。重的。 對于兩個互相串聯(lián)的電池來說，流過兩者的電流大小是一樣的。產(chǎn)對于兩個互相串聯(lián)的電池來說，流過兩者的電流大小是一樣的。

25、產(chǎn)生的總電壓等于每個電池的電壓的總和。因?yàn)殡娏鞔笮⌒枰恢拢陨目傠妷旱扔诿總€電池的電壓的總和。因?yàn)殡娏鞔笮⌒枰恢?，所以在電流中出現(xiàn)錯配就意味著總的電流大小必須等于那個最小的值。在電流中出現(xiàn)錯配就意味著總的電流大小必須等于那個最小的值。 6.3.3 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng)串聯(lián)電池的錯配串聯(lián)電池的錯配2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)21 6.3.3 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng)串聯(lián)電池的錯配串聯(lián)電池的錯配串聯(lián)電池的開路電壓錯配串聯(lián)電池的開路電壓錯配 串聯(lián)電池的開路電壓錯配是一種比較不嚴(yán)重的錯配類型。串聯(lián)電池的開路電壓錯配是一種比較不嚴(yán)重的錯配類型。正如下面動畫所展示的那樣，在短路電流處，光伏組件輸出的正如下面動

26、畫所展示的那樣，在短路電流處，光伏組件輸出的總電流是不受影響的。而在最大功率點(diǎn)處，總的功率卻減小了，總電流是不受影響的。而在最大功率點(diǎn)處，總的功率卻減小了，因?yàn)橐驗(yàn)椤皢栴}問題”電池產(chǎn)生的能量較少。因?yàn)閮蓚€電池是串聯(lián)起來電池產(chǎn)生的能量較少。因?yàn)閮蓚€電池是串聯(lián)起來的，所以流經(jīng)兩個電池的電流是一樣的，而總的電壓則等于每的，所以流經(jīng)兩個電池的電流是一樣的，而總的電壓則等于每個電池的電壓之和。個電池的電壓之和。在動畫中，電在動畫中，電池輸出的電池輸出的電壓比電池低。壓比電池低。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)22串聯(lián)電池的短路電流錯配串聯(lián)電池的短路電流錯配 串聯(lián)電池的短路電流錯配取決于組件所處的工作點(diǎn)，以串

27、聯(lián)電池的短路電流錯配取決于組件所處的工作點(diǎn)，以及電池錯配的程度。短路電流錯配對光伏組件有重大影響。及電池錯配的程度。短路電流錯配對光伏組件有重大影響。如下面動畫所示，在開路電壓處，短路電流的下降對電池影如下面動畫所示，在開路電壓處，短路電流的下降對電池影響相對較小。即開路電壓只產(chǎn)生了微小的變化，因?yàn)殚_路電響相對較小。即開路電壓只產(chǎn)生了微小的變化，因?yàn)殚_路電壓與短路電流成對數(shù)關(guān)系。然而，由于穿過電池的電流是一壓與短路電流成對數(shù)關(guān)系。然而，由于穿過電池的電流是一樣的，所以兩者結(jié)合的總電流不能超過有問題電池的電流，樣的，所以兩者結(jié)合的總電流不能超過有問題電池的電流，這種情況在低電壓處比較容易發(fā)生，好

28、電池產(chǎn)生的額外電流這種情況在低電壓處比較容易發(fā)生，好電池產(chǎn)生的額外電流并不是被每一個電池所抵消，而是被問題電池所抵消了（通并不是被每一個電池所抵消，而是被問題電池所抵消了（通常在短路電流處也會發(fā)生）。常在短路電流處也會發(fā)生）。 6.3.3 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng)串聯(lián)電池的錯配串聯(lián)電池的錯配2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)232022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)24 總的來說，在有電流錯配的串聯(lián)電路中，嚴(yán)重的功率損失總的來說，在有電流錯配的串聯(lián)電路中，嚴(yán)重的功率損失一般發(fā)生在問題電池產(chǎn)生的電流小于好電池在最大功率點(diǎn)時的一般發(fā)生在問題電池產(chǎn)生的電流小于好電池在最大功率點(diǎn)時的電流的時候，或者當(dāng)電池工作在短路電流或低電

