光伏电池板与系统.pptx

第六章：第六章：光伏电池板与系统光伏电池板与系统2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学1 6.1简介简介 6.2电池板设计电池板设计 6.3互联效应互联效应 6.4温度效应温度效应 6.5其它问题其它问题 6.6电池板的寿命电池板的寿命2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学2 一一块块太太阳阳能能电电池池板板是是由由许许多多单单个个太太阳阳能能电电池池连连接接而而成成的的，这这样样能能增增加加功功率率输输出出。电电池池被被封封装装起起来来以以阻阻止止来来自自周周围围环环境境的的破破坏坏和和防防止止人人们们触触电电。然然而而，电电池池板板设设计计的的几几个个方方面面可可能能会会减减少少功功率率输输出出或或者者降降低低使使用用寿寿命命。接接下下来来的的几几节节将将讨讨论论电电池池是是怎怎样样被被封封装装到到板板块块里里去去的的，以以及及讨讨论论由由于于电电池池相相互互连连接接和和封封装装而而引引起起的的问问题题。电电池池互互联联系系统统或或阵阵列列系系统统最主要的影响是：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 6.1 简介简介 一一块块电电池池板板由由许许多多互互相相连连接接的的电电池池（通通常常为为36块块串串联联着着的的电电池池）组组成成。把把互互相相连连接接的的电电池池封封装装起起来来的的主主要要原原因因是是为为了了保保护护它它们们和和它它们们连连接接线线不不受受其其周周围围环环境境的的破破坏坏。例例如如，由由于于太太阳阳能能电电池池非非常常的的薄薄，所所以以在在缺缺乏乏保保护护的的情情况况下下很很容容易易受受到到机机械械损损伤伤。此此外外，电电池池表表面面的的金金属属网网格格以以及及连连接接每每个个电电池池的的金金属属线线都都有有可可能能受受到到水水或或水水蒸蒸气气的的腐腐蚀蚀。而而通通过过封封装装便便能能阻阻止止这这些些破破坏坏。比比如如，非非晶晶硅硅太太阳阳能能电电池池通通常常被被封封装装在在柔柔软软的的版版块块内内，而而在在偏偏远远地地区区使使用用的的晶晶体体硅硅太太阳阳能能电电池池则则通通常常保保护护在在刚刚硬硬的的玻玻璃璃封封装装内内，一一般般规规定定的的硅硅太太阳阳能能电电池池板板的的使使用用寿寿命命为为20年年，可可见见组组件件封封装装的的可可靠靠性性有有多多高。高。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学3 典型的晶体硅典型的晶体硅电池板，为偏远地电池板，为偏远地区供电。区供电。6.2.1 电池板的设计电池板的设计 电池板的结构电池板的结构 大大多多数数晶晶体体硅硅电电池池板板都都是是由由一一块块透透明明表表层层、一一块块密密封封板板、背背板板和和围围绕绕外外围围的的框框架架。通通常常，透透明明表表层层是是一一层层玻玻璃璃，密密封封层层材材料料是是EVA（乙乙基基醋醋酸酸乙乙烯烯），而而背背板板则则是是一一种种Tedlar材材料料。如如下图所示。下图所示。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学4低铁玻璃低铁玻璃 6.2.2 电池板的设计电池板的设计 封装的材料封装的材料2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学5 6.2.2 电池板的设计电池板的设计 封装的材料封装的材料前表面材料前表面材料 光光伏伏组组件件的的前前端端表表面面必必须须对对那那些些能能够够被被电电池池吸吸收收的的光光线线保保持持高高透透明明度度。对对于于硅硅太太阳阳能能电电池池，其其前前端端表表面面必必须须能能透透过过波波长长范范围围为为350nm到到1200nm的的光光。此此外外，前前端端表表面面对对光光的的反反射射率率必必须须很很低低。尽尽管管理理论论上上这这些些反反射射可可以以通通过过在在表表面面铺铺上上减减反反射射膜膜来来降降低低，但但是是实实际际上上，对对于于大大多多数数光光伏伏组组件件所所处处的的环环境境来来说说，这这些些膜膜显显然然还还不不够够耐耐用用。取取而而代代之之的的，是是使使表表面面粗粗糙糙化化或或进进行行制制绒绒。然然而而，这这样样会会使使得得尘尘埃埃和和污污染染物物停停留留在在表表面面的的可可能能性性增增大大，也也没没那那么么容容易易被被风风和和雨雨水水冲冲走走。这这些些组组件件也也因因此此失失去去了了“自自我我清清洁洁”的的功功能能，减减小小反反射射的的优优势势也也迅迅速速被被表表面面不不断断增增加加的的污染物所引起的损失给抵消了。污染物所引起的损失给抵消了。