《光伏电池板与系统》PPT课件.pptx

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1、2022/10/262022/10/261 1第六章：第六章：光伏电池板与系统光伏电池板与系统电池板设计电池板设计电池板设计电池板设计互联效应互联效应互联效应互联效应温度效应温度效应温度效应温度效应其它问题其它问题其它问题其它问题电池板的寿命电池板的寿命电池板的寿命电池板的寿命简介简介简介简介2022/10/262022/10/262 2简介简介一块太阳能电池板是由许多单个太阳能电池连接而成一块太阳能电池板是由许多单个太阳能电池连接而成的，这样能增加功率输出。电池被封装起来以阻止来的，这样能增加功率输出。电池被封装起来以阻止来自周围环境的破坏和防止人们触电。然而，电池板设自周围环境的破坏和防止

2、人们触电。然而，电池板设计的几个方面可能会减少功率输出或者降低使用寿命。计的几个方面可能会减少功率输出或者降低使用寿命。接下来的几节将讨论电池是怎样被封装到板块里去的，接下来的几节将讨论电池是怎样被封装到板块里去的，以及讨论由于电池相互连接和封装而引起的问题。电以及讨论由于电池相互连接和封装而引起的问题。电池互联系统或阵列系统最主要的影响是：池互联系统或阵列系统最主要的影响是：不匹配的电池之间的互联引起的损耗不匹配的电池之间的互联引起的损耗 电池板的温度电池板的温度 电池板的故障模式电池板的故障模式2022/10/262022/10/263 3电池板的设计电池板的设计电池板的结构电池板的结构

3、一块电池板由许多互相连接的电池（通常为一块电池板由许多互相连接的电池（通常为3636块串联着的块串联着的电池）组成。把互相连接的电池封装起来的主要原因是为电池）组成。把互相连接的电池封装起来的主要原因是为了保护它们和它们连接线不受其周围环境的破坏。例如，了保护它们和它们连接线不受其周围环境的破坏。例如，由于太阳能电池非常的薄，所以在缺乏保护的情况下很容由于太阳能电池非常的薄，所以在缺乏保护的情况下很容易受到机械损伤。此外，电池表面的金属网格以及连接每易受到机械损伤。此外，电池表面的金属网格以及连接每个电池的金属线都有可能受到水或水蒸气的腐蚀。而通过个电池的金属线都有可能受到水或水蒸气的腐蚀。而

4、通过封装便能阻止这些破坏。比如，非晶硅太阳能电池通常被封装便能阻止这些破坏。比如，非晶硅太阳能电池通常被封装在柔软的版块内，而在偏远地区使用的晶体硅太阳能封装在柔软的版块内，而在偏远地区使用的晶体硅太阳能电池则通常保护在刚硬的玻璃封装内，一般规定的硅太阳电池则通常保护在刚硬的玻璃封装内，一般规定的硅太阳能电池板的使用寿命为能电池板的使用寿命为2020年，可见组件封装的可靠性有多年，可见组件封装的可靠性有多高。高。典型的晶体硅电池板，为偏远地区供电。2022/10/262022/10/264 4电池板的设计电池板的设计封装的材料封装的材料 大多数晶体硅电池板都是由一块透明表层、一块密封板、背板和

5、围绕外围的框架。大多数晶体硅电池板都是由一块透明表层、一块密封板、背板和围绕外围的框架。通常，透明表层是一层玻璃，密封层材料是通常，透明表层是一层玻璃，密封层材料是EVAEVA（乙基醋酸乙烯），而背板则是（乙基醋酸乙烯），而背板则是一种一种TedlarTedlar材料。如下图所示。材料。如下图所示。低铁玻璃前表面材料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

6、，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2022/10/262022/10/265 5电池板的设计电池板的设计封装的材料封装的材料 此失去了此失去了“自我清洁自我清洁”的功能，减小反射的优势也迅速被表面不断增加的污染物的功能，减小反射的优势也迅速被表面不断增加的污染物所引起的损失给抵消了。所引起的损失给抵消了。除了减反射特性和透明特性，顶端表面材料还应该不能透水，应该有好的耐冲击除了减反射特性和透明特性，顶端表面材料还应该不能透水，应该有好的耐冲击性，应该能在长时间的紫外线照射下保