29、壓處時，問題電流的時候，或者當(dāng)電池工作在短路電流或低電壓處時，問題電池的高功率耗散會對組件造成無法挽回的傷害。這些影響在電池的高功率耗散會對組件造成無法挽回的傷害。這些影響在下面的兩個動畫都有描述。下面的兩個動畫都有描述。兩個串聯(lián)電池的電流錯配有時兩個串聯(lián)電池的電流錯配有時會相當(dāng)嚴(yán)重且非常普遍。串聯(lián)會相當(dāng)嚴(yán)重且非常普遍。串聯(lián)的電流受到問題電池的電流限的電流受到問題電池的電流限制。動畫中，電池的輸出電制。動畫中，電池的輸出電壓比電池的高。壓比電池的高。 6.3.3 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng)串聯(lián)電池的錯配串聯(lián)電池的錯配2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)25 兩線交點(diǎn)的電流表示串聯(lián)電路的短路電流，這是兩線交點(diǎn)的電

30、流表示串聯(lián)電路的短路電流，這是計算串聯(lián)電池的錯配短路電流的一個簡單方法。計算串聯(lián)電池的錯配短路電流的一個簡單方法。串聯(lián)電路的短路電流串聯(lián)電路的短路電流 6.3.3 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng)串聯(lián)電池的錯配串聯(lián)電池的錯配對于對于I軸反轉(zhuǎn)的電池軸反轉(zhuǎn)的電池IV曲線曲線2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)26 “熱點(diǎn)加熱熱點(diǎn)加熱”現(xiàn)象發(fā)生在幾個串聯(lián)電池中，其中一個電池現(xiàn)象發(fā)生在幾個串聯(lián)電池中，其中一個電池出現(xiàn)了問題時，如下圖所示。出現(xiàn)了問題時，如下圖所示。如果組件的首尾都連接起來了，來自那些未被陰影遮擋如果組件的首尾都連接起來了，來自那些未被陰影遮擋的電池的電能將被問題電池所抵消。的電池的電能將被問題電池所抵消。個電

31、池未被遮擋個電池未被遮擋10個串聯(lián)電池個串聯(lián)電池一個電池被遮擋一個電池被遮擋 電路中，一個被陰影遮住的電池減少了電路電流，使得電路中，一個被陰影遮住的電池減少了電路電流，使得好電池提高電壓，并常常導(dǎo)致好電池提高電壓，并常常導(dǎo)致“問題問題”電池的電壓反置。電池的電壓反置。 6.3.4 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 熱點(diǎn)加熱熱點(diǎn)加熱2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)27 6.3.4 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 熱點(diǎn)加熱熱點(diǎn)加熱 如果串聯(lián)電路的工作電流大小接近于如果串聯(lián)電路的工作電流大小接近于“問題問題”電池的短路電池的短路電流，電路總電流將受到問題電池的限制。則好電池產(chǎn)生的額電流，電路總電流將受到問題電池的限制。則好電池產(chǎn)生

32、的額外電流（比問題電池高出的那部分電流）將變成好電池的前置外電流（比問題電池高出的那部分電流）將變成好電池的前置偏壓。如果串聯(lián)電池被短路，則所有好電池的前置偏壓都將變偏壓。如果串聯(lián)電池被短路，則所有好電池的前置偏壓都將變成問題電池的反向電壓。當(dāng)數(shù)量很多的串聯(lián)電池一起把前置偏成問題電池的反向電壓。當(dāng)數(shù)量很多的串聯(lián)電池一起把前置偏壓變成問題電池的反向電壓時，在問題電池處將會有大的能量壓變成問題電池的反向電壓時，在問題電池處將會有大的能量耗散，這就是耗散，這就是熱點(diǎn)加熱現(xiàn)象熱點(diǎn)加熱現(xiàn)象?；旧纤泻秒姵氐目偟陌l(fā)電能?；旧纤泻秒姵氐目偟陌l(fā)電能力都被問題電池給抵消了。巨大的能量消耗在一片小小的區(qū)域，

33、力都被問題電池給抵消了。巨大的能量消耗在一片小小的區(qū)域，局部過熱就會發(fā)生，或者叫局部過熱就會發(fā)生，或者叫“熱點(diǎn)熱點(diǎn)”，它反過來也會導(dǎo)致破壞，它反過來也會導(dǎo)致破壞性影響，例如電池或玻璃破碎、焊線熔化或電池的退化。性影響，例如電池或玻璃破碎、焊線熔化或電池的退化。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)28 問題電池的熱耗散導(dǎo)致組件的破碎。問題電池的熱耗散導(dǎo)致組件的破碎。 6.3.4 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 熱點(diǎn)加熱熱點(diǎn)加熱2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)29 通過使用旁路二極管可以避免熱點(diǎn)加熱效應(yīng)對組件造成的通過使用旁路二極管可以避免熱點(diǎn)加熱效應(yīng)對組件造成的破壞。二極管與電池并聯(lián)且方向相反，如下面動畫所示。破壞。二極

