第六章光伏电池板与系统

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1、2024/8/18第六章光伏电池板与系统1第六章：第六章：光伏电池板与系统光伏电池板与系统 6.1 6.2电池板设计电池板设计 6.3互联效应互联效应 6.4 6.5其它问题其它问题 6.6电池板的寿命电池板的寿命2024/8/18第六章光伏电池板与系统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

2、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而引起的问题。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：电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 6.1 简介简介2024/8/18第六章光伏电池板与系统3 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

3、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板板块块内内，而而晶晶体体硅硅太

4、太阳阳能能电电池池则则通通常常保保护护在在刚刚性性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，可可见组件封装的可靠性有多高。见组件封装的可靠性有多高。 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2024/8/18第六章光伏电池板与系统4 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

5、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。如下图所示。如下图所示。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2024/8/18第六章光伏电池板与系统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

6、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

7、迅迅速速被被表表面面不不断断增增加加的的污污染染物物所所引引起起的的损损失失给给抵消了。抵消了。 2024/8/18第六章光伏电池板与系统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，应该有低的热阻抗性。应该有低的热阻抗性。 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

8、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。对于材料的种类，可以有几种选择，包括丙烯酸、聚合物和玻璃。对于材料的种类，可以有几种选择，包括丙烯酸、聚合物和玻璃。 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、 强强度好、稳定、高度透明、不透水不透气同时还有自我清洁功能。度好、稳定、高度透明、不透水不透气同时还有自我清洁功能。2024/8/18第六章光伏电池板与系统7 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

9、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150，EVA熔熔化化后后把组件的每一层都粘合在一起。把组件的每一层都粘合在一起。 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2024/8/18第六章光伏电池板与系统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

10、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材料。选材料。 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前表表面面和背表面都应该保持良好的光透性。和背表面都应该保持良好的光透性。2024/8/18第六章光伏电池板与系统9 框架框架 电电池池组

11、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滑无无凸凸起起状的，否则会导致水、灰尘或其它异物停留在上面。状的，否则会导致水、灰尘或其它异物停留在上面。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2024/8/18第六章光伏电池板与系统10 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

12、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。有有关关封封装装密密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。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

13、 6.2.3 电池板的设计电池板的设计封装密度封装密度2024/8/18第六章光伏电池板与系统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）2024/8/18第六章光伏电池板与系统12 一

14、一块块硅硅光光伏伏电电池池板板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的的，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匹匹配配的的形形式式。而而在在25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

15、，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。 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2024/8/18第六章光伏电池板与系统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

16、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出块电池串联起来以使输出的电压足以为的电压足以为12V的蓄电池充电。的蓄电池充电。2024/8/18第六章光伏电池板与系统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之间。之

17、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，因因此此输输出自这些组件的短路电流通常为出自这些组件的短路电流通常为4A左右。左右。 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度的的影影响响，但但却却容容易易受受组件的倾斜角度的影响。组件的倾斜角度的影响。2024/8/18第六章光伏电池板与系统15 如如

18、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状相同，只是电压和电流都增大了。则此电路的方程为：形状相同，只是电压和电流都增大了。则此电路的方程为： 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

19、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2024/8/18第六章光伏电池板与系统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。2024/8/18第六章光伏电池板与系统17 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

20、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

21、能能的的严严重重损损失失而而发热，也可能引起对组件无法挽回的损失。发热，也可能引起对组件无法挽回的损失。 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光伏伏组组件件错配的主要原因。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2024/8/18第六章光伏电池板与系统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：l 光伏组件的工作地点光伏组件的工作地点l 电

22、路的结构布局电路的结构布局l 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曲曲线线上上的的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。错错配配的的影响大小同时取决于电路的结构和错配的类型。影响大小同时取决于电路的结构和错配的类型。2024/8/18第六章光伏电池板与

23、系统19理想太阳能电池和非理想太阳能电池的比较。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。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，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2024/8/18第六章光伏电池板与系统20 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

24、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。 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