7、持稳定，应该有低的热阻抗性。水或水蒸性，应该能在长时间的紫外线照射下保持稳定，应该有低的热阻抗性。水或水蒸气在渗入金属电极和连接线后会大大降低光伏组件的寿命。大多数的组件的前端气在渗入金属电极和连接线后会大大降低光伏组件的寿命。大多数的组件的前端表面是用来增加机械强度和刚度的。对于材料的的种类，可以有几种选择，包括表面是用来增加机械强度和刚度的。对于材料的的种类，可以有几种选择，包括丙烯酸、聚合物和玻璃。其中含铁量低的玻璃是使用最广泛的，因为它成本低、丙烯酸、聚合物和玻璃。其中含铁量低的玻璃是使用最广泛的，因为它成本低、强度好、稳定、高度透明、不透水不透气同时还有自我清洁功能。强度好、稳定、高

8、度透明、不透水不透气同时还有自我清洁功能。密封层密封层密封层密封层 密封材料是用来粘附组件中的太阳能电池、前表面和背面的。密封材料应该在高密封材料是用来粘附组件中的太阳能电池、前表面和背面的。密封材料应该在高温和强紫外线照射下保持稳定。当然，材料还应该有良好的光透性和低热阻抗。温和强紫外线照射下保持稳定。当然，材料还应该有良好的光透性和低热阻抗。EVAEVA是最常使用的密封材料。是最常使用的密封材料。EVAEVA板块被镶嵌在太阳能电池板块被镶嵌在太阳能电池-顶端表层顶端表层-背层之间。背层之间。之后把这种三明治结构加热到之后把这种三明治结构加热到150C150C，EVAEVA熔化后把组件的每一

9、层都粘合在一起。熔化后把组件的每一层都粘合在一起。背表面层背表面层 光伏组件的背表面层材料的最关键性质是必须拥有低热阻抗性，同时必须能够阻光伏组件的背表面层材料的最关键性质是必须拥有低热阻抗性，同时必须能够阻2022/10/262022/10/266 6电池板的设计电池板的设计封装的材料封装的材料 止水和水蒸气的渗入。对于大多数组件，薄的聚合物层特别是止水和水蒸气的渗入。对于大多数组件，薄的聚合物层特别是TedlarTedlar，是背，是背表面层的首选材料。有些光伏组件被称为双面组件，被设计成电池的正面表面层的首选材料。有些光伏组件被称为双面组件，被设计成电池的正面和背面都能够接收光的照射。在

10、双面电池组件中的前表面和背表面都应该和背面都能够接收光的照射。在双面电池组件中的前表面和背表面都应该保持良好的光透性。保持良好的光透性。框架框架框架框架 电池组件的最后一个结构组成部分是组件的边界或框架。传统的光伏组件电池组件的最后一个结构组成部分是组件的边界或框架。传统的光伏组件通常由铝制成，框架结构应该是平滑无凸起状的，否则会导致水、灰尘或通常由铝制成，框架结构应该是平滑无凸起状的，否则会导致水、灰尘或其它异物停留在上面。其它异物停留在上面。几种类型的硅光伏组件。2022/10/262022/10/267 7电池板的设计电池板的设计封装密度封装密度 在光伏组件中，太阳能电池的在光伏组件中，

11、太阳能电池的封装密度封装密度指的是被电池覆盖的区域面积与空白区域指的是被电池覆盖的区域面积与空白区域面积的比。封装密度影响着电池的输出功率以及电池温度。而封装密度的大小面积的比。封装密度影响着电池的输出功率以及电池温度。而封装密度的大小则取决于所使用电池的形状。比如，单晶硅电池一般为圆形或半方形，而多晶则取决于所使用电池的形状。比如，单晶硅电池一般为圆形或半方形，而多晶硅电池则通常为正方形。因此，如果单晶硅电池不是切割成方形的话，单晶硅硅电池则通常为正方形。因此，如果单晶硅电池不是切割成方形的话，单晶硅组件的封装密度将比多晶硅的低。有关封装强度的几种选择，包括圆的和方的，组件的封装密度将比多晶