34、管與電池并聯(lián)且方向相反，如下面動畫所示。在正在正常工作狀態(tài)，每個太陽能電池的電壓都是正向偏置的，所以旁常工作狀態(tài)，每個太陽能電池的電壓都是正向偏置的，所以旁路二極管的電壓為反向偏置，相當(dāng)于開路路二極管的電壓為反向偏置，相當(dāng)于開路。然而，如果串聯(lián)電。然而，如果串聯(lián)電池中有一個電池因此發(fā)生錯配而導(dǎo)致電壓被反向偏置，則旁路池中有一個電池因此發(fā)生錯配而導(dǎo)致電壓被反向偏置，則旁路二極管就會立即導(dǎo)通，因此使得來自好電池的電流能流向外部二極管就會立即導(dǎo)通，因此使得來自好電池的電流能流向外部電路而不是變成每個電池前置偏壓。穿過問題電池的最大反向電路而不是變成每個電池前置偏壓。穿過問題電池的最大反向電壓將等于單

35、個旁路二極管的壓降，由此限制了電流大小并阻電壓將等于單個旁路二極管的壓降，由此限制了電流大小并阻止了熱點(diǎn)加熱。止了熱點(diǎn)加熱。 6.3.5 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 旁路二極管旁路二極管2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)30 6.3.5 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 旁路二極管旁路二極管 旁路二極管的工作狀態(tài)和它對旁路二極管的工作狀態(tài)和它對IV曲線的影響都在下面的動曲線的影響都在下面的動畫中展示。畫中展示。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)31 要測算出旁路二極管對要測算出旁路二極管對IV曲線的影響，首先找出單個太陽曲線的影響，首先找出單個太陽能電池（帶有旁路二極管）的能電池（帶有旁路二極管）的IV曲線，然后與其它電池的曲線，

36、然后與其它電池的IV曲曲線相結(jié)合。旁路二極管只在電池出現(xiàn)電壓反向時才對電池產(chǎn)生線相結(jié)合。旁路二極管只在電池出現(xiàn)電壓反向時才對電池產(chǎn)生影響。如果反向電壓高于電池的膝點(diǎn)電壓（影響。如果反向電壓高于電池的膝點(diǎn)電壓（knee voltage），），則二極管將導(dǎo)通并讓電流流過。下圖是結(jié)合之后的則二極管將導(dǎo)通并讓電流流過。下圖是結(jié)合之后的IV曲線。曲線。連接旁路二連接旁路二極管的電池極管的電池沒接旁路二沒接旁路二極管的電池極管的電池 接有二極管的電池的接有二極管的電池的IV曲線。二極曲線。二極管能阻止熱點(diǎn)加熱。為了便于觀測，圖中管能阻止熱點(diǎn)加熱。為了便于觀測，圖中使用了使用了10個電池，其中個電池，其中9

37、個好電池，一個個好電池，一個問題電池。典型的光伏組件由問題電池。典型的光伏組件由36個電池個電池組成，如果沒有旁路二極管，錯配效應(yīng)的組成，如果沒有旁路二極管，錯配效應(yīng)的破壞將更嚴(yán)重，但連接二極管后的影響卻破壞將更嚴(yán)重，但連接二極管后的影響卻比比10個電池的更小。個電池的更小。 6.3.5 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 旁路二極管旁路二極管2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)32 6.3.5 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 旁路二極管旁路二極管 然而，實(shí)際上若每個電池都連接一個二極管，成本會很高，然而，實(shí)際上若每個電池都連接一個二極管，成本會很高，所以一般改為一個二極管連接幾個電池。穿過所以一般改為一個二極管連接幾個電池。穿過“

38、問題問題”電池的電池的電壓大小等于其它串聯(lián)電池（即與問題電池共享一個二極管的電壓大小等于其它串聯(lián)電池（即與問題電池共享一個二極管的電池）的前置偏壓加上二極管的電壓，如下圖所示。那些好電電池）的前置偏壓加上二極管的電壓，如下圖所示。那些好電池的電壓大小決定于問題電池的問題嚴(yán)重程度。例如，如果一池的電壓大小決定于問題電池的問題嚴(yán)重程度。例如，如果一個電池完全被陰影遮住了，那些沒有陰影的電池會因短路電流個電池完全被陰影遮住了，那些沒有陰影的電池會因短路電流而導(dǎo)致正向電壓偏置，而電壓值大約為而導(dǎo)致正向電壓偏置，而電壓值大約為0.6V。如果問題電池只。如果問題電池只是部分被陰影遮住，則好電池中的一部分電