25、以以在电流中出现错配就意味着总的电流大小必须等于那个最小的值。在电流中出现错配就意味着总的电流大小必须等于那个最小的值。 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2024/8/18第六章光伏电池板与系统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

26、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比电池低。压比电池低。2024/8/18第六章光伏电池板与系统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

27、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

28、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2024/8/18第六章光伏电池板与系统232024/8/18第六章光伏电池板与系统24 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

29、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面的两个动画都有描述。下面的两个动画都有描述。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出电电压比电池的高。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2024/8/18第六章光伏电池板与系统25 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

30、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对于对于I轴反转的电池轴反转的电池IV曲线曲线2024/8/18第六章光伏电池板与系统26 “热点加热热点加热”现象发生在几个串联电池中，其中一个电池现象发生在几个串联电池中，其中一个电池出现了问题时，如下图所示。出现了问题时，如下图所示。如果组件的首尾都连接起来了，来自那些未被阴影遮挡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。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

31、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2024/8/18第六章光伏电池板与系统27 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

32、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

33、”，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，例例如如电电池池或玻璃破碎、焊线熔化或电池的退化。或玻璃破碎、焊线熔化或电池的退化。2024/8/18第六章光伏电池板与系统28 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2024/8/18第六章光伏电池板与系统29 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

34、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阻止了热点加热。止了热点

35、加热。 6.3.5 互联效应互联效应 旁路二极管旁路二极管2024/8/18第六章光伏电池板与系统30 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。2024/8/18第六章光伏电池板与系统31 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

36、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），则二极管将导通并让电流流过。下图是结合之后的则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。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

37、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后的的影影响响却却比比10个个电池的更小。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2024/8/18第六章光伏电池板与系统32 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

38、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

39、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个个（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个个电电池池的的光光伏伏组组件件，需需要要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。2024/8/18第六章光伏电池板与系统33 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

40、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2024/8/18第六章光伏电池板与系统34 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。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

41、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影影响响不不大大，总总的的电电流流总是比单个电池电流高。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2024/8/18第六章光伏电池板与系统35 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轴轴反反转转画画出出一一个个电电池池

42、的的IV曲曲线线，则则两两线线的的交点就是并联电路的开路电压。交点就是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对于对于V轴反转的电池轴反转的电池IV曲线曲线2024/8/18第六章光伏电池板与系统36 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既既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

43、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。 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2024/8/18第六章光伏电池板与系统37 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

44、一样样的的，且且阵阵列列中中没没有有电电池池被被阴阴影影遮遮住住，但但仍仍然然可可能能出出现现热热点加热现象。点加热现象。开路开路来自并联电路的电来自并联电路的电流减小了流减小了1/4左边的阵列在电路结构上相当于右左边的阵列在电路结构上相当于右边的电路，即右边的每个电池的电边的电路，即右边的每个电池的电压等于左边每个电池的压等于左边每个电池的2倍，电流倍，电流为为4倍。倍。2024/8/18第六章光伏电池板与系统38 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

45、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

46、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2024/8/18第六章光伏电池板与系统39旁路二极管的一侧的电旁路二极管的一侧的电阻可能更低阻可能更低低电阻导致低电阻导致大电流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

47、列中的错配效应光伏阵列中的错配效应2024/8/18第六章光伏电池板与系统40 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问题题的的

48、电电池板，也因此减小了并联组件的错配损失。池板，也因此减小了并联组件的错配损失。 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2024/8/18第六章光伏电池板与系统41 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电池池组流向问题电池组。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2024/8/18第六章光伏电池板与系统42 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

49、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，因因此此增增加加了了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，或者增加恶化率，即每上升力，或者增加恶化率，即每上升10恶化量就增加恶化量就增加2个。个。六电池组件的热成像图片。六电池组件的热成像图片。 6.4.

