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1、模块1 光伏组件设计,2,任务. 认识光伏组件,任务. 光伏组件的设计,返回,任务1. 1 认识光伏组件,1. 1. 1任务目标 了解光伏组件的定义;了解光伏组件的基本要求与分类;掌握光伏组件的基本构成;了解光伏组件的工作原理以及应用领域。 1. 1. 2任务描述 光伏组件是具有封装及内部连接的、能够提供直流输出的、最小的、不可分割的太阳能电池的组合装置。本任务主要是让学生了解光伏组件的基本要求与分类、基本构成，了解光伏组件的工作原理以及应用领域，为以后学习光伏组件设计与生产工艺任务打下基础。 .3任务实施 3. 1不同类型光伏组件的观察,下一页,返回,任务1. 1 认识光伏组件,为了获得对光
2、伏组件的直接印象，以便更好地理解光伏组件的定义，首先来观察两种不同类型的光伏组件(图1-1-1,图1-1-2)，对比一下它们的产品技术参数，看看有哪些不同。它们的外形结构的差异在哪里?是否还有其他区别? . 光伏组件模型的观察 仅从光伏组件实物看， 很难看清光伏组件的结构。这里通过一个常见的层压封装光伏组件结构示意图来展示其类似于三明治的结构， 如图 所示。太阳能电池片夹在面板玻璃和 背板的中间， 并通过 胶密封和粘接到面板玻璃、 背板上。 背板上还粘接了接线盒。面板玻璃和 背板的边沿安装了边框， 并用硅胶密封。,上一页,下一页,返回,任务1. 1 认识光伏组件,. 了解光伏组件的一般生产流程
3、 光伏组件是具有封装及内部连接的、能够提供直流输出的、最小的、不可分割的太阳能电池的组合装置。封装是光伏组件生产的关键， 封装质量的好坏直接决定了光伏组件的使用寿命和发电量， 因此， 封装涉及的内容很多， 除了封装工艺外， 还包括封装材料、封装质量检验等。先对光伏组件的生产过程做一个简单的介绍， 见表 。 . 认识光伏组件在光伏发电系统中的作用以及不同的应用领域光伏组件是光伏发电系统中的核心部件， 无论是独立光伏发电系统还是并网光伏发电系统， 都必须由光伏组件来提供电能， 如图 、图 所示。,上一页,下一页,返回,任务1. 1 认识光伏组件,. 相关知识 光伏组件是太阳能电池的组合装置， 故有
4、必要对太阳能电池的生产工艺和工作原理有个清晰的认识， 而关于具体的生产工艺请大家参考段春艳、卢东亮等老师编写的教材太阳能电池原理与生产工艺。此外， 也可以在假期到周边的太阳能电池生产企业（如广东爱康太阳能科技有限公司等）当实习生， 以便直观地了解太阳能电池的生产工艺。 . 晶硅太阳能电池的生产工艺 通过浏览光伏展示厅或参观光伏企业， 可以简单地了解太阳能电池的整个生产流程， 这里以晶硅太阳能电池为例， 如图 所示。,上一页,下一页,返回,任务1. 1 认识光伏组件,. 薄膜太阳能电池的生产工艺 对于薄膜太阳能电池， 其生产工艺与晶体硅太阳能电池有很大的不同， 人们通常采用各种薄膜沉积技术来制备
5、太阳能电池， 如（等离子体增强化学气相沉积）、（快速热化学气相沉积）、磁控溅射、热蒸发等。图 所示为 薄膜太阳能电池的生产流程图， 薄膜沉积采用共蒸发技术， 衬底为玻璃， 通过电极材料的溅射沉积和激光刻槽来实现接触、互联和集成。,上一页,下一页,返回,任务1. 1 认识光伏组件,. 太阳能电池的工作原理 前面提到光伏组件是太阳能电池的组合装置， 那什么是太阳能电池？ 太阳能电池是一种把光能转换成电能的半导体器件， 其工作原理的基础是半导体 结的光生伏特效应。 相关示意图如图 图 所示。 . 可练习项目 （）通过调研， 查找资料， 对比不同类型光伏组件的技术参数， 并通过对光伏组件模型的观察，