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学6 6.2.2 电池板的设计电池板的设计 封装的材料封装的材料 除除了了减减反反射射特特性性和和透透明明特特性性，顶顶端端表表面面材材料料还还应应该该不不能能透透水水，应应该该有有好好的的耐耐冲冲击击性性，应应该该能能在在长长时时间间的的紫紫外外线线照照射射下下保保持持稳稳定定，应应该该有有低低的的热热阻阻抗抗性性。水水或或水水蒸蒸气气在在渗渗入入金金属属电电极极和和连连接接线线后后会会大大大大降降低低光光伏伏组组件件的的寿寿命命。大大多多数数的的组组件件的的前前端端表表面面是是用用来来增增加加机机械械强强度度和和刚刚度度的的。对对于于材材料料的的的的种种类类，可可以以有有几几种种选选择择，包包括括丙丙烯烯酸酸、聚聚合合物物和和玻玻璃璃。其其中中含含铁铁量量低低的的玻玻璃璃是是使使用用最最广广泛泛的的，因因为为它它成成本本低低、强强度度好好、稳稳定定、高高度度透透明明、不不透透水水不不透透气气同同时时还还有有自自我清洁功能。我清洁功能。密封层密封层 密密封封材材料料是是用用来来粘粘附附组组件件中中的的太太阳阳能能电电池池、前前表表面面和和背背面面的的。密密封封材材料料应应该该在在高高温温和和强强紫紫外外线线照照射射下下保保持持稳稳定定。当当然然，材材料料还还应应该该有有良良好好的的光光透透性性和和低低热热阻阻抗抗。EVA是是最最常常使使用用的的密密封封材材料料。EVA板板块块被被镶镶嵌嵌在在太太阳阳能能电电池池-顶顶端端表表层层-背背层层之之间间。之之后后把把这这种种三三明明治治结结构构加加热热到到150C，EVA熔熔化化后把组件的每一层都粘合在一起。后把组件的每一层都粘合在一起。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学7 6.2.2 电池板的设计电池板的设计 封装的材料封装的材料2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学8 6.2.2 电池板的设计电池板的设计 封装的材料封装的材料背表面层背表面层 光光伏伏组组件件的的背背表表面面层层材材料料的的最最关关键键性性质质是是必必须须拥拥有有低低热热阻阻抗抗性性，同同时时必必须须能能够够阻阻止止水水和和水水蒸蒸气气的的渗渗入入。对对于于大大多多数数组组件件，薄薄的的聚聚合合物物层层特特别别是是Tedlar，是是背背表表面面层层的的首首选选材材料料。有有些些光光伏伏组组件件被被称称为为双双面面组组件件，被被设设计计成成电电池池的的正正面面和和背背面面都都能能够够接接收收光光的的照照射射。在在双双面面电电池池组组件件中中的的前表面和背表面都应该保持良好的光透性。前表面和背表面都应该保持良好的光透性。框架框架 电电池池组组件件的的最最后后一一个个结结构构组组成成部部分分是是组组件件的的边边界界或或框框架架。传传统统的的光光伏伏组组件件通通常常由由铝铝制制成成，框框架架结结构构应应该该是是平平滑无凸起状的，否则会导致水、灰尘或其它异物停留在上面。滑无凸起状的，否则会导致水、灰尘或其它异物停留在上面。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学9几种类型的硅光伏组件。几种类型的硅光伏组件。6.2.2 电池板的设计电池板的设计 封装的材料封装的材料 在在光光伏伏组组件件中中，太太阳阳能能电电池池的的封封装装密密度度指指的的是是被被电电池池覆覆盖盖的的区区域域面面积积与与空空白白区区域域面面积积的的比比。封封装装密密度度影影响响着着电电池池的的输输出出功功率率以以及及电电池池温温度度。而而封封装装密密度度的的大大小小则则取取决决于于所所使使用用电电池池的的形形状状。比比如如，单单晶晶硅硅电电池池一一般般为为圆圆形形或或半半方方形形，而而多多晶晶硅硅电电池池则则通通常常为为正正方方形形。因因此此，如如果果单单晶晶硅硅电电池池不不是是切切割割成成方方形形的的话话，单单晶晶硅硅组组件件的的封封装装密密度度将将比比多多晶晶硅硅的的低低。有有关关封封装装强强度度的的几几种种选择，包括圆的和方的，在下图有介绍。选择，包括圆的和方的，在下图有介绍。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学10圆形电池和方形电池的封装密度。圆形电池和方形电池的封装密度。白色的背表面 6.2.3 电池板的设计电池板的设计封装密度封装密度2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学11 6.2.3 电池板的设计电池板的设计封装密度封装密度 当当组组件件中中电电池池排排列列较较稀稀疏疏时时，露露出出的的空空白白背背面面同同样样能能够够少少量量增增加加电电池池的的输输出出，因因为为“零零深深度度聚聚光光”效效应应的的影影响响，如如下下图图所所示示。