50、1 温度效应温度效应光伏组件的温度光伏组件的温度2024/8/18第六章光伏电池板与系统43 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

51、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（特别是风速）。（特别是风速）。2024/8/18第六章光伏电池板与系统44 晒晒在在阳阳光光之之下下的的光光伏伏电电池池既既产产生生热热又又产产生生电电。对对于于工工作作在在最最大大功功率率点点处处的的商商业业光光伏伏组组件件来来说说，只只有有10%到到15%的的太太阳阳光光被被转转换换成成电电，而而剩剩下下的的大大部部分分都都变变成成了了热热。影影响响组组件件的热生成的几个因素包括：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

52、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。 6.4.2 温度效应温度效应光伏组件的热生成光伏组件的热生成2024/8/18第六章光伏电池板与系统45 6.4.2 温度效应温度效应光伏组件的热生成光伏组件的热生成表面反射表面反射 被被组组件件表表面面反反射射出出去去的的光光对对电电能能的的产产生生没没有有贡贡献献。这这些些光光也也被被看看作作是是能能量量损损失失的的因因素素，因因此此要要尽尽量量减减少少。当当然然，反反射射光光也也不不会会使使组组件件加加热热。

53、对对于于典典型型玻玻璃璃表表面面封封装装光光伏伏组组件件来来说，反射光中包含了大约说，反射光中包含了大约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 电电池池的的工工作作点点和和效效率率决决定定了了电电池池吸吸收收的的光光子子中中能能转转换换成成电电能能的的数数量量。如如果果电电池池工工作作在在短短路路电电流流或或开开路路电电压压处处，则则产产生的电能为零。生的电能为零。2024/8/18第六章光伏电池板与系统46 6.4.2 温度效应温度效应光伏组件的热生成光伏组件的热生成光伏组件对光的吸收光伏组件对光的吸收 光光伏伏组组件件中中没没有有被被电电池池片片占占据据的的部部分

54、分同同样样也也会会加加热热组组件件。吸收和反射的光的比例决定于组件背面的材料和颜色。吸收和反射的光的比例决定于组件背面的材料和颜色。入入射射到到太太阳阳能能板板的的太太阳阳光光产产生生电电的的同同时也产生热。时也产生热。2024/8/18第六章光伏电池板与系统47红外光的吸收红外光的吸收 能能量量低低于于电电池池材材料料禁禁带带宽宽度度的的光光将将不不能能产产生生电电能能，相相反反会会变变成成热热量量使使电电池池温温度度上上升升。而而电电池池背背面面的的铝铝线线也也趋趋向向于于吸吸收收红红外外光光。如如果果电电池池的的背背面面没没有有被被铝铝完完全全覆覆盖盖，则则部部分红外光将穿过电池并射出组

55、件。分红外光将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 太太阳阳能能电电池池经经过过特特殊殊设设计计使使得得它它能能更更有有效效率率地地吸吸收收太太阳阳光光辐辐射射。电电池池本本身身通通常常能能比比组组件件封封装装材材料料和和电电池池背背表表面面层层产产生生更更多多的的热热量量。因因此此，电电池池封封装装材材料料的的增增加加也也将将增增加加电池单位面积产生的热量。电池单位面积产生的热量。 6.4.2 温度效应温度效应光伏组件的热生成光伏组件的热生成2024/8/18第六章光伏电池板与系统48 光光伏伏组组件件的的工工作作温温度度是是组组件件所所产产生生的的热热量量与与向向外

56、外界界传传输输的的热热量量之之间间的的动动态态平平衡衡。向向外外界界传传输输热热量量的的过过程程有有三三个个：传传导、对流和辐射。导、对流和辐射。组件表面的空气流动引起热对组件表面的空气流动引起热对流流组件向外辐射电磁波组件向外辐射电磁波热传导发生在热量从一块材料热传导发生在热量从一块材料传到另一块材料传到另一块材料太阳光加热组件太阳光加热组件 6.4.3 温度效应温度效应光伏组件的热损失光伏组件的热损失2024/8/18第六章光伏电池板与系统49 6.4.3 温度效应温度效应光伏组件的热损失光伏组件的热损失热传导热传导 热热传传导导导导致致热热损损失失是是由由于于光光伏伏组组件件与与其其它它

