光伏电池板与系统.pptx

第六章：光伏电池板与系统2024/6/1一块电池板由许多互相连接的电池（通常为36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20年，可见组件封装的可靠性有多高。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EVA（乙基醋酸乙烯），而背板则是一种Tedlar材料。如下图所示。2024/6/12024/6/1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。EVA是最常使用的密封材料。EVA板块被镶嵌在太阳能电池-顶端表层-背层之间。之后把这种三明治结构加热到150°C，EVA熔化后把组件的每一层都粘合在一起。2024/6/1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。在光伏组件中，太阳能电池的封装密度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，在下图有介绍。2024/6/1一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。光伏组件的输出电压通常被设计成与12伏蓄电池相融的形式。而在25°C和AM1.5条件下，单个硅太阳能电池的输出电压只有0.6V。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15V或者更多，大多数光伏组件由36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21V，在工作温度下，最大功率点处的工作电压大约为17V或18V。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，例如电池在远离最大功率输出点处工作和光强变弱。2024/6/12024/6/1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IV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：2024/6/1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“好”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。2024/6/12024/6/1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。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重的。2024/6/12024/6/1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。这些影响在下面的两个动画都有描述。2024/6/1“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。2024/6/12024/6/1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，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压降，由此限制了电流大小并阻止了热点加热。2024/6/1要测算出旁路二极管对IV曲线的影响，首先找出单个太阳能电池（带有旁路二极管）的IV曲线，然后与其它电池的