（3） 组件的光学老化——封装材料的变色可导致性能逐渐下降 （4） 电池短路——容易在电池互联的地方出现
降格与失效

(5）电池断路——电池的破裂可导致 断路 热应力 冰雹或碎石 在生产或装配过程中造成的“隐 性裂痕”

(6) 互联的断路与寄生串联电阻—— 由于循环热应力和风力负荷会导致连 接件的疲劳，从而导致互联电路的断 路故障，寄生串联电阻会随时间的推 移而逐渐增大。随着铅锡合金的老化， 焊接处会变脆且会破裂分离成锡和铅 的碎片，导致电阻的增加。 （7） 组件的断路和寄生串联电阻— —断路故障和老化的影响也会在组件 结构中出现，最典型的是在总电线和 接线盒中发生
组件构造

背膜： TPT--聚氟乙烯复合膜。关于太阳电池组件封装的TPT至少应该有三层结构： 外层Tedlar（PVF）+中间层PET+内层Tedlar（PVF），外层保护层PVF具有良好 的抗环境侵蚀能力，中间层为聚脂薄膜具有良好的绝缘性能，内层PVF需经表面处 理和EVA具有良好的粘接性能。封装用Tedlar必须保持清洁，不得沾污或受潮，特 别是内层不得用手指直接接触，以免影响EVA的粘接强度。另外还有TPE、BBF等。 主要技术指标： ①与EVA黏结强度≥20 ②水蒸汽透过率（%）：≤1.5 ③绝缘性能 ④拉伸率（%）：≤120
温度对太阳能电池I-V特性的影响
影响组件性能的因素

辐照度：组件温度不变时，短路电流（Isc）与辐照度成正比，与之伴随最大 输出功率（Pm）与辐照度大致成正比 NOCT（Normal Operating Cell Temperature 