57、相相互互接接触触的的材材料料（包包括括周周围围空空气气）存存在在热热梯梯度度。光光伏伏组组件件向向外外传传导导热热的的能能力力可可以以通通过过电电池池封封装装材材料料的的热热阻阻抗抗和和材材料料结结构构来来描描述述。热热量量的的传传导导形形式式与与电电路路中中电电流流的的传传导导形形式式很很相相似似。对对于于热热传传导导，材材料料之之间间的的温温度度差差异异驱驱使使热热量量从从高高温温流流向向低低温温区区域域，类类似似的的，因因为为电电路路两两区区域域存存在在电电势势差差才才导导致致电电子子的的流流动动。因因此此，温温度度与与热热量量的的关关系系可可以以通通过过下下面面的的方方程程给给出出，这

58、这有有点点类类似似于于流流经经一一电电阻阻的的电电流流与电压的关系。与电压的关系。2024/8/18第六章光伏电池板与系统50 假假设设材材料料的的构构成成是是均均匀匀一一致致的的，且且状状态态稳稳定定，则则热热传传导导与与温温度度之之间间的的方方程程为为： T=T=P Pheatheat 。式式中中，P Pheatheat指指的的是是光光伏伏组组件件产产生生的的热热量量，为为发发射射区区表表面面的的热热阻阻抗抗，单单位位为为W W-1-1，T T两两种种材材料料之之间间的的温温度度差差。组组件件的的热热阻阻抗抗决决定定于于材材料料的的厚厚度度和和它它的的热热阻阻率率。热热阻阻抗抗类类似似于于

59、电电阻阻，它它的的方方程程为为：=L/kA =L/kA 其其中中A A为为传传热热表表面面的的面面积积，L L为为热热量量在在材材料料中中传传导导的的长长度度，k k是是单单位位为为WmWm-1-1-1-1的热导率。的热导率。 要要测测算算复复杂杂结结构构的的热热电电阻阻，可可以以把把各各个个部部分分的的阻阻抗抗以以串串联联或或并并联联形形式式相相加加。例例如如，因因为为组组件件的的前前表表面面和和背背表表面面都都向向外外界界传传输输热热量量，则则这这两两块块区区域域的的总总阻阻抗抗等等于于它它们们的的各各自自阻阻抗抗并并联联相相加加。此此外外，电电池池封封装装材材料料与与组组件件玻玻璃璃的的

60、热热阻阻抗抗则则以以串串联联形形式式相相加。加。 6.4.3 温度效应温度效应光伏组件的热损失光伏组件的热损失2024/8/18第六章光伏电池板与系统51 6.4.3 温度效应温度效应光伏组件的热损失光伏组件的热损失对流对流 热热对对流流就就是是从从组组件件表表面面流流过过的的物物质质把把组组件件表表面面的的热热量量带带走走。对对于于光光伏伏组组件件，热热对对流流是是由由组组件件表表面面吹吹过过的的风风引引起起的的。这个过程所传输的热量可以由下面方程表示：这个过程所传输的热量可以由下面方程表示： P Pheatheat=hA=hAT T A A表表示示两两种种材材料料接接触触的的面面积积，h

61、h为为热热对对流流率率，单单位位为为WmWm-2-2-1-1，T T两两种种材材料料之之间间的的温温度度差差。与与热热传传导导过过程程不不同同，直直接计算接计算h h的过程非常复杂，通常是通过实验测算出来。的过程非常复杂，通常是通过实验测算出来。2024/8/18第六章光伏电池板与系统52 辐射辐射 组组件件向向外外部部环环境境传传输输热热量量的的最最后后一一种种方方式式是是向向外外辐辐射射电电磁磁波波。像像黑黑体体辐辐射射一一节节所所讨讨论论的的那那样样，任任何何物物体体都都会会向向外外辐辐射射电电磁磁波波，辐辐射射的的波波由由温温度度决决定定。黑黑体体辐辐射射的的功功率率强强度由下面方程给

