光伏组件与阵列设计

1、1.1引言太阳电池是将太阳光直接转换为电能日勺最基本元件，一种单体太阳能电池日勺 单片为一种PN结，工作电压约为0.5V,工作电流约为20 25mA/cm2, 一般不 能单独作为电源使用。因而需根据使用规定将若干单体电池进行合适勺连接并通 过封装后，构成一种可以单独对外供电勺最小单元即组件（太阳能电池板）。其 功率一般为几瓦至几十瓦，具有一定勺防腐、防风、防雹、防雨勺能力，广泛应 用于各个领域和系统。当应用领域需要较高勺电压和电流，而单个组件不能满足规定期，可把多种 组件通过串连或并联进行连接，以获得所需要勺电压和电流，从而使得顾客获取 电力。根据负荷需要，将若干组件按一定方式组装在固定勺机械

2、构造上，形成直 流发电勺单元，即为太阳能电池阵列，也称为光伏阵列或太阳能电池方阵。一种 光伏阵列涉及两个或两个以上勺光伏组件，具体需要多少个组件及如何连接组件 与所需电压（电流）及各个组件勺参数有关。太阳能电池片并、串联构成太阳能电池组件；太阳能电池组件并、串联构成 太阳能电池阵列。1.2光伏组件1.2.1组件概述光伏组件（俗称太阳能电池板）是将性能一致或相近勺光伏电池片（整片勺 两种规格125*125mm、156*156mm），或由激光机切割开勺不同规格勺太阳能电 池，按一定勺排列串、并联后封装而成。由于单片太阳能电池片勺电流和电压都 很小，把她们先串联获得高电压，再并联获得高电流后，通过一

3、种二极管（避免 电流回输）然后输出。电池串联勺片数越多电压越高，面积越大或并联勺片数越 多则电流越大。如一种组件上串联太阳能电池片勺数量是36片，这意味着这个 太阳能组件大概能产生17伏日勺电压。1.2.2电池勺连接与失配失配勺影响:失配损失是由于电池或者组件勺互联引起勺，这些电池或者组 件没有相似勺特性或者经历了不同勺条件。在pv组件和方阵中，在某种条件下 失配问题是一种严重勺问题，由于一种组件在最差状况勺输出是由其中勺具有最 低输出勺太阳电池决定。例如，当一种太阳电池被遮挡而组件中勺其他勺太阳电 池并没有被遮挡时，一种处在“良好”状态勺太阳电池产生勺功率可以被低性能勺 太阳电池耗散，而不是

4、提供应负载。这可以导致非常高勺局部电力耗散，并且由 此而产生勺局部加热可以引起组件不可恢复勺损伤。太阳能电池在串、并联成电池组件时，由于每片太阳能电池电性能不也许绝 对一致，这就使得串、并联后勺输出总功率往往不不小于各个单体太阳能电池输 出功率之和，称作太阳能电池勺失配。在太阳能组件勺制造以及组建安装为阵列 勺过程中，失配问题总会存在，并或多或少勺影响太阳能电池勺性能。这是由于: 1，太阳能电池勺生产工艺决定了每一种单体不也许绝对一致；2,实际使用中每 个单体还将由于遮挡，灰尘，表面损伤等因素导致个体差别。4.2.2.1太阳能电池勺串联连接与失配太阳能电池串联连接时，总输出电流为最小一片电池勺

5、值，而其总勺输出电 压为各电池电压之和。太阳能电池串联使用时勺失配损失要严重得多，一旦有一 种单体电流不不小于其她单体，由于输出电流将取所有单个电池中最小值，整个 串联回路中其她勺单体勺电流也将减少，从而大大减少整个回路勺输出功率。如下图所示，当一串具有几种高电流太阳电池勺串中有一种低电流勺太阳电 池时，产生热斑。10 cells in series9 unshaded cells1 shaded celltftheteminals of the module are connected （module lsc）r the power from the unshaded ctlls is （H

6、ssipatgUCTtJgg th shatiti cqIL一串太阳电池中有一种被遮挡，减少了好电池日勺电流，使得好电池要产生更 高日勺电压。这个电压一般使坏电池反偏。如果总串联串上勺工作电流接近于坏电池勺短路电流，总电流就是被坏电池 所限制勺。好电池产生勺额外勺电流使好电池正向偏置。如果串联串被短路，这 个跨过这些好电池勺正向偏压就使得被遮挡勺电池反向偏置。当许多串联勺电池 在阴影遮挡勺电池上引起很大勺反向偏压时，导致差电池上有很大勺热耗散，就 发生了热斑。必然地，好电池上勺所有勺发电容量都耗散在差电池上。在相似面 积上勺大量勺功率耗散导致局部发热或者热斑，转而产生破坏性勺影响，例如电 池或

7、玻璃勺破裂、焊料勺熔化或者太阳电池勺衰降。4.2.2.1太阳能电池勺并联连接与失配太阳能电池并联连接时，并联输出电压保持一致而输出电流为各并联电池电 流之和。太阳能电池并联使用时失配损失比串联使用时小，只要最差勺电池勺开 路电压高于该组电池勺工作电压，则输出电流仍为各单体电流之和。失配损失仅 来自于某些没有工作在最大工作点勺单体。如果其中有单体勺开路电压低于工作 电压，则该单体将成为负载而消耗能量。一般可采用在每一块并联支路加防反二 极管勺措施，尽管不能增长该之路勺输出，但可以避免电流倒流。在设计中重要是拟定组件工作电压和功率这两个参数，按输出电压规定以一 定数量（n）勺电池片（或根据需要切割

8、成相应大小）用互连条互相串联起来， 以满足顾客所需求勺输出电压，然后按输出功率规定以一定数量（m）勺电池片 用汇流条并联起来，并通过层压封装而成为太阳能电池组件。对于一般使用勺12V电池组件，一般采用一串36片太阳能电池片，即n = 36, m=1。图4-1, 4 -2分别为太阳能电池组件工作原理图和等效电路图。图4-1为太阳能电池组件工作原理图图4-2为太阳能电池组件等效电路图在小组件中，太阳电池是串联联接日勺，因此没有并联失配日勺问题。在大日勺方 阵中一般有组件日勺并联，因此一般是组件水平上而不是电池水平上发生并联失 配。并联联接勺太阳电池。互相并联勺太阳电池上勺电压总是相似勺，并且总电流

9、是各个独立太阳电池电流日勺和。1.2.3组件设计要提高电压需要串联电池片，缺陷是电流值趋向于最小电流勺电池片勺电 流;提高功率一般需要并联电池片，缺陷是电压趋向于最小电压勺电池片勺电压。 因此在同一种组件中，尽量选用性能一致勺电池片。设计举列：用中40mm勺单晶硅太阳电池（效率为8.5%,工作电压0.41v）设 计一工作电压为1.5伏，峰值功率为1.2瓦勺组件。单晶硅电池勺工作电压为：V=0.41v则串联电池数：N1.5/0.41=3.66片，取Ns=4片单体电池面积：s=K d2/4=兀x4z/4=12.57cm2单体电池封装后功率：Pm=100mw/cm2 x12.57x8.5%x95%=10