39、流將穿過電路，而是部分被陰影遮住，則好電池中的一部分電流將穿過電路，而剩下的則被用來對每個電池產(chǎn)生前置偏壓。問題電池導(dǎo)致的最剩下的則被用來對每個電池產(chǎn)生前置偏壓。問題電池導(dǎo)致的最大功率耗散幾乎等于那一組電池所產(chǎn)生的所有能量。在沒有引大功率耗散幾乎等于那一組電池所產(chǎn)生的所有能量。在沒有引起破壞的情況下，起破壞的情況下，一個二極管能連接電池的數(shù)量最多為一個二極管能連接電池的數(shù)量最多為15個個（對于硅電池）。因此，對于通常的（對于硅電池）。因此，對于通常的36個電池的光伏組件，需個電池的光伏組件，需要要2個二極管來保證組件不會輕易被個二極管來保證組件不會輕易被“熱點(diǎn)熱點(diǎn)”破壞。破壞。2022-5-2

40、1應(yīng)用光伏學(xué)33 連接電池組的旁路二極管。穿過好電池的電壓大小決定于連接電池組的旁路二極管。穿過好電池的電壓大小決定于問題電池的問題嚴(yán)重程度。圖中問題電池的問題嚴(yán)重程度。圖中0.5V只是任意取的數(shù)值。只是任意取的數(shù)值。 6.3.5 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng) 旁路二極管旁路二極管2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)34 在小的電池組件中，電池都是以串聯(lián)形式相接，所以不用在小的電池組件中，電池都是以串聯(lián)形式相接，所以不用考慮并聯(lián)錯配問題。通常在大的光伏陣列中組件才以并聯(lián)形式考慮并聯(lián)錯配問題。通常在大的光伏陣列中組件才以并聯(lián)形式連接，所以錯配通常發(fā)生在組件與組件之間，而不是電池與電連接，所以錯配通常發(fā)生在組件與組件

41、之間，而不是電池與電池之間。池之間。電池之間并聯(lián)。穿過每電池之間并聯(lián)。穿過每個電池的電壓總是相等個電池的電壓總是相等的，電路的總電流等于的，電路的總電流等于每個電池之和。每個電池之和。在動畫中，電池在動畫中，電池2的輸出的輸出電流小于電池電流小于電池1。錯配對。錯配對電流影響不大，總的電流電流影響不大，總的電流總是比單個電池電流高?？偸潜葐蝹€電池電流高。兩個并聯(lián)電池的電壓錯兩個并聯(lián)電池的電壓錯配。電池配。電池2的電壓的增的電壓的增加事實(shí)上降低了好電池加事實(shí)上降低了好電池的開路電壓。的開路電壓。 6.3.6 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng)并聯(lián)電池的錯配并聯(lián)電池的錯配2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)35 有個簡單的

42、方法可以計算錯配并聯(lián)電池的開路電壓。即有個簡單的方法可以計算錯配并聯(lián)電池的開路電壓。即在坐標(biāo)圖中以電壓軸反轉(zhuǎn)畫出一個電池的在坐標(biāo)圖中以電壓軸反轉(zhuǎn)畫出一個電池的IV曲線，則兩線的曲線，則兩線的交點(diǎn)就是并聯(lián)電路的開路電壓。交點(diǎn)就是并聯(lián)電路的開路電壓。 6.3.6 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng)并聯(lián)電池的錯配并聯(lián)電池的錯配對于對于V軸反轉(zhuǎn)的電池軸反轉(zhuǎn)的電池IV曲線曲線2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)36 在大型光伏陣列中，單個光伏組件既以串聯(lián)形式在大型光伏陣列中，單個光伏組件既以串聯(lián)形式又以并聯(lián)形式與其它組件連接。一系列串聯(lián)的電池或又以并聯(lián)形式與其它組件連接。一系列串聯(lián)的電池或組件叫組件叫“一串一串”。串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)