62、出：度由下面方程给出： P=T4 式式中中P为为光光伏伏组组件件产产生生的的热热能能，斯斯特特潘潘-波波尔尔兹兹曼曼常常数数，T为为电电池池组组件件的的温温度度，单单位位为为K。然然而而，光光伏伏组组件件并并不不是是一一个个理理想想的的黑黑体体，所所以以要要计计算算非非理理想想黑黑体体辐辐射射的的话话，需需要要引引入入一一个个叫叫发发射射率率的的参参数数。作作为为完完美美发发射射体体的的黑黑体体，它的发射率能达到它的发射率能达到1 1。 6.4.3 温度效应温度效应光伏组件的热损失光伏组件的热损失2024/8/18第六章光伏电池板与系统53 6.4.3 温度效应温度效应光伏组件的热损失光伏组件

63、的热损失 一一个个物物体体的的发发射射率率一一般般可可以以通通过过它它的的吸吸收收特特性性测测量量出出来来，因因为为这这两两种种特特性性非非常常相相似似。例例如如金金属属，吸吸收收率率很很低低，同同样样发发射射率率也也很很低低，通通常常只只有有0.03.0.03.引引入入发发射射率率之之后后的的方方程程变为：变为： P=P=T T4 4 组组件件热热量量的的净净损损失失等等于于组组件件向向外外辐辐射射的的热热量量与与外外部部环环境向组件辐射的热量的差，即境向组件辐射的热量的差，即 P=P=（T T4 4scsc-T-T4 4ambamb） 其其中中T Tscsc为为电电池池的的温温度度，T T

64、ambamb为为电电池池外外部部环环境境的的温温度度，其其它的则为常量。它的则为常量。2024/8/18第六章光伏电池板与系统54 在在1kW/m2的的光光照照下下，光光伏伏组组件件的的典典型型温温度度大大约约为为25。然然而而，在在实实际际的的光光伏伏发发电电站站中中，电电池池通通常常在在温温度度更更高高且且光光强强更更低低的的环环境境工工作作。为为了了估估算算出出太太阳阳能能电电池池的的功功率率输输出出，关关键键的的一一步步是是要要测测算算出出光光伏伏组组件件可可能能的的工工作作温温度度。电电池池额额定定工工作作温度（温度（NOCT）被定义为在下列条件下，开路时电池的温度：）被定义为在下列

65、条件下，开路时电池的温度： 电池表面的辐照度电池表面的辐照度=800W/m2 空气温度空气温度=20 风速风速=1m/s 衬底衬底=背面向外敞开背面向外敞开 6.4.4 温度效应温度效应电池的额定工作温度电池的额定工作温度2024/8/18第六章光伏电池板与系统55 6.4.4 温度效应温度效应电池的额定工作温度电池的额定工作温度 关关于于组组件件与与空空气气之之间间太太阳阳辐辐射射和和温温度度的的差差异异的的方方程程，显显示示了了在在风风速速一一定定的的情情况况下下，热热对对流流和和热热传传导导损损失失的的大大小小都都与与太太阳阳辐辐照照度度成成线线性性关关系系（这这里里我我们们假假设设温温

66、度度对对热热阻阻抗抗和和热热传传导导率率影影响响不不大大）。下下图图将将分分别别展展示示最最佳佳条条件件、最最坏坏条条件件和和平平均均条条件件下下的的NOCT。最最佳佳情情况况包包括括了了组组件件背背部部安安装装铝铝散散热热片片以以降降低低温温度度，因因为为散散热热片片能能减减小小热热阻阻抗抗同同时时增增大大表表面面的对流面积。的对流面积。2024/8/18第六章光伏电池板与系统56组组件件与与外外部部环环境境的的温温度度差差随随着着太太阳阳光光照照强强度的增加而变大。度的增加而变大。 最最好好的的组组件件、最最差差的的组组件件以以及及典典型型的的组组件件的的额额定定工工作作温温度度NOCT分