6、画出不同类型光伏组件的结构图。,上一页,下一页,返回,任务1. 1 认识光伏组件,（）查找相关资料， 了解光伏组件封装工艺的发展。 （）发挥想象， 发掘光伏发电系统可能的应用领域或场合， 提出创意。 （）常见的晶硅太阳能电池采用的是 型的硅衬底， 请根据太阳能电池和光伏组件的工作原理， 判断光伏组件的正负极输出端子， 并用万用表验证相关想法。,上一页,返回,任务. 光伏组件的设计,. 任务目标 了解光伏组件的设计要点； 掌握光伏组件的设计方法。 . 任务描述 为满足实际使用要求， 须将若干单片太阳能电池按电性能分类进行串并联连接， 然后经过封装， 组合成可以独立提供直流电输出的电源使用的光伏组
7、件。光伏组件的设计就是要根据其应用时的电性能要求、使用环境的要求以及市场对性价比的要求， 对采用何种类型太阳能电池、封装材料、封装工艺等进行选择。本任务主要是让学生了解并掌握光伏组件的设计要点和设计方法。,下一页,返回,任务. 光伏组件的设计,. 任务实施 . 了解光伏组件检验标准 为什么要了解光伏组件检验标准？ 它和光伏组件设计的关系是什么？ 先来阅读一个光伏组件检验标准。 地面用晶体硅光伏组件设定鉴定和定型要求地面应用的太阳能电池组件有良好的电绝缘性， 有足够的机械强度， 成本较低， 组合引起的效率损失小， 组件的寿命长， 而且所用材料、零部件及其结构的使用寿命一致。如何才能判断光伏组件能
8、达到这些要求呢？ 这是光伏组件检验标准要解决的问题。 目前， 光伏组件相关标准涉及光伏组件性能、质量可靠性和环境耐候性、安全性能等。这些标准都是在设计和生产光伏组件过程中的重要参考依据。光伏组件质量检验的主要标准见表 。,上一页,下一页,返回,任务. 光伏组件的设计,. 光伏组件的设计要点 光伏组件标准是其设计和生产的重要参考依据， 这里重点介绍光伏组件的电性能设计。 .物理电学性能 光伏组件的物理电学性能要求包括组件的功率大小、尺寸、承载、安装等， 且需要满足 和 或 等标准。不合理或考虑不周的设计都会使生产出来的光伏组件因失配效应、热斑效应等因素， 产生不必要的功率损失， 从而达不到设计要
9、求。,上一页,下一页,返回,任务. 光伏组件的设计,光伏组件是由太阳能电池片根据工作电压和输出功率的要求串并联起来的， 如图 所示， 然后通过专门的材料将太阳能电池封装起来的产品。因此， 太阳能电池的串并联方式对组件的电性能将产生重大影响。下面简单分析一下太阳能电池串并联的情况对电性能的影响。 （）太阳能电池串联的电路分析。两个电池串联后的总电压等于两个电池的电压和。两个电池的电流是相等的， 这意味着两个电池电流失配使得总电流等于最小的电池的电流， 如图 所示。 短路电流相等的两个电池串联后没有电流失配， 总电流等于两个单体电池的电流， 总电压等于两个单体电池电压的和， 如图 所示。,上一页,
10、下一页,返回,任务. 光伏组件的设计,当串联的两个电池产生的电流不相等的时候（例如将其中电池 的照射光遮掉一部分），那么电池 的短路电流就是流经外电路的最大电流， 电池 多出来的那部分电流， 在数学上等于 ， 将流经电池， 并且产生一个加在电池 上的正向偏压， 这个电压又对电池产生一个反向偏压， 由于总电路是短路的， 因此总电压为零， 如图 所示。 （）太阳能电池并联的电路分析。两个单体电池并联的情况下， 总的电流等于两个单体电池的电流和， 总电压等于两个单体电压， 如图 、图 所示。,上一页,下一页,返回,任务. 光伏组件的设计,（）串并联时， 电压电流都会小于理论值， 故计算好的组件在实际