一一些些射射入入到到电电池池与与电电池池之之间间的的空空白白区区域域和和射射到到电电极极上上的的光光，被散射后又传到电池表面。被散射后又传到电池表面。玻璃玻璃电极电极密封层密封层（EVA）一一块块硅硅光光伏伏电电池池板板是是通通常常是是由由多多块块太太阳阳能能电电池池互互相相串串联联而而成成，以以提提高高输输出出电电压压和和输输出出电电流流。光光伏伏组组件件的的输输出出电电压压通通常常被被设设计计成成与与12伏伏蓄蓄电电池池相相融融的的形形式式。而而在在25C和和AM1.5条条件件下下，单单个个硅硅太太阳阳能能电电池池的的输输出出电电压压只只有有0.6V。考考虑虑到到由由于于温温度度造造成成的的电电池池板板电电压压损损失失和和蓄蓄电电池池所所需需要要的的充充电电电电压压可可能能达达到到15V或或者者更更多多，大大多多数数光光伏伏组组件件由由36块块电电池池片片组组成成。这这样样，在在标标准准测测试试条条件件下下，输输出出的的开开路路电电压压将将达达到到21V，在在工工作作温温度度下下，最最大大功功率率点点处处的的工工作作电电压压大大约约为为17V或或18V。剩剩余余的的电电压压包包括括由由光光伏伏系系统统中中的的其其它它因因素素造造成成的的电电压压损损失失，例例如如电电池池在在远远离离最最大大功功率率输出点处工作和光强变弱。输出点处工作和光强变弱。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学12 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2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学13 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典型的组件由典型的组件由36块电池串联而成块电池串联而成在典型的组件中，在典型的组件中，36块电池串联起来以使输块电池串联起来以使输出的电压足以为出的电压足以为12V的电池充电。的电池充电。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学14 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 虽虽然然光光伏伏组组件件的的电电压压大大小小决决定定于于电电池池的的数数量量，但但是是组组件件的的输输出出电电流流却却决决定定于于单单个个太太阳阳能能电电池池的的尺尺寸寸大大小小和和它它们们的的转转换换效效率率。在在AM1.5和和最最优优倾倾斜斜角角度度下下，商商用用电电池池的的电电流流密密度度大大约约在在30mA/cm2到到36mA/cm2之之间间。单单晶晶硅硅电电池池的的面面积积通通常常为为100cm2，则则总总的的输输出出电电流流大大约约为为3.5A。多多晶晶硅硅电电池池组组件件的的电电池池片片面面积积更更大大但但电电流流密密度度较较低低，因因此此输输出出自自这这些些组组件件的的短短路路电电流流通通常常为为4A左左右右。但但是是，多多晶晶硅硅电电池池的的面面积积可可以以有有多多种种变变化化，因因此此电电流流也也可可以以有有多多种种选选择择。组组件件的的输输出出电电流流和和电电压压并并不不受受温温度的影响，但却容易受组件的倾斜角度的影响。度的影响，但却容易受组件的倾斜角度的影响。如如果果组组件件中中的的所所有有太太阳阳能能电电池池都都有有相相同同的的电电特特性性，并并处处在在相相同同的的光光照照和和温温度度下下，则则所所有有的的电电池池都都将将输输出出相相等等的的电电流流和和电电压压。在在这这种种情情况况下下，光光伏伏组组件件的的IV曲曲线线的的形形状状将将和和单单个个电电池池的的形形状状相相同同，只只是是电电压压和和电电流流都都增增大大了了。则则此此电电路路的的方方程程为：为：2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学15 式式中中，N表表示示串串联联电电池池的的个个数数，M为为并并联联电电池池的的个个数数，IT为为电电路路的的总总电电流流，VT电电路路的的总总电电压压，Io是是单单个个电电池池的的饱饱和和电电流流，IL是是单单个个电电池池的的短短路路电电流流，n是是单单个个电电池池的的理理想想填填充充因因子子，而而q、k和和T则为常数。则为常数。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2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学16 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N个电池串联，个电池串联，M个电池并联的电路个电池并联的电路IV曲线。