67、分别别为为33、58 和和48 。计计算算电电池池温温度度的的近近似似方方程程为：为： 式式中中，S为为光光强强，单单位位mW/cm2。风风速速较较高高时时，组组件件温温度将会下降，反之，当风速为零时温度将更高。度将会下降，反之，当风速为零时温度将更高。 6.4.4 温度效应温度效应电池的额定工作温度电池的额定工作温度2024/8/18第六章光伏电池板与系统57组件设计对组件设计对NOCT的影响的影响 组组件件设设计计，包包括括组组件件材材料料和和封封装装密密度度，是是影影响响NOCT的的主主要要因因素素。例例如如，低低封封装装密密度度和和低低热热阻阻抗抗的的背背表表面面能能够够使使组组件温度

68、降低件温度降低5。安装条件的影响安装条件的影响 热热传传导导和和热热对对流流都都很很容容易易受受到到光光伏伏组组件件安安装装条条件件的的影影响响。当当组组件件背背面面不不能能与与外外界界环环境境传传输输热热量量时时（比比如如，电电池池组组件件直直接接安安放放在在地地面面上上，中中间间不不留留有有空空隙隙），其其热热阻阻抗抗可可能能为为无无限限大大。类类似似的的，在在这这种种安安装装条条件件下下，组组件件表表面面的的热热对对流流也也将将受受到到限限制制。因因此此，当当光光伏伏组组件件安安装装在在屋屋顶顶时时，组组件件温温度度通通常常能能提高提高10。 6.4.4 温度效应温度效应电池的额定工作温

69、度电池的额定工作温度2024/8/18第六章光伏电池板与系统58热膨胀效应是在设计组件时需要考虑的另外一个重要温度效应。热膨胀效应是在设计组件时需要考虑的另外一个重要温度效应。温度上升时，使用温度上升时，使用“应力环应力环”能调节电池之间的膨胀。能调节电池之间的膨胀。 6.4.5 温度效应温度效应热膨胀与热压力热膨胀与热压力2024/8/18第六章光伏电池板与系统59 6.4.5 温度效应温度效应热膨胀与热压力热膨胀与热压力电池与电池的间隙将扩大一定距离电池与电池的间隙将扩大一定距离： =(G GC-C-C CD D)T T式式中中G G C C分分别别是是玻玻璃璃和和电电池池的的膨膨胀胀系系

70、数数，D D为为电电池池的的宽宽度度，C C为为电电池池中中心心点点的的距距离离，如如上上图图所所示示。通通常常，电电池池之之间间的的连连接接线线是是成成圆圆形形的的（如如图图），以以尽尽量量减减小小周周期期应应力力。连连接接线线一一般般为为双双层层以以防防止止被被这这种种应应力力破破坏坏。除除了了这这种种互互联联压压力力外外，几几乎乎所所有有的的组组件件交交界界面面都都会会受受到到与与温温度度有有关关的的周周期期应应力力的的影影响响，且且可可能能最终导致组件脱落。最终导致组件脱落。2024/8/18第六章光伏电池板与系统60 6.5.1 其它需要考虑的因素其它需要考虑的因素电力保护和机械保护

71、电力保护和机械保护电绝缘电绝缘 封封装装系系统统必必须须能能够够承承受受系系统统的的电电势势差差。金金属属框框架架也也应应该该接接地地，因因为为组组件件的的内内部部和和终终端端的的电电势势都都大大大大高高出出大大地地电电势势。任何漏到大地上的电流都应尽量减小。任何漏到大地上的电流都应尽量减小。机械保护机械保护 太太阳阳能能组组件件必必须须有有足足够够的的硬硬度度和和刚刚度度以以承承受受正正常常安安装装时时的的应应力力。如如果果电电池池表表面面的的封封装装材材料料为为玻玻璃璃，则则玻玻璃璃必必须须通通过过钢钢化化，因因为为组组件件中中心心部部位位的的温温度度要要比比周周围围框框架架区区域域的的温