43、合可能會導(dǎo)致光伏。串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合可能會導(dǎo)致光伏陣列中出現(xiàn)幾個問題。一個潛在的問題來自于陣列中出現(xiàn)幾個問題。一個潛在的問題來自于“一串一串”電池中的一個發(fā)生了開路。則來自這串電池的電流要電池中的一個發(fā)生了開路。則來自這串電池的電流要小于組件中其余的電池串。這種情況與串聯(lián)電路中有小于組件中其余的電池串。這種情況與串聯(lián)電路中有一個電池被陰影遮擋的情況相似，即輸出自整個電池一個電池被陰影遮擋的情況相似，即輸出自整個電池組的能量將會下降。如下圖所示。組的能量將會下降。如下圖所示。 6.3.7 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng)光伏陣列中的錯配效應(yīng)光伏陣列中的錯配效應(yīng)2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)37 6.3.7 互聯(lián)效應(yīng)

44、互聯(lián)效應(yīng)光伏陣列中的錯配效應(yīng)光伏陣列中的錯配效應(yīng) 大型光伏陣列中的潛在錯配效應(yīng)。盡管所有的組件都是大型光伏陣列中的潛在錯配效應(yīng)。盡管所有的組件都是一樣的，且陣列中沒有電池被陰影遮住，但仍然可能出現(xiàn)熱一樣的，且陣列中沒有電池被陰影遮住，但仍然可能出現(xiàn)熱點(diǎn)加熱現(xiàn)象。點(diǎn)加熱現(xiàn)象。開路開路來自并聯(lián)電路的電來自并聯(lián)電路的電流減小了流減小了1/4左邊的陣列在電路結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于右左邊的陣列在電路結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于右邊的電路，即右邊的每個電池的電邊的電路，即右邊的每個電池的電壓等于左邊每個電池的壓等于左邊每個電池的2倍，電流倍，電流為為4倍。倍。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)38 如果旁路二極管的額定電流與整個并聯(lián)電路

45、的輸出電流如果旁路二極管的額定電流與整個并聯(lián)電路的輸出電流大小不匹配的話，則并聯(lián)電路的錯配效應(yīng)同樣會導(dǎo)致嚴(yán)重的大小不匹配的話，則并聯(lián)電路的錯配效應(yīng)同樣會導(dǎo)致嚴(yán)重的問題。比如，問題。比如，由串聯(lián)組件組成的并聯(lián)電路中，每個串聯(lián)組件由串聯(lián)組件組成的并聯(lián)電路中，每個串聯(lián)組件的旁路二極管也以并聯(lián)形式連接的旁路二極管也以并聯(lián)形式連接，如下圖所示。串聯(lián)組件中，如下圖所示。串聯(lián)組件中的一個錯配將會導(dǎo)致電流從二極管流過，從而加熱二極管。的一個錯配將會導(dǎo)致電流從二極管流過，從而加熱二極管。然而，加熱二極管會減少飽和電流和有效電阻，以至于組件然而，加熱二極管會減少飽和電流和有效電阻，以至于組件中的另一串電池也受影響

46、。電流可能將流過組件中的每一個中的另一串電池也受影響。電流可能將流過組件中的每一個二極管，但也一定會流過與二極管相連的那一串電池。則這二極管，但也一定會流過與二極管相連的那一串電池。則這些旁路二極管變得更熱，將大大降低它們的電阻并提高電流。些旁路二極管變得更熱，將大大降低它們的電阻并提高電流。如果二極管的額定電流小于電池組件的并聯(lián)電流，二極管將如果二極管的額定電流小于電池組件的并聯(lián)電流，二極管將會被燒壞，光伏組件也將會損壞。會被燒壞，光伏組件也將會損壞。 6.3.7 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng)光伏陣列中的錯配效應(yīng)光伏陣列中的錯配效應(yīng)2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)39旁路二極管的一側(cè)的電旁路二極管的一側(cè)的電

47、阻可能更低阻可能更低低電阻導(dǎo)致低電阻導(dǎo)致大電流大電流被遮擋的組件被遮擋的組件并聯(lián)組件中的旁路二極管。并聯(lián)組件中的旁路二極管。 6.3.7 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng)光伏陣列中的錯配效應(yīng)光伏陣列中的錯配效應(yīng)2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)40 除了使用除了使用旁路二極管旁路二極管來阻止錯配損失外，通常來阻止錯配損失外，通常還會使用還會使用阻塞二極管阻塞二極管來減小錯配損失。阻塞二極管，來減小錯配損失。阻塞二極管，如下圖所示，通常被用來阻止晚上蓄電池的電流流如下圖所示，通常被用來阻止晚上蓄電池的電流流到光伏陣列上。在互相并聯(lián)的組件中，每個組件都到光伏陣列上。在互相并聯(lián)的組件中，每個組件都串聯(lián)一個阻塞二極管。這不