曲线。由一系列相同的电池连接而成的总电路的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。曲线如下图所示。错错配配损损耗耗是是由由互互相相连连接接的的电电池池或或组组件件没没有有相相同同的的性性能能或或者者工工作作在在不不同同的的条条件件下下造造成成的的。在在工工作作条条件件相相同同的的情情况况下下，错错配配损损耗耗是是一一个个相相当当严严重重的的问问题题，因因为为整整个个光光伏伏组组件件的的输输出出是是决决定定于于那那个个表表现现最最差差的的电电池池的的输输出出的的。例例如如，在在一一块块电电池池片片被被阴阴影影遮遮住住而而其其它它电电池池则则没没有有的的情情况况下下，由由那那些些“好好”电电池池所所产产生生的的电电能能将将被被表表现现差差的的电电池池所所抵抵消消，而而不不是是用用于于驱驱动动电电路路。这这反反过过来来还还可可能能会会导导致致局局部部电电能能的的严严重重损损失失，而而由由此此产产生生的的局局部部加加热热也可能引起对组件无法挽回的损失。也可能引起对组件无法挽回的损失。2024/9/6 周五17 组组件件局局部部被被阴阴影影遮遮住住是是引引起起光伏组件错配的主要原因。光伏组件错配的主要原因。6.3.2 互联效应互联效应 错配效应错配效应2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学18 6.3.2 互联效应互联效应 错配效应错配效应 当当组组件件中中的的一一个个太太阳阳能能电电池池的的参参数数与与其其它它的的明明显显不不同同时时，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：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：光伏组件的工作点光伏组件的工作点 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 一一个个电电池池与与其其余余电电池池在在IV曲曲线线的的上上任任何何一一处处的的差差异异都都将将引引起起错错配配损损耗耗。下下图图将将展展示示电电池池的的非非理理想想IV曲曲线线和和工工作作环环境境。尽尽管管错错配配现现象象可可能能由由电电池池参参数数的的任任何何一一部部分分所所引引起起，但但是是严严重重的的错错配配通通常常都都是是由由短短路路电电流流或或开开路路电电压压的的差差异异所所引引起起的的。错错配配的的影影响响大大小小同同时时取取决决于于电电路路的的结结构构和和错错配配的的类类型型，在在下下面面的的几几节节中我们将有更详细的讨论。中我们将有更详细的讨论。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学19理想太阳能电池和非理想太阳能电池的比较。最大的错配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。差异是当电压被反向偏压的时候造成的。.反向电压很高时，反向电压很高时，pn结可能被击穿结可能被击穿并联电阻引并联电阻引起的下降起的下降电池消耗能量电池消耗能量非理想太阳能电池非理想太阳能电池电池产生能量电池产生能量电池消耗能量电池消耗能量串联电阻引起串联电阻引起的额外下降的额外下降理想太阳能电池理想太阳能电池 6.3.2 互联效应互联效应 错配效应错配效应 因因为为大大多多数数光光伏伏组组件件都都是是串串联联形形式式的的，所所以以串串联联错错配配是是人人们们最最常常遇遇到到的的错错配配类类型型。在在两两种种最最简简单单的的错错配配类类型型中中（短短路路电电流流的的错错配配和和开开路路电电压压错错配配），短短路路电电流流的的错错配配比比较较常常见见，它它很很容容易易被被组组件件的的阴阴影影部部分分所所引引起起。同同时时，这这种种错错配配类类型型也也是是最最严严重的。重的。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学20 对对于于两两个个互互相相串串联联的的电电池池来来说说，流流过过两两者者的的电电流流大大小小是是一一样样的的。产产生生的的总总电电压压等等于于每每个个电电池池的的电电压压的的总总和和。因因为为电电流流大大小小需需要要一一致致，所所以以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。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。