11、生产完成后功率都会下降， 要解决这个问题， 唯一的办法就是筛选电池片， 尽量将性能相同的电池片使用在同一个组件上， 这样可以明显减少组件功率衰减。要根据标称的工作电压确定单体太阳能电池的串联数， 根据标称的输出功率来确定太阳能电池的并联数。为节约封装材料， 要合理地排列太阳能电池， 使其总面积尽量小。常见太阳能电池组件的输出峰值功率有、 等。组件外形尺寸关系到组件电池片整片的数量； 峰值电压关系到组件总单位片数； 功率则配合组件尺寸来决定单片电池片的功率。晶澳太阳能的光伏组件如图 所示。,上一页,下一页,返回,任务. 光伏组件的设计,（）光伏组件的电路方程。如果组件中的电池具有相同的电性能，
12、并且在相同的光照和温度下， 那么组件的电路方程为 光伏组件的 曲线如图 所示。 有文献指出， 对于单晶硅太阳能电池， 在制造过程中产生单体差异而引起的失配损失大约为. .。对于非晶硅， 失配问题研究得还不够， 但是非晶硅存在显著的衰减现象， 一组组件串并联后， 在实际使用过程中， 个体差异会变得很大， 可以肯定产生的失配现象更为严重， 甚至可以影响到正常使用的程度。光伏组件的功率损失如图 所示， 一个失配输出电池对串联电池组的影响如图 所示。,上一页,下一页,返回,任务. 光伏组件的设计,在短路情况下， 输出特性较差的被反向偏置， 并消耗大量功率。串联电池组的电流输出取决于最差的电池。当一组串
13、联的电池中有一个电池的电流明显低于其他电池的电流时， 就会发生热斑效应， 例如当一串电池中的一个电池照射光被遮挡后， 产生在这个电池上的电流明显小于其他电池， 这时总的电流被限制到最小， 产生大电流的电池上因此而产生的正偏压就会加在被遮挡的电池上， 被遮挡的电池就会变成消耗负载而消耗其他电池产生的功率， 这种电消耗以热的形式释放出来会导致组件的破坏。 （）降低热斑效应的方法。用并联法降低热斑效应示意如图 所示。 在短路的情况下有相互匹配的电流， 因此加在太阳能电池和旁路二极管上的电压为零，如图 所示。,上一页,下一页,返回,任务. 光伏组件的设计,在电流失配的情况下， 好的电池上流过的电流相当
14、于加了正向偏压， 同时加了反向偏压给坏的电池， 但这个时候因为有一个正偏的旁路二极管， 从而使电流从旁路二极管流过， 从而避免坏电池上的功耗， 如图 所示。 在开路并且电池之间的电流相互匹配的情况下， 短路电流正偏于每一个太阳能电池， 反偏于每个旁路二极管， 这时候旁路二极管不起作用， 如图 所示。 在开路并且电流失配的情况下， 照射光部分被遮挡的太阳能电池的电压虽然有所减小，但是旁路二极管仍然是反偏的， 所以也不起作用。如果照射光被全部遮挡， 这时被遮挡的电池相当于没有了光生电流， 所以旁路二极管仍然不起作用， 如图 所示。,上一页,下一页,返回,任务. 光伏组件的设计,如果没有旁路二极管，
15、 当有电池被遮光而造成电流失配的时候， 坏电池将会承受较大的电压降（取决于串联电池的个数）； 如果有旁路二极管， 则当反向偏压大于二极管的阈值电压时， 旁路二极管导通， 从而使加在坏电池上的电压降仅仅为二极管阈值电压大小，如图 所示。 在没有旁路二极管的情况下， 当有一个电池被遮挡时， 总电流等于坏电池的电流， 总电压等于所有串联的电池的电压和， 这时候坏电池消耗了大量的由好电池产生的功率， 如图 所示。,上一页,下一页,返回,任务. 光伏组件的设计,在有旁路二极管的情况下， 当电池被遮挡时， 旁路二极管在反向电压等于阈值电压（这个电压和开路电压相当）的时候导通， 从而使得总电流不至于降低到坏电池的电流大小， 从而减少了坏电池上的功率损耗， 如图 所示。实际中， 在每个电池上加上旁路二极管成本较高， 因此实际中总是一串电