48、僅能降低驅(qū)動阻塞二極串聯(lián)一個阻塞二極管。這不僅能降低驅(qū)動阻塞二極管的電流，還能阻止電流從一個好的電池板流到有管的電流，還能阻止電流從一個好的電池板流到有問題的電池板，也因此減小了并聯(lián)組件的錯配損失。問題的電池板，也因此減小了并聯(lián)組件的錯配損失。 6.3.7 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng)光伏陣列中的錯配效應(yīng)光伏陣列中的錯配效應(yīng)2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)41 6.3.7 互聯(lián)效應(yīng)互聯(lián)效應(yīng)光伏陣列中的錯配效應(yīng)光伏陣列中的錯配效應(yīng)阻塞二極管在并聯(lián)組件中的作用阻塞二極管在并聯(lián)組件中的作用問題電池組的阻塞二極管問題電池組的阻塞二極管阻止了電流從旁邊的電池阻止了電流從旁邊的電池組流向問題電池組。組流向問題電池組。阻塞

49、二極管阻塞二極管旁路二極管旁路二極管2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)42 太陽能電池封裝進(jìn)光伏組件里所產(chǎn)生的一個多余的邊際效太陽能電池封裝進(jìn)光伏組件里所產(chǎn)生的一個多余的邊際效應(yīng)是，封裝改變了組件內(nèi)熱量的進(jìn)出狀況，因此增加了組件的應(yīng)是，封裝改變了組件內(nèi)熱量的進(jìn)出狀況，因此增加了組件的溫度。溫度的增加對電池的主要影響是減小電池的輸出電壓，溫度。溫度的增加對電池的主要影響是減小電池的輸出電壓，從而降低輸出功率。此外，溫度的增加也會導(dǎo)致光伏組件中出從而降低輸出功率。此外，溫度的增加也會導(dǎo)致光伏組件中出現(xiàn)幾個電池惡化，因?yàn)樯仙臏囟纫矔黾优c熱擴(kuò)散有關(guān)的壓現(xiàn)幾個電池惡化，因?yàn)樯仙臏囟纫矔黾优c熱擴(kuò)散有關(guān)的

50、壓力，或者增加惡化率，即每上升力，或者增加惡化率，即每上升10惡化量就增加惡化量就增加2個。個。六電池組件的熱成像圖片。六電池組件的熱成像圖片。 6.4.1 溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)光伏組件的溫度光伏組件的溫度2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)43 6.4.1 溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)光伏組件的溫度光伏組件的溫度 組件的工作溫度決定于組件產(chǎn)生的熱量、向外傳組件的工作溫度決定于組件產(chǎn)生的熱量、向外傳輸?shù)臒崃亢椭車h(huán)境的溫度之間的平衡。而組件產(chǎn)生輸?shù)臒崃亢椭車h(huán)境的溫度之間的平衡。而組件產(chǎn)生的熱量決定于組件所在的工作點(diǎn)、組件的光學(xué)特性和的熱量決定于組件所在的工作點(diǎn)、組件的光學(xué)特性和電池的封裝密度。組件向外散發(fā)熱量可以分

51、為三個過電池的封裝密度。組件向外散發(fā)熱量可以分為三個過程：傳導(dǎo)、對流和輻射。這些散發(fā)過程決定于組件材程：傳導(dǎo)、對流和輻射。這些散發(fā)過程決定于組件材料的熱阻抗、組件的發(fā)光特性和組件所處的環(huán)境條件料的熱阻抗、組件的發(fā)光特性和組件所處的環(huán)境條件（特別是風(fēng)速）。（特別是風(fēng)速）。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)44 曬在陽光之下的光伏電池既產(chǎn)生熱又產(chǎn)生電。對于工曬在陽光之下的光伏電池既產(chǎn)生熱又產(chǎn)生電。對于工作在最大功率點(diǎn)處的商業(yè)光伏組件來說，只有作在最大功率點(diǎn)處的商業(yè)光伏組件來說，只有10%到到15%的太陽光被轉(zhuǎn)換成電，而剩下的大部分都變成了熱。影響組的太陽光被轉(zhuǎn)換成電，而剩下的大部分都變成了熱。影響組件的