6.3.3 互联效应互联效应串联电池的错配串联电池的错配2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学21 6.3.3 互联效应互联效应串联电池的错配串联电池的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。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，因为为“问题问题”电池产生的能量较少。因为两个电池是串联起来的，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。的电压之和。在在 动动 画画中中，电电池池输输出出的的电电压压比电池低。比电池低。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学22串联电池的短路电流错配串联电池的短路电流错配 串串联联电电池池的的短短路路电电流流错错配配取取决决于于组组件件所所处处的的工工作作点点，以以及及电电池池错错配配的的程程度度。短短路路电电流流错错配配对对光光伏伏组组件件有有重重大大影影响响。如如下下面面动动画画所所示示，在在开开路路电电压压处处，短短路路电电流流的的下下降降对对电电池池影影响响相相对对较较小小。即即开开路路电电压压只只产产生生了了微微小小的的变变化化，因因为为开开路路电电压压与与短短路路电电流流成成对对数数关关系系。然然而而，由由于于穿穿过过电电池池的的电电流流是是一一样样的的，所所以以两两者者结结合合的的总总电电流流不不能能超超过过有有问问题题电电池池的的电电流流，这这种种情情况况在在低低电电压压处处比比较较容容易易发发生生，好好电电池池产产生生的的额额外外电电流流并并不不是是被被每每一一个个电电池池所所抵抵消消，而而是是被被问问题题电电池池所所抵抵消消了了（通通常常在在短短路路电电流流处处也也会发生）。会发生）。6.3.3 互联效应互联效应串联电池的错配串联电池的错配 总总的的来来说说，在在有有电电流流错错配配的的串串联联电电路路中中，严严重重的的功功率率损损失失一一般般发发生生在在问问题题电电池池产产生生的的电电流流小小于于好好电电池池在在最最大大功功率率点点时时的的电电流流的的时时候候，或或者者当当电电池池工工作作在在短短路路电电流流或或低低电电压压处处时时，问问题题电电池池的的高高功功率率耗耗散散会会对对组组件件造造成成无无法法挽挽回回的的伤伤害害。这这些些影影响响在在下下面的两个动画都有描述。面的两个动画都有描述。2024/9/6 周五23 两两个个串串联联电电池池的的电电流流错错配配有有时时会会相相当当严严重重且且非非常常普普遍遍。串串联联的的电电流流受受到到问问题题电电池池的的电电流流限限制制。动动画画中中，电电池池的的输输出电压比电池的高。出电压比电池的高。6.3.3 互联效应互联效应串联电池的错配串联电池的错配2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学24 两线交点的电流表示串联电路的短路电流，这是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。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 6.3.3 互联效应互联效应串联电池的错配串联电池的错配 “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。电池时，如下图所示。2024/9/6 周五25如果组件的首尾都连接起来了，来自那些未被阴如果组件的首尾都连接起来了，来自那些未被阴影遮挡的电池的电能将被问题电池所抵消。影遮挡的电池的电能将被问题电池所抵消。个电池未被遮挡个电池未被遮挡10个串联电池个串联电池一个电池被遮挡一个电池被遮挡 电电路路中中，一一个个被被阴阴影影遮遮住住的的电电池池减减少少了了电电路路电电流流，使使得得好电池提高电压，并常常导致好电池提高电压，并常常导致“问题问题”电池的电压反置。电池的电压反置。6.3.4 互联效应互联效应 热点加热热点加热2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学26 6.3.4 互联效应互联效应 热点加热热点加热 如如果果串串联联电电路路的的工工作作电电流流大大小小接接近近于于“问问题题”电电池池的的短短路路电电流流，电电路路总总电电流流将将受受到到问问题题电电池池的的限限制制。则则好好电电池池产产生生的的额额外外电电流流（比比问问题题电电池池高高出出的的那那部部分分电电流流）将将变变成成好好电电池池的的前前置置偏偏压压。如如果果串串联联电电池池被被短短路路，则则所所有有好好电电池池的的前前置置偏偏压压都都将将变变成成问问题题电电池池的的反反向向电电压压。