12、硅的低。有关封装强度的几种选择，包括圆的和方的，在下图有介绍。在下图有介绍。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2022/10/262022/10/268 8&6.3.1.&6.3.1.互联效应互联效应组件电路的设计组件电路的设计 一块硅光伏电池板是通常是由多块太阳能电池互相串联而成，以提高输出电压一块硅光伏电池板是通常是由多块太阳能电池互相串联而成，以提高输出电压和输出电流。光伏

13、组件的输出电压通常被设计成与和输出电流。光伏组件的输出电压通常被设计成与1212伏蓄电池相融的形式。伏蓄电池相融的形式。而在而在25C25C和条件下，单个硅太阳能电池的输出电压只有。考虑到由于温度造和条件下，单个硅太阳能电池的输出电压只有。考虑到由于温度造成的电池板电压损失和蓄电池所需要的充电电压可能达到成的电池板电压损失和蓄电池所需要的充电电压可能达到15V15V或者更多，大多或者更多，大多数光伏组件由数光伏组件由3636块电池片组成。这样，在标准测试条件下，输出的开路电压块电池片组成。这样，在标准测试条件下，输出的开路电压将达到将达到21V21V，在工作温度下，最大功率点处的工作电压大约为

14、，在工作温度下，最大功率点处的工作电压大约为17V17V或或18V18V。剩。剩余的电压包括由光伏系统中的其它因素造成的电压损失，例如电池在远离最余的电压包括由光伏系统中的其它因素造成的电压损失，例如电池在远离最大功率输出点处工作和光强变弱。大功率输出点处工作和光强变弱。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。在和最优倾斜角度下，商用电2022/10/262022/10/269 9互联效应互联效应组件电路的设计组件电路的设计 池

15、的电流密度大约在池的电流密度大约在30mA/cm30mA/cm2 2到到36mA/cm36mA/cm2 2之间。单晶硅电池的面积通常为之间。单晶硅电池的面积通常为100cm100cm2 2，则，则总的输出电流大约为。多晶硅电池组件的电池片面积更大但电流密度较低，因此输出自总的输出电流大约为。多晶硅电池组件的电池片面积更大但电流密度较低，因此输出自这些组件的短路电流通常为这些组件的短路电流通常为4A4A左右。但是，多晶硅电池的面积可以有多种变化，因此电左右。但是，多晶硅电池的面积可以有多种变化，因此电流也可以有多种选择。组件的输出电流和电压并不受温度的影响，但却容易受组件的倾流也可以有多种选择。

16、组件的输出电流和电压并不受温度的影响，但却容易受组件的倾斜角度的影响。斜角度的影响。如果组件中的所有太阳能电池都有相同的电特性，并处在相同的光照和温度下，则所有如果组件中的所有太阳能电池都有相同的电特性，并处在相同的光照和温度下，则所有的电池都将输出相等的电流和电压。在这种情况下，光伏组件的的电池都将输出相等的电流和电压。在这种情况下，光伏组件的IVIV曲线的形状将和单个曲线的形状将和单个电池的形状相同，只是电压和电流都增大了。则此电路的方程为：电池的形状相同，只是电压和电流都增大了。则此电路的方程为：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

17、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。2022/10/262022/10/261010互联效应互联效应错配效应错配效应 错配损耗是由互相连接的电池或组件没有相同的性能或者工作在不同的条件下造错配损耗是由互相连接的电池或组件没有相同的性能或者工作在不同的条件下造成的。在工作条件相同的情况下，错配损耗是一个相当严重的问题，因为整个光成的。在工作条件相同的情况下，错配损耗是一个相当严重的问题，因为整个光伏组件的输出是决定于那个表现最差的电池的输出