72、温度度高高。这这将将在在周周围围产产生生张张力力，并并有有可可能能导导致致玻玻璃璃破破裂裂。在在光光伏伏阵阵列列中中，组组件件必必须须能能够够承承受受其其本本身身一一定定程程度度的的弯弯曲曲，以以及及能能够够承承受风力所产生的震动和雪、冰等施加的压力。受风力所产生的震动和雪、冰等施加的压力。2024/8/18第六章光伏电池板与系统61 6.5.1 其它需要考虑的因素其它需要考虑的因素电力保护和机械保护电力保护和机械保护组件框架可能发生的扭曲。组件框架可能发生的扭曲。由澳大利亚标准由澳大利亚标准AS4509-1999设定的标准包括：设定的标准包括： 静静负负荷荷3.9Kpa，力力从从前前表表面面

73、指指向向背背面面（相相当当于于风风速速为为 200km/hr的风）的风） 动负荷动负荷2.5kpa，从前表面指向背面，超过，从前表面指向背面，超过2500- 10000次（相当于次（相当于160km/hr的风）的风） 冰雹冲击损坏冰雹冲击损坏直径直径2.5cm速度速度23.2m/s的冰雹冲击的冰雹冲击 （80km/hr）2024/8/18第六章光伏电池板与系统62 散装硅光伏组件退化或损坏机制散装硅光伏组件退化或损坏机制 因因为为没没有有转转动动部部件件（其其它它发发电电系系统统主主要要考考虑虑的的可可靠靠性性 问问题题），所所以以光光伏伏组组件件的的工工作作寿寿命命主主要要取取决决于于组组件

74、件材材料料的的稳稳定定性性和和抵抵抗抗腐腐蚀蚀的的能能力力。电电池池制制造造者者们们能能保保证证其其寿寿命命能能达达到到20年年，这这便便足足以以说说明明现现在在硅硅光光伏伏组组件件的的质质量量了了。尽尽管管如如此此，还还是是有有几几种种损损坏坏和和退退化化机机制制可可能能会会降降低低功功率率输输出出或或降降低低使使用用寿寿命命。几几乎乎所所有有的损坏和退化机制都与水侵蚀和温度应力有关。的损坏和退化机制都与水侵蚀和温度应力有关。已已退退化化或或损损坏坏的的光光伏伏组组件件样样品品。图图中中显显示示了了水水蒸蒸气气的的侵侵蚀蚀导导致致了电池减反射膜退化。了电池减反射膜退化。 6.6.1 光伏组件

75、的寿命光伏组件的寿命晶体硅光伏组件的退化机制晶体硅光伏组件的退化机制2024/8/18第六章光伏电池板与系统63 6.6.1 光伏组件的寿命光伏组件的寿命晶体硅光伏组件的退化机制晶体硅光伏组件的退化机制可逆转的输出功率减退可逆转的输出功率减退 光伏组件的输出功率减退也可能是由可逆转的因素导致的。光伏组件的输出功率减退也可能是由可逆转的因素导致的。比如，部分表面被从地上长出的树给遮住了，或者表面粘有泥比如，部分表面被从地上长出的树给遮住了，或者表面粘有泥土（光伏组件通常会因表面的泥土而损失大约土（光伏组件通常会因表面的泥土而损失大约10%的输出功率）的输出功率）。一个组件可能已经退化了，或者组件

76、之间的互联可能改变了。一个组件可能已经退化了，或者组件之间的互联可能改变了光伏阵列的工作点。但是，在那些因素被改正后，这些功率退光伏阵列的工作点。但是，在那些因素被改正后，这些功率退化都是可以恢复的。化都是可以恢复的。 光光伏伏阵阵列列中中，组组件件表表面面的的泥泥土土可可能能引引起起错错配配损损耗耗，或或者者更更大大幅幅度度的统一的功率输出损耗。的统一的功率输出损耗。2024/8/18第六章光伏电池板与系统64电池短路电池短路 短短路路可可能能发发生生在在电电池池的的连连接接处处，如如下下图图所所示示。短短路路现现象象也也是是在在薄薄膜膜电电池池中中普普遍遍出出现现的的退退化化机机制制，因因