当当数数量量很很多多的的串串联联电电池池一一起起把把前前置置偏偏压压变变成成问问题题电电池池的的反反向向电电压压时时，在在问问题题电电池池处处将将会会有有大大的的能能量量耗耗散散，这这就就是是热热点点加加热热现现象象。基基本本上上所所有有好好电电池池的的总总的的发发电电能能力力都都被被问问题题电电池池给给抵抵消消了了。巨巨大大的的能能量量消消耗耗在在一一片片小小小小的的区区域域，局局部部过过热热就就会会发发生生，或或者者叫叫“热热点点”，它它反反过过来来也也会会导导致致破破坏坏性性影影响响，例例如如电电池或玻璃破碎、焊线熔化或电池的退化。池或玻璃破碎、焊线熔化或电池的退化。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学27 问题电池的热耗散导致组件的破碎。问题电池的热耗散导致组件的破碎。6.3.4 互联效应互联效应 热点加热热点加热 通通过过使使用用旁旁路路二二极极管管可可以以避避免免热热点点加加热热效效应应对对组组件件造造成成的的破破坏坏。二二极极管管与与电电池池并并联联且且方方向向相相反反，如如下下面面动动画画所所示示。在在正正常常工工作作状状态态，每每个个太太阳阳能能电电池池的的电电压压都都是是正正向向偏偏置置的的，所所以以旁旁路路二二极极管管的的电电压压为为反反向向偏偏置置，相相当当于于开开路路。然然而而，如如果果串串联联电电池池中中有有一一个个电电池池因因此此发发生生错错配配而而导导致致电电压压被被反反向向偏偏置置，则则旁旁路路二二极极管管就就会会立立即即导导通通，因因此此使使得得来来自自好好电电池池的的电电流流能能流流向向外外部部电电路路而而不不是是变变成成每每个个电电池池前前置置偏偏压压。穿穿过过问问题题电电池池的的最最大大反反向向电电压压将将等等于于单单个个旁旁路路二二极极管管的的管管压压降降，由由此此限限制制了了电电流流大大小小并并阻止了热点加热。阻止了热点加热。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学28 6.3.5 互联效应互联效应 旁路二极管旁路二极管2024/9/6 周五29 6.3.5 互联效应互联效应 旁路二极管旁路二极管 旁旁路路二二极极管管的的工工作作状状态态和和它它对对IV曲曲线线的的影影响响都都在在下下面面的的动动画中展示。画中展示。要要测测算算出出旁旁路路二二极极管管对对IV曲曲线线的的影影响响，首首先先找找出出单单个个太太阳阳能能电电池池（带带有有旁旁路路二二极极管管）的的IV曲曲线线，然然后后与与其其它它电电池池的的IV曲曲线线相相结结合合。旁旁路路二二极极管管只只在在电电池池出出现现电电压压反反向向时时才才对对电电池池产产生生影影响响。如如果果反反向向电电压压高高于于电电池池的的膝膝点点电电压压（knee voltage），则则二极管将导通并让电流流过。下图是结合之后的二极管将导通并让电流流过。下图是结合之后的IV曲线。曲线。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学30连接旁路二连接旁路二极管的电池极管的电池没接旁路二没接旁路二极管的电池极管的电池 接接有有二二极极管管的的电电池池的的IV曲曲线线。二二极极管管能能阻阻止止热热点点加加热热。为为了了便便于于观观测测，图图中中使使用用了了10个个电电池池，其其中中9个个好好电电池池，一一个个问问题题电电池池。典典型型的的光光伏伏组组件件由由36个个电电池池组组成成，如如果果没没有有旁旁路路二二极极管管，错错配配效效应应的的破破坏坏将将更更严严重重，但但连连接接二二极极管管后的影响却比后的影响却比10个电池的更小。个电池的更小。6.3.5 互联效应互联效应 旁路二极管旁路二极管2024/9/6 周五31 6.3.5 互联效应互联效应 旁路二极管旁路二极管 然然而而，实实际际上上若若每每个个电电池池都都连连接接一一个个二二极极管管，成成本本会会很很高高，所所以以一一般般改改为为一一个个二二极极管管连连接接几几个个电电池池。穿穿过过“问问题题”电电池池的的电电压压大大小小等等于于其其它它串串联联电电池池（即即与与问问题题电电池池共共享享一一个个二二极极管管的的电电池池）的的前前置置偏偏压压加加上上二二极极管管的的电电压压，如如下下图图所所示示。那那些些好好电电池池的的电电压压大大小小决决定定于于问问题题电电池池的的问问题题严严重重程程度度。例例如如，如如果果一一个个电电池池完完全全被被阴阴影影遮遮住住了了，那那些些没没有有阴阴影影的的电电池池会会因因短短路路电电流流而而导导致致正正向向电电压压偏偏置置，而而电电压压值值大大约约为为0.6V。如如果果问问题题电电池池只只是是部部分分被被阴阴影影遮遮住住，则则好好电电池池中中的的一一部部分分电电流流将将穿穿过过电电路路，而而剩剩下下的的则则被被用用来来对对每每个个电电池池产产生生前前置置偏偏压压。