52、熱生成的幾個因素包括：件的熱生成的幾個因素包括： 組件表面的反射；組件表面的反射； 組件所處的工作點(diǎn)；組件所處的工作點(diǎn)； 組件中沒有被電池片占據(jù)的空白部分對陽光的吸收；組件中沒有被電池片占據(jù)的空白部分對陽光的吸收； 組件或電池對低能光（紅外光）的吸收；組件或電池對低能光（紅外光）的吸收； 太陽能電池的封裝密度。太陽能電池的封裝密度。 6.4.2 溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)光伏組件的熱生成光伏組件的熱生成2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)45 6.4.2 溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)光伏組件的熱生成光伏組件的熱生成表面反射表面反射 被組件表面反射出去的光對電能的產(chǎn)生沒有貢獻(xiàn)。這些被組件表面反射出去的光對電能的產(chǎn)生沒有貢獻(xiàn)。

53、這些光也被看作是能量損失的因素，因此要盡量減少。當(dāng)然，反光也被看作是能量損失的因素，因此要盡量減少。當(dāng)然，反射光也不會使組件加熱。對于典型玻璃表面封裝光伏組件來射光也不會使組件加熱。對于典型玻璃表面封裝光伏組件來說，反射光中包含了大約說，反射光中包含了大約4%的入射能量。的入射能量。組件的工作點(diǎn)和效率組件的工作點(diǎn)和效率 電池的工作點(diǎn)和效率決定了電池吸收的光子中能轉(zhuǎn)換成電池的工作點(diǎn)和效率決定了電池吸收的光子中能轉(zhuǎn)換成電能的數(shù)量。如果電池工作在短路電流或開路電壓處，則產(chǎn)電能的數(shù)量。如果電池工作在短路電流或開路電壓處，則產(chǎn)生的電能為零。生的電能為零。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)46 6.4.2 溫度

54、效應(yīng)溫度效應(yīng)光伏組件的熱生成光伏組件的熱生成光伏組件對光的吸收光伏組件對光的吸收 光伏組件中沒有被電池片占據(jù)的部分同樣也會加熱組件。光伏組件中沒有被電池片占據(jù)的部分同樣也會加熱組件。吸收和反射的光的比例決定于組件背面的材料和顏色。吸收和反射的光的比例決定于組件背面的材料和顏色。入射到太陽能板的入射到太陽能板的太陽光產(chǎn)生電的同太陽光產(chǎn)生電的同時也產(chǎn)生熱。時也產(chǎn)生熱。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)47紅外光的吸收紅外光的吸收 能量低于電池材料禁帶寬度的光將不能產(chǎn)生電能，相能量低于電池材料禁帶寬度的光將不能產(chǎn)生電能，相反會變成熱量使電池溫度上升。而電池背面的鋁線也趨向反會變成熱量使電池溫度上升。而電池

55、背面的鋁線也趨向于吸收紅外光。如果電池的背面沒有被鋁完全覆蓋，則部于吸收紅外光。如果電池的背面沒有被鋁完全覆蓋，則部分紅外光將穿過電池并射出組件。分紅外光將穿過電池并射出組件。太陽能電池的封裝因素太陽能電池的封裝因素 太陽能電池經(jīng)過特殊設(shè)計使得它能更有效率地吸收太太陽能電池經(jīng)過特殊設(shè)計使得它能更有效率地吸收太陽光輻射。電池本身通常能比組件封裝材料和電池背表面陽光輻射。電池本身通常能比組件封裝材料和電池背表面層產(chǎn)生更多的熱量。因此，電池封裝材料的增加也將增加層產(chǎn)生更多的熱量。因此，電池封裝材料的增加也將增加電池單位面積產(chǎn)生的熱量。電池單位面積產(chǎn)生的熱量。 6.4.2 溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)光伏組件的熱

56、生成光伏組件的熱生成2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)48 光伏組件的工作溫度是組件所產(chǎn)生的熱量與向外界傳光伏組件的工作溫度是組件所產(chǎn)生的熱量與向外界傳輸?shù)臒崃恐g的動態(tài)平衡。向外界傳輸熱量的過程有三個：輸?shù)臒崃恐g的動態(tài)平衡。向外界傳輸熱量的過程有三個：傳導(dǎo)、對流傳導(dǎo)、對流和和輻射輻射。組件表面的空氣流動引起熱對組件表面的空氣流動引起熱對流流組件向外輻射電磁波組件向外輻射電磁波熱傳導(dǎo)發(fā)生在熱量從一塊材熱傳導(dǎo)發(fā)生在熱量從一塊材料傳到另一塊材料料傳到另一塊材料太陽光加熱組件太陽光加熱組件 6.4.3 溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)光伏組件的熱損失光伏組件的熱損失2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)49 6.4.3 溫度效應(yīng)