18、的。例如，在一块电池片被阴伏组件的输出是决定于那个表现最差的电池的输出的。例如，在一块电池片被阴影遮住而其它电池则没有的情况下，由那些影遮住而其它电池则没有的情况下，由那些“好好”电池所产生的电能将被表现电池所产生的电能将被表现差的电池所抵消，而不是用于驱动电路。这反过来还可能会导致局部电能的严重差的电池所抵消，而不是用于驱动电路。这反过来还可能会导致局部电能的严重损失，而由此产生的局部加热也可能引起对组件无法挽回的损失。损失，而由此产生的局部加热也可能引起对组件无法挽回的损失。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

19、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2022/10/262022/10/261111互联效应互联效应错配效应错配效应 电路的结构布局电路的结构布局 受影响电池的参数受影响电池的参数 一个电池与其余电池在一个电池与其余电池在IVIV曲线的上任何一处的差异都将引起错配损耗。下图将展示电曲线的上任何一处的差异都将引起错配损耗。下图将展示电池的非理想池的非理想IVIV曲线和工作环境。尽管错配现象可能由电池参数的任何一部分所引起，曲线和工作环境。尽管错配现象可能由电池参数的任何一部分所引起，但是严重的错配通常都是由短路电流或开路电压的差异所引起的。错配的影响大小同但是严重的错配通常都是由

20、短路电流或开路电压的差异所引起的。错配的影响大小同时取决于电路的结构和错配的类型，在下面的几节中我们将有更详细的讨论时取决于电路的结构和错配的类型，在下面的几节中我们将有更详细的讨论。.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2022/10/262022/10/261212互联效应互联效应串联电池的错配串联电池的错配 因为大多数光伏组件都是串联形式的，所以串联错配是人们最常遇到的错配类型。因为大多数光伏组件

21、都是串联形式的，所以串联错配是人们最常遇到的错配类型。在两种最简单的错配类型中（短路电流的错配和开路电压错配），短路电流的错在两种最简单的错配类型中（短路电流的错配和开路电压错配），短路电流的错配比较常见，它很容易被组件的阴影部分所引起。同时，这种错配类型也是最严配比较常见，它很容易被组件的阴影部分所引起。同时，这种错配类型也是最严重的。重的。对于两个互相串联的电池来说，流对于两个互相串联的电池来说，流过两者的电流大小是一样的。产生过两者的电流大小是一样的。产生的总电压等于每个电池的电压的总的总电压等于每个电池的电压的总和。因为电流大小需要一致，所以和。因为电流大小需要一致，所以在电流中出现错

22、配就意味着总的电在电流中出现错配就意味着总的电流必须大小等于那个最小的值。流必须大小等于那个最小的值。串联电池的开路电压错配串联电池的开路电压错配串联电池的开路电压错配串联电池的开路电压错配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。2022/10/262022/10/261313互联效应互联效应串联电池的错配串联电池的错配在动画中，在动画中，电池输出电池

23、输出的电压比电的电压比电池低。池低。串联电池的短路电流错配串联电池的短路电流错配串联电池的短路电流错配串联电池的短路电流错配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

24、重的功率损失一般发生在问题电池产2022/10/262022/10/261414互联效应互联效应串联电池的错配串联电池的错配 生的电流小于好电池在最大功率点时的电流的时候，或者当电池工作在短路电生的电流小于好电池在最大功率点时的电流的时候，或者当电池工作在短路电流或低电压处时，问题电池的高功率耗散会对组件造成无法挽回的伤害。这些流或低电压处时，问题电池的高功率耗散会对组件造成无法挽回的伤害。这些影响在下面的两个动画都有描述。影响在下面的两个动画都有描述。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。2022/10/26202

25、2/10/261515互联效应互联效应串联电池的错配串联电池的错配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串联电路的短路电流2022/10/262022/10/261616互联效应互联效应热点加热热点加热“热点加热热点加热”现象发生在几个串联电池中出现了一个问题电池时，如下图所示。现象发生在几个串联电池中出现了一个问题电池时，如下图所示。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

26、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。电路中，一个被阴影遮电路中，一个被阴影遮住的电池减少了电路电住的电池减少了电路电流，使得好电池提高电流，使得好电池提高电压，并常常导致压，并常常导