问问题题电电池池导导致致的的最最大大功功率率耗耗散散几几乎乎等等于于那那一一组组电电池池所所产产生生的的所所有有能能量量。在在没没有有引引起起破破坏坏的的情情况况下下，一一个个二二极极管管能能连连接接电电池池的的数数量量最最多多为为15（对对于于硅硅电电池池）。因因此此，对对于于通通常常的的36电电池池的的光光伏伏组组件件，需需要要2个个二极管来保证组件不会轻易被二极管来保证组件不会轻易被“热点热点”破坏。破坏。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学32 连连接接电电池池组组的的旁旁路路二二极极管管。穿穿过过好好电电池池的的电电压压大大小小决决定定于于问题电池的问题严重程度。图中问题电池的问题严重程度。图中0.5V只是任意取的数值。只是任意取的数值。6.3.5 互联效应互联效应 旁路二极管旁路二极管 在在小小的的电电池池组组件件中中，电电池池都都是是以以串串联联形形式式相相接接，所所以以不不用用考考虑虑并并联联错错配配问问题题。通通常常在在大大的的光光伏伏阵阵列列中中组组件件才才以以并并联联形形式式连连接接，所所以以错错配配通通常常发发生生在在组组件件与与组组件件之之间间，而而不不是是电电池池与与电电池之间。池之间。2024/9/6 周五33电电池池之之间间并并联联。穿穿过过每每个个电电池池的的电电压压总总是是相相等等的的，电电路路的的总总电电流流等等于于每个电池之和。每个电池之和。在在动动画画中中，电电池池2的的输输出出电电流流小小于于电电池池1。错错配配对对电电流流的的影影响响不不大大，总总的的电电流总是比单个电池电流高。流总是比单个电池电流高。两两个个并并联联电电池池的的电电压压错错配配。电电池池2的的电电压压的的增增加加事事实实上上降降低低了了好好电电池池的开路电压。的开路电压。6.3.6 互联效应互联效应并联电池的错配并联电池的错配2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学34 有有个个简简单单的的方方法法可可以以计计算算错错配配并并联联电电池池的的开开路路电电压压，即即在在坐坐标标图图中中以以电电压压为为自自变变量量画画出出IV曲曲线线，则则两两线线的的交交点点就就是是并联电路的开路电压。并联电路的开路电压。6.3.6 互联效应互联效应并联电池的错配并联电池的错配 在在大大型型光光伏伏阵阵列列中中，单单个个光光伏伏组组件件即即以以串串联联形形式式又又以以并并联联形形式式与与其其它它组组件件连连接接。一一系系列列串串联联的的电电池池或或组组件件叫叫“一一串串”。串串联联与与并并联联相相结结合合可可能能会会导导致致光光伏伏阵阵列列中中出出现现几几个个问问题题。一一个个潜潜在在的的问问题题来来自自于于“一一串串”电电池池中中的的一一个个发发生生了了开开路路。则则来来自自这这串串电电池池的的电电流流要要小小于于组组件件中中其其余余的的电电池池串串。这这种种情情况况与与串串联联电电路路中中有有一一个个电电池池被被阴阴影影遮遮挡挡的的情情况况相相似似，即即输输出出自自整整个个电电池组的能量将会下降。如下图所示。池组的能量将会下降。如下图所示。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学35 6.3.7 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2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学36 6.3.7 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 大大型型光光伏伏阵阵列列中中的的潜潜在在错错配配效效应应。尽尽管管所所有有的的组组件件都都是是一一样样的的，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。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。开路开路来自并联电路的来自并联电路的电流减小了电流减小了1/4左边的阵列在电路结构上相当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电池的电压等于左边每个电池的的2倍，电流为倍，电流为4倍。倍。如如果果旁旁路路二二极极管管的的额额定定电电流流与与整整个个并并联联电电路路的的输输出出电电流流大大小小不不匹匹配配的的话话，则则并并联联电电路路的的错错配配效效应应同同样样会会导导致致严严重重的的问问题题。