57、溫度效應(yīng)光伏組件的熱損失光伏組件的熱損失熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 熱傳導(dǎo)導(dǎo)致熱損失是由于光伏組件與其它相互接觸的材熱傳導(dǎo)導(dǎo)致熱損失是由于光伏組件與其它相互接觸的材料（包括周圍空氣）存在熱梯度。光伏組件向外傳導(dǎo)熱的能料（包括周圍空氣）存在熱梯度。光伏組件向外傳導(dǎo)熱的能力可以通過電池封裝材料的熱阻抗和材料結(jié)構(gòu)來描述。熱量力可以通過電池封裝材料的熱阻抗和材料結(jié)構(gòu)來描述。熱量的傳導(dǎo)形式與電路中電流的傳導(dǎo)形式很相似。對于熱傳導(dǎo)，的傳導(dǎo)形式與電路中電流的傳導(dǎo)形式很相似。對于熱傳導(dǎo)，材料之間的溫度差異驅(qū)使熱量從高溫流向低溫區(qū)域，類似的，材料之間的溫度差異驅(qū)使熱量從高溫流向低溫區(qū)域，類似的，因?yàn)殡娐穬蓞^(qū)域存在電勢差才導(dǎo)致

58、電子的流動。因此，溫度因?yàn)殡娐穬蓞^(qū)域存在電勢差才導(dǎo)致電子的流動。因此，溫度與熱量的關(guān)系可以通過下面的方程給出，這有點(diǎn)類似于流經(jīng)與熱量的關(guān)系可以通過下面的方程給出，這有點(diǎn)類似于流經(jīng)一電阻的電流與電壓的關(guān)系。一電阻的電流與電壓的關(guān)系。2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)50 假設(shè)材料的構(gòu)成是均勻一致的，且狀態(tài)穩(wěn)定，則熱傳導(dǎo)與假設(shè)材料的構(gòu)成是均勻一致的，且狀態(tài)穩(wěn)定，則熱傳導(dǎo)與溫度之間的方程為：溫度之間的方程為： T=T=P Pheatheat 。式中，。式中，P Pheatheat指的是光伏組指的是光伏組件產(chǎn)生的熱量，件產(chǎn)生的熱量，為發(fā)射區(qū)表面的熱阻抗，單位為為發(fā)射區(qū)表面的熱阻抗，單位為W W-1-1，T

59、T兩種材料之間的溫度差。組件的熱阻抗決定于材料的厚度和它兩種材料之間的溫度差。組件的熱阻抗決定于材料的厚度和它的熱阻率。熱阻抗類似于電阻，它的方程為：的熱阻率。熱阻抗類似于電阻，它的方程為：=L/kA =L/kA 其其中中A A為傳熱表面的面積，為傳熱表面的面積，L L為熱量在材料中傳導(dǎo)的長度，為熱量在材料中傳導(dǎo)的長度，k k是單是單位為位為WmWm-1-1-1-1的熱導(dǎo)率。的熱導(dǎo)率。 要測算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的熱電阻，可以把各個部分的阻抗以串聯(lián)要測算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的熱電阻，可以把各個部分的阻抗以串聯(lián)或并聯(lián)形式相加。例如，因?yàn)榻M件的前表面和背表面都向外界或并聯(lián)形式相加。例如，因?yàn)榻M件的前表面和背表面都向外界傳

60、輸熱量，則這兩塊區(qū)域的總阻抗等于它們的各自阻抗并聯(lián)相傳輸熱量，則這兩塊區(qū)域的總阻抗等于它們的各自阻抗并聯(lián)相加。此外，電池封裝材料與組件玻璃的熱阻抗則以串聯(lián)形式相加。此外，電池封裝材料與組件玻璃的熱阻抗則以串聯(lián)形式相加。加。 6.4.3 溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)光伏組件的熱損失光伏組件的熱損失2022-5-21應(yīng)用光伏學(xué)51 6.4.3 溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)光伏組件的熱損失光伏組件的熱損失對流對流 熱對流就是從組件表面流過的物質(zhì)把組件表面的熱量帶熱對流就是從組件表面流過的物質(zhì)把組件表面的熱量帶走。對于光伏組件，熱對流是由組件表面吹過的風(fēng)引起的。走。對于光伏組件，熱對流是由組件表面吹過的風(fēng)引起的。這個過程所傳