27、致“问题问题”电池的电压反置。电池的电压反置。2022/10/262022/10/261717互联效应互联效应热点加热热点加热问题电池的热耗散问题电池的热耗散导致组件的破碎导致组件的破碎。2022/10/262022/10/261818互联效应互联效应旁路二极管旁路二极管 通过使用旁路二极管可以避免热点加热效应对组件造成的破坏。二极管与电池并联且方向相反，如下面动画所示。通过使用旁路二极管可以避免热点加热效应对组件造成的破坏。二极管与电池并联且方向相反，如下面动画所示。在正常工作状态，每个太阳能电池的电压都是正向偏置的，所以旁路二极管的电压为反向偏置，相当于开路。然而，在正常工作状态，每个太阳

28、能电池的电压都是正向偏置的，所以旁路二极管的电压为反向偏置，相当于开路。然而，如果串联电池中有一个电池因此发生错配而导致电压被反向偏置，则旁路二极管就会立即导通，因此使得来自好电如果串联电池中有一个电池因此发生错配而导致电压被反向偏置，则旁路二极管就会立即导通，因此使得来自好电池的电流能流向外部电路而不是变成每个电池前置偏压。穿过问题电池的最大反向电压将等于单个旁路二极管的管池的电流能流向外部电路而不是变成每个电池前置偏压。穿过问题电池的最大反向电压将等于单个旁路二极管的管压降，由此限制了电流大小并阻止了热点加热。旁路二极管的工作状态和它对压降，由此限制了电流大小并阻止了热点加热。旁路二极管的

29、工作状态和它对IVIV曲线的影响都在下面的动画中展示。曲线的影响都在下面的动画中展示。2022/10/262022/10/261919互联效应互联效应旁路二极管旁路二极管 要测算出旁路二极管对要测算出旁路二极管对IVIV曲线的影响，首先找出单个太阳能电池（带有旁路二极曲线的影响，首先找出单个太阳能电池（带有旁路二极管）的管）的IVIV曲线，然后与其它电池的曲线，然后与其它电池的IVIV曲线相结合。旁路二极管只在电池出现电曲线相结合。旁路二极管只在电池出现电压反向时才对电池产生影响。如果反向电压高于电池的膝点电压（压反向时才对电池产生影响。如果反向电压高于电池的膝点电压（knee knee vo

30、ltagevoltage）,则二极管将导通并让电流流过。下图将展示结合之后的则二极管将导通并让电流流过。下图将展示结合之后的IVIV曲线。曲线。连接旁路二极管的电池没接旁路二极管的电池接有二极管的电池的接有二极管的电池的IVIV曲线。二极管能曲线。二极管能阻止热点加热。为了便于观测，图中使阻止热点加热。为了便于观测，图中使用了用了1010个电池，其中个电池，其中9 9个好电池，一个个好电池，一个问题电池。典型的光伏组件由问题电池。典型的光伏组件由3636个电池个电池组成，如果没有旁路二极管，错配效应组成，如果没有旁路二极管，错配效应的破坏将更严重，但连接二极管后的影的破坏将更严重，但连接二极管

31、后的影响却比响却比1010个电池的更小。个电池的更小。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2022/10/262022/10/262020互联效应互联效应旁路二极管旁路二极管 压值大约为。如果问题电池只是部分被阴影遮住，则好电池中的一部分电流将穿压值大约为。如果问题电池只是部分被阴影

32、遮住，则好电池中的一部分电流将穿过电路，而剩下的则被用来对每个电池产生前置偏压。问题电池导致的最大功率过电路，而剩下的则被用来对每个电池产生前置偏压。问题电池导致的最大功率耗散几乎等于那一组电池所产生的所有能量。在没有引起破坏的情况下，一个二耗散几乎等于那一组电池所产生的所有能量。在没有引起破坏的情况下，一个二极管能连接电池的数量最多为极管能连接电池的数量最多为1515（对于硅电池）。因此，对于通常的（对于硅电池）。因此，对于通常的3636电池的电池的光伏组件，需要光伏组件，需要2 2个二极管来保证组件不会轻易被个二极管来保证组件不会轻易被“热点热点”破坏。破坏。连接电池组的旁路二极管。穿过好