比比如如，由由串串联联组组件件组组成成的的并并联联电电路路中中，每每个个串串联联组组件件的的旁旁路路二二极极管管也也以以并并联联形形式式连连接接，如如下下图图所所示示。串串联联组组件件中中的的一一个个错错配配将将会会导导致致电电流流从从二二极极管管流流过过，从从而而加加热热二二极极管管。然然而而，加加热热二二极极管管会会减减少少饱饱和和电电流流和和有有效效电电阻阻，以以至至于于组组件件中中的的另另一一串串电电池池也也受受影影响响。电电流流可可能能将将流流过过组组件件中中的的每每一一个个二二极极管管，但但也也一一定定会会流流过过与与二二极极管管相相连连的的那那一一串串电电池池。则则这这些些旁旁路路二二极极管管变变得得更更热热，将将大大大大降降低低它它们们的的电电阻阻并并提提高高电电流流。如如果果二二极极管管的的额额定定电电流流小小于于电电池池组组件件的的并并联联电电流流，二二极极管管将将会被烧坏，光伏组件也将会损坏。会被烧坏，光伏组件也将会损坏。6.3.7 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2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学38旁路二极管的一侧旁路二极管的一侧的电阻可能更低的电阻可能更低低电阻导低电阻导致大电流致大电流被遮挡的组件被遮挡的组件并联组件中的旁路二极管。并联组件中的旁路二极管。6.3.7 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 除除了了使使用用旁旁路路二二极极管管来来阻阻止止错错配配损损失失外外，通通常常还还会会使使用用阻阻塞塞二二极极管管来来减减小小错错配配损损失失。阻阻塞塞二二极极管管，如如下下图图所所示示，通通常常被被用用来来阻阻止止晚晚上上蓄蓄电电池池的的电电流流流流到到光光伏伏阵阵列列上上。在在互互相相并并联联的的组组件件中中，每每个个组组件件都都串串联联一一个个阻阻塞塞二二极极管管。这这不不仅仅能能降降低低驱驱动动阻阻塞塞二二极极管管的的电电流流，还还能能阻阻止止电电流流从从一一个个好好的的电电池池板板流流到到有有问题的电池板，也因此减小了并联组件的错配损失。问题的电池板，也因此减小了并联组件的错配损失。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学39 6.3.7 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2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学40 6.3.7 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阻塞二极管在并联组件中的作用。阻塞二极管在并联组件中的作用。问问题题电电池池组组的的阻阻塞塞二二极极管管阻阻止止了了电电流流从从旁旁边边的的电池组流向问题电池组。电池组流向问题电池组。阻塞二极管阻塞二极管旁旁路路二二极极管管 太太阳阳能能电电池池封封装装进进光光伏伏组组件件里里所所产产生生的的一一个个多多余余的的边边际际效效应应是是，封封装装改改变变了了组组件件内内热热量量的的进进出出状状况况，因因此此增增加加组组件件的的温温度度。温温度度的的增增加加对对电电池池的的主主要要影影响响是是减减小小电电池池的的输输出出电电压压，从从而而降降低低输输出出功功率率。此此外外，温温度度的的增增加加也也会会导导致致光光伏伏组组件件中中出出现现几几个个电电池池恶恶化化，因因为为上上升升的的温温度度也也会会增增加加与与热热扩扩散散有有关关的的压压力力，或者增加恶化率，即每上升或者增加恶化率，即每上升10C恶化量就增加恶化量就增加2个。个。2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学41六电池组件的热成像图片。六电池组件的热成像图片。6.4.1 温度效应温度效应光伏组件的温度光伏组件的温度2024/9/6 周五UNSW新南威尔士大学42 6.4.1 温度效应温度效应光伏组件的温度光伏组件的温度 组组件件的的工工作作温温度度决决定定于于组组件件产产生生的的热热量量、向向外外传传输输的的热热量量和和周周围围环环境境的的温温度度之之间间的的平平衡衡。而而组组件件产产生生的的热热量量决决定定于于组组件件所所在在的的工工作作点点、组组件件的的光光学学特特性性和和电电池池的的封封装装密密度度。组组件件向向外外散散发发热热量量可可以以分分为为三三个个过过程程：传传导导、对对流流和和辐辐射射。这这些些散散发发过过程程决决定定于于组组件件材材料料的的热热阻阻抗抗、组组件件的的发发光光特特性性和和组组件件所所处处的的环环境境条条件件（特特别别是是风风速速），我我们们将将在在下下面面几