和背面都能够接收光的照射。在双面电池组件中的前表面
和背表面都应该保持良好的光透性。
2018/11/15 应用光伏学 8
§ 6.2.2 电池板的设计 封装的材料
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。
4
§ 6.2.2 电池板的设计 封装的材料
前表面材料
光伏组件的前端表面必须对那些能够被电池吸收的光线保持高透明 度。对于硅太阳能电池，其前端表面必须能透过波长范围为 350nm 到 1200nm的光。此外，前端表面对光的反射率必须很低。尽管理论上这些 反射可以通过在表面铺上减反射膜来降低，但是实际上，对于大多数光伏
电流却决定于单个太阳能电池的尺寸大小和它们的转换效率 。在
AM1.5和最优倾斜角度下，商用电池的电流密度大约在30mA/cm2 到36mA/cm2之间。 单晶硅电池的面积通常为 100cm2 ，则总的输出电流大约为 3.5A。多晶硅电池组件的电池片面积更大但电流密度较低，因此输 出自这些组件的短路电流通常为4A左右。 但是，多晶硅电池的面积可以有多种变化，因此电流也可以有 多种选择。组件的输出电流和电压并不受温度的影响，但却容易受
其中含铁量低的玻璃是使用最广泛的，因为它成本低、 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。
2018/11/15 应用光伏学 6
§ 6.2.2 电池板的设计 封装的材料
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
第六章： 光伏电池板与系统
§ 6.1简介 § 6.2电池板设计 § 6.3互联效应 § 6.4温度效应 § 6.5其它问题 § 6.6电池板的寿命
2018/11/15 应用光伏学 1
§ 6.1
简介
一块太阳能电池板是由许多单个太阳能 电池连接而成的，这样能增加功率输出。电 池被封装起来以阻止来自周围环境的破坏和 防止人们触电。然而，电池板设计的几个方 面可能会减少功率输出或者降低使用寿命。 接下来的几节将讨论电池是怎样被封装到板 块里去的，以及讨论由于电池相互连接和封 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： • 不匹配的电池之间的互联引起的损耗 • 电池板的温度 • 电池板的故障模式
圆形电池和方形电池的封装密度。
2018/11/15 应用光伏学
白色的背表面
10
§ 6.2.3 封装密度
电池板的设计
当组件中电池排列较稀疏时，露出的空白背面同样能够少 量增加电池的输出，因为“零深度聚光”效应的影响，如下图 所示。一些射入到电池与电池之间的空白区域和射到电极上的 光，被散射后又传到电池表面。
组件的倾斜角度的影响。 2018/11/15
应用光伏学
14
§ 6.3.1. 互联效应 组件电路的设计
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： q VT /N IT M I L -M IO exp -1 nkT 式中， N 表示串联电池的个数， M 为并联电池的个数， IT 为电路的总电流，VT电路的总电压，Io是单个电池的饱和电流， IL是单个电池的短路电流，n是单个电池的理想填充因子， 而 q、k和T则为常数。
2018/11/15 应用光伏学 20
§ 6.3.3 互联效应 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“问题”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 个电池的电压之和。
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 严重损失而发热，也可能引起对组件无法挽回的损失。
2018/11/15 应用光伏学 15
§ 6.3.1. 互联效应 组件电路的设计
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。
N个电池串联，M个电池并联的电路IV曲线。
2018/11/15 应用光伏学 16
§ 6.3.2 互联效应 错配效应
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
一个电池与其余电池在IV曲线上的任何一处的差异都将引 起错配损耗。下图将展示电池的非理想IV曲线和工作环境。尽 管错配现象可能由电池参数的任何一部分所引起，但是严重的 错配通常都是由短路电流或开路电压的差异所引起的。错配的 影响大小同时取决于电路的结构和错配的类型。
2018/11/15 应用光伏学
18
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℃，EVA熔化后 把组件的每一层都粘合在一起。
2018/11/15 应用光伏学 7
§ 6.2.2 电池板的设计 封装的材料
背表面层
光伏组件的背表面层材料的最关键性质是必须拥有低
热阻抗性，同时必须能够阻止水和水蒸气的渗入。对于大 多数组件，薄的聚合物层特别是 Tedlar，是背表面层的首 选材料。 有些光伏组件被称为双面组件，被设计成电池的正面
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。
两个串联电池的电流错配有时 会相当严重且非常普遍。串联 的电流受到问题电池的电流限 制。动画中，电池２的输出电 压比电池１的高。
2018/11/15 应用光伏学 24
在动画中，电 池２输出的电 压比电池１低。
2018/11/15 应用光伏学 21
§ 6.3.3 互联效应 串联电池的错配
串联电池的短路电流错配
串联电池的短路电流错配取决于组件所处的工作点，以 及电池错配的程度。短路电流错配对光伏组件有重大影响。 如下面动画所示，在开路电压处，短路电流的下降对电池影 响相对较小。即开路电压只产生了微小的变化，因为开路电 压与短路电流成对数关系。然而，由于穿过电池的电流是一 样的，所以两者结合的总电流不能超过有问题电池的电流， 这种情况在低电压处比较容易发生，好电池产生的额外电流 并不是被每一个电池所抵消，而是被问题电池所抵消了（通 常在短路电流处也会发生）。
2018/11/15 应用光伏学 2
§ 6.2.1 电池板的设计 电池板的结构
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板块内，而晶体硅 典型的晶体硅 太阳能电池则通常保护在刚性的玻璃封装内，一 电池板，为偏远地 般规定的硅太阳能电池板的使用寿命为20年，可 区供电。 见组件封装的可靠性有多高。
2018/应用光伏学
23
§ 6.3.3 互联效应 串联电池的错配
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。
玻璃 电极 密封层（EVA）
2018/11/15
应用光伏学
11
§ 6.3.1. 互联效应 组件电路的设计
一块硅光伏电池板通常是由多块太阳能电池互相串联而
成的，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伏蓄电池相匹配的形式。而在25℃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
§ 6.3.2 互联效应 错配效应
反向电压很高时， pn结可能被击穿 .
理想太阳能电池
并联电阻引 起的下降 电池消耗能量
非理想太阳能电池
电池产生能量 串联电阻引起 的额外下降 电池消耗能量
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。
2018/11/15 应用光伏学 19
2018/11/15 应用光伏学 12
§ 6.3.1. 互联效应 组件电路的设计
典型的组件由36块电池串联而成
在典型的组件中，36块电池串联起来以使输 出的电压足以为12V的蓄电池充电。
2018/11/15 应用光伏学 13
§ 6.3.1. 互联效应 组件电路的设计
虽然光伏组件的电压大小决定于电池的数量，但是组件的输出
组件局部被阴影 遮住是引起光伏组件 错配的主要原因。
2018/11/15 应用光伏学 17
§ 6.3.2 互联效应 错配效应
当组件中的一个太阳能电池的参数与其它的明显不同时， 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： 光伏组件的工作地点 电路的结构布局 受影响电池的参数