77、为为薄薄膜膜电电池池的的前前表表面面和和背背面面靠靠非非常常近近，此此外外，针针孔孔、腐腐蚀蚀区区域域和和损损坏坏区域这些因素都增加了电池被短路的机会。区域这些因素都增加了电池被短路的机会。 6.6.1 光伏组件的寿命光伏组件的寿命晶体硅光伏组件的退化机制晶体硅光伏组件的退化机制2024/8/18第六章光伏电池板与系统65 6.6.1 光伏组件的寿命光伏组件的寿命晶体硅光伏组件的退化机制晶体硅光伏组件的退化机制 电池开路电池开路 尽管剩余的连接点加上互联母线的存在，能使电池继续尽管剩余的连接点加上互联母线的存在，能使电池继续工作，但是电池开路依然是普遍存在的退化机制。电池的破工作，但是电池开路

78、依然是普遍存在的退化机制。电池的破碎可由以下几个因素引起：碎可由以下几个因素引起： 热应力热应力 冰雹冰雹 制造和封装过程的破坏导致潜在的裂痕，通常在制造和封装过程的破坏导致潜在的裂痕，通常在 生产检查时观察不到，但以后会逐渐出现。生产检查时观察不到，但以后会逐渐出现。2024/8/18第六章光伏电池板与系统66 6.6.1 光伏组件的寿命光伏组件的寿命晶体硅光伏组件的退化机制晶体硅光伏组件的退化机制断裂的电池，说明了互联母线是怎样阻止开路现象出现的。断裂的电池，说明了互联母线是怎样阻止开路现象出现的。2024/8/18第六章光伏电池板与系统67互联开路互联开路 由由周周期期性性热热应应力力和

79、和风风荷荷载载引引起起的的机机械械疲疲惫惫，导导致致了了互互联联开开路现象的发生。路现象的发生。组件开路组件开路 组件之间同样会发生开路现象，通常在母线或接线盒处。组件之间同样会发生开路现象，通常在母线或接线盒处。组件短路组件短路 尽尽管管在在出出售售之之前前每每个个组组件件都都经经过过检检测测，但但是是多多数数的的组组件件短短路路都都是是制制造造缺缺陷陷引引起起的的。绝绝缘缘物物质质的的风风化化降降解解导导致致了了绝绝缘缘层层脱落、碎裂或电化学腐蚀。脱落、碎裂或电化学腐蚀。 6.6.1 光伏组件的寿命光伏组件的寿命晶体硅光伏组件的退化机制晶体硅光伏组件的退化机制2024/8/18第六章光伏电

80、池板与系统68 6.6.1 光伏组件的寿命光伏组件的寿命晶体硅光伏组件的退化机制晶体硅光伏组件的退化机制组件玻璃的破损组件玻璃的破损 表表面面玻玻璃璃的的破破损损可可能能由由肆肆意意破破坏坏、热热应应力力、操操作作失失误误、风或冰雹的因素引起。风或冰雹的因素引起。组件脱落（组件脱落（Module Delamination） 组组件件脱脱落落是是早早期期生生产产的的电电池池中中常常见见的的现现象象，但但现现在在已已经经比比较较少少见见。通通常常因因键键合合强强度度的的降降低低引引起起，或或者者因因湿湿气气和和光光热导致老化，或者不同的热膨胀和湿膨胀引起破坏。热导致老化，或者不同的热膨胀和湿膨胀引起破坏。热点失效（热点失效（Hot-Spot Failures） 错错配配、破破裂裂或或遮遮蔽蔽的的电电池池可可能能导导致致如如前前所所述述的的热热点点失失效。效。