33、电池的电压大小决定于问题电池的问题严重程度。右图中，只是任意取的数值。2022/10/262022/10/262121互联效应互联效应并联电池的错配并联电池的错配 在小的电池组件中，电池都是以串联形式相接，所以不用考虑并联错配问题。在小的电池组件中，电池都是以串联形式相接，所以不用考虑并联错配问题。通常在大的光伏阵列中组件才以并联形式连接，所以错配通常发生在组件与组通常在大的光伏阵列中组件才以并联形式连接，所以错配通常发生在组件与组件之间，而不是电池与电池之间。件之间，而不是电池与电池之间。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

34、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。2022/10/262022/10/262222互联效应互联效应并联电池的错配并联电池的错配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。2022/10/262022/10/262323互联效应互联效应光伏阵列中的错配效应光伏阵列中的错配效应 在大型光伏阵列中，单个光伏组件即以串联形式又以并联形式与其它组件连接。在大型光伏阵列中，单个光伏组件即以串联形式又以并联形式与其它组件连接。一系列串

35、联的电池或组件叫一系列串联的电池或组件叫“一串一串”。串联与并联相结合可能会导致光伏阵列。串联与并联相结合可能会导致光伏阵列中出现几个问题。一个潜在的问题来自于中出现几个问题。一个潜在的问题来自于“一串一串”电池中的一个发生了开路。电池中的一个发生了开路。则来自这串电池的电流要小于组件中其余的电池串。这种情况与串联电路中有则来自这串电池的电流要小于组件中其余的电池串。这种情况与串联电路中有一个电池被阴影遮挡的情况相似，即输出自整个电池组的能量将会下降。如下一个电池被阴影遮挡的情况相似，即输出自整个电池组的能量将会下降。如下图所示。图所示。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，

36、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。2022/10/262022/10/262424互联效应互联效应光伏阵列中的错配效应光伏阵列中的错配效应 如果旁路二极管的额定电流与整个并联电路的输出电流大小不匹配的话，则并联如果旁路二极管的额定电流与整个并联电路的输出电流大小不匹配的话，则并联电路的错配效应同样会导致严重的问题。比如，由串联组件组成的并联电路中，电路的错配效应同样会导致严重的问题。比如，由串联组件组成的并联电路中，每个串联组件的旁路二极管也

37、以并联形式连接，如下图所示。串联组件中的一个每个串联组件的旁路二极管也以并联形式连接，如下图所示。串联组件中的一个错配将会导致电流从二极管流过，从而加热二极管。然而，加热二极管会减少饱错配将会导致电流从二极管流过，从而加热二极管。然而，加热二极管会减少饱和电流和有效电阻，以至于组件中的另一串电池也受影响。电流可能将流过组件和电流和有效电阻，以至于组件中的另一串电池也受影响。电流可能将流过组件中的每一个二极管，但也一定会流过与二极管相连的那一串电池。则这些旁路二中的每一个二极管，但也一定会流过与二极管相连的那一串电池。则这些旁路二极管变得更热，将大大降低它们的电阻并提高电流。如果二极管的额定电流

38、小于极管变得更热，将大大降低它们的电阻并提高电流。如果二极管的额定电流小于电池组件的并联电流，二极管将会被烧坏，光伏组件也将会损坏。电池组件的并联电流，二极管将会被烧坏，光伏组件也将会损坏。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。2022/10/262022/10/262525互联效应互联效应光伏阵列中的错配效应光伏阵列中的错配效应 除了使用旁路二极管来阻止错配损失外，通常还会使用阻塞二极管来减小错配损除了使用旁路二极管来阻止错配损失外，通常还会使用阻塞二极管来减小错配损失。阻塞二极管，如下图所示，通常被用来阻止晚上蓄电池的电流流到光伏阵列失。阻塞二极

39、管，如下图所示，通常被用来阻止晚上蓄电池的电流流到光伏阵列上。在互相并联的组件中，每个组件都串联一个阻塞二极管。这不仅能降低驱动上。在互相并联的组件中，每个组件都串联一个阻塞二极管。这不仅能降低驱动阻塞二极管的电流，还能阻止电流从一个好的电池板流到有问题的电池板，也因阻塞二极管的电流，还能阻止电流从一个好的电池板流到有问题的电池板，也因此减小了并联组件的错配损失。此减小了并联组件的错配损失。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2022/10/262022/10/262626温度效应温度效应光伏组件的温度光伏组件的温度

40、太阳能电池封装进光伏组件里所产生的一个多余的边际效应是，封装改变了组太阳能电池封装进光伏组件里所产生的一个多余的边际效应是，封装改变了组件内热量的进出状况，因此增加组件的温度。温度的增加对电池的主要影响是件内热量的进出状况，因此增加组件的温度。温度的增加对电池的主要影响是减小电池的输出电压，从而降低输出功率。此外，温度的增加也会导致光伏组减小电池的输出电压，从而降低输出功率。此外，温度的增加也会导致光伏组件中出现几个电池恶化，因为上升的温度也会增加与热扩散有关的压力，或者件中出现几个电池恶化，因为上升的温度也会增加与热扩散有关的压力，或者增加恶化率，即每上升增加恶化率，即每上升10C10C恶化

41、量就增加恶化量就增加2 2个。个。六电池组件的热成像图六电池组件的热成像图片。片。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。2022/10/262022/10/262727温度效应温度效应光伏组件的热生成光伏组件的热生成暴晒在阳光之下的光伏电池即产生热又产生电。对于暴晒在阳光之下的光伏电池即产生热又产生电。对于工作在最大

42、功率点处的商业光伏组件来说，只有工作在最大功率点处的商业光伏组件来说，只有10%10%到到15%15%的太阳光被转换成电，而剩下的大部分都变成的太阳光被转换成电，而剩下的大部分都变成了热。影响组件的热生成的几个因素包括：了热。影响组件的热生成的几个因素包括：组件表面的反射组件表面的反射 组件所处的工作点组件所处的工作点 组件中没有被电池片占据的空白部分对阳光的吸收组件中没有被电池片占据的空白部分对阳光的吸收 组件或电池对低能光（红外光）的吸收组件或电池对低能光（红外光）的吸收 太阳能电池的封装密度太阳能电池的封装密度表面反射表面反射表面反射表面反射被组件表面反射出去的光对电能的产生没有贡献。这

43、被组件表面反射出去的光对电能的产生没有贡献。这些光也被看作是能量损失的因素，因此要尽量减少。些光也被看作是能量损失的因素，因此要尽量减少。2022/10/262022/10/262828温度效应温度效应光伏组件的热生成光伏组件的热生成 当然，反射光也不会使组件加热。对于典型玻璃表面封装光伏组件来说，反射光中包含了当然，反射光也不会使组件加热。对于典型玻璃表面封装光伏组件来说，反射光中包含了大约大约4%4%的入射能量。的入射能量。组件的工作点和效率组件的工作点和效率组件的工作点和效率组件的工作点和效率 电池的工作点和效率决定了电池吸收的光子中能转换成电能的数量。如果电池工作在短路电池的工作点和效

44、率决定了电池吸收的光子中能转换成电能的数量。如果电池工作在短路电流或开路电压处，则产生的电能为零，即把所有光能都转换成电能。电流或开路电压处，则产生的电能为零，即把所有光能都转换成电能。光伏组件对光的吸收光伏组件对光的吸收光伏组件对光的吸收光伏组件对光的吸收 光伏组件中没有被电池片占据的部分同样也会加热组件。吸收和反射的光的比光伏组件中没有被电池片占据的部分同样也会加热组件。吸收和反射的光的比 例决定于例决定于组件背面的材料和颜色。组件背面的材料和颜色。红外光的吸收红外光的吸收红外光的吸收红外光的吸收 能量低于电池材料禁带宽度的光将不能产生电能，相反会变成热量使电池温度上升。而电能量低于电池材

45、料禁带宽度的光将不能产生电能，相反会变成热量使电池温度上升。而电池背面的铝线也趋向于吸收红外光。如果电池的背面没有被铝完全覆盖，则部分红外光将池背面的铝线也趋向于吸收红外光。如果电池的背面没有被铝完全覆盖，则部分红外光将穿过电池并射出组件。穿过电池并射出组件。太阳能电池的封装因素太阳能电池的封装因素太阳能电池的封装因素太阳能电池的封装因素 太阳能电池经过特殊设计使得它能更有效率地吸收太阳光辐射。电池本身通常能比组件封太阳能电池经过特殊设计使得它能更有效率地吸收太阳光辐射。电池本身通常能比组件封装材料和电池背表面层产生更多的热量。因此，电池封装材料的增加也将增加电池单位面装材料和电池背表面层产生

46、更多的热量。因此，电池封装材料的增加也将增加电池单位面积产生的热量积产生的热量.2022/10/262022/10/262929温度效应温度效应光伏组件的热损失光伏组件的热损失 光伏组件的工作温度是组件所产生的热量与向外界传输的热量之间的动态平衡。向外界传光伏组件的工作温度是组件所产生的热量与向外界传输的热量之间的动态平衡。向外界传输热量的过程有三个：传导、对流和辐射。输热量的过程有三个：传导、对流和辐射。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热传导热传导热传导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）

47、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：2022/10/262022/10/263030温度效应温度效应光伏组件的热损失光伏组件的热损失 T=T=P Pheatheat 式中，式中，P Pheatheat指的是光伏组件产生的热量，指的是光伏组件产生的

48、热量，为发射区表面的热阻抗，为发射区表面的热阻抗，单位为单位为CWCW-1-1，T T两种材料之间的温度差。组件的热阻抗决定于材料的厚度和它两种材料之间的温度差。组件的热阻抗决定于材料的厚度和它的热阻率。热阻抗类似于电阻，它的方程为：的热阻率。热阻抗类似于电阻，它的方程为：=L/kA =L/kA 其中其中A A为传热表面的面为传热表面的面积，积，L L为热量在材料中传导的长度，为热量在材料中传导的长度，k k是单位为是单位为WmWm-1-1CC-1-1的热导率。的热导率。要测算复杂结构的热电阻，可以把各个部分的阻抗以串联或并列形式相加。例如，要测算复杂结构的热电阻，可以把各个部分的阻抗以串联或

49、并列形式相加。例如，因为组件的前表面和背表面都向外界传输热量，则这两块区域的总阻抗等于它们因为组件的前表面和背表面都向外界传输热量，则这两块区域的总阻抗等于它们的各自阻抗并联相加。此外，电池封装材料与组件玻璃的热阻抗则以串联形式相的各自阻抗并联相加。此外，电池封装材料与组件玻璃的热阻抗则以串联形式相加。加。对流对流对流对流 热对流就是从组件表面流过的物质把组件表面的热量带走。对于光伏组件，热对热对流就是从组件表面流过的物质把组件表面的热量带走。对于光伏组件，热对流是由组件表面的吹过的风引起的。这个过程所传输的热量可以由下面方程表示：流是由组件表面的吹过的风引起的。这个过程所传输的热量可以由下面

50、方程表示：P Pheatheat=hA=hAT T A A表示两种材料接触的面积，表示两种材料接触的面积，h h为热对流率，单位为为热对流率，单位为WmWm-2-2CC-1-1，T T两种材料之间两种材料之间的温度差。与热传导过程不同，直接计算的温度差。与热传导过程不同，直接计算h h的过程非常复杂，通常是通过实验测的过程非常复杂，通常是通过实验测算出来。算出来。2022/10/262022/10/263131 辐射辐射辐射辐射 组件向外部环境传输热量的最后一种方式是向外辐射电磁波。像黑体辐射一节所组件向外部环境传输热量的最后一种方式是向外辐射电磁波。像黑体辐射一节所讨论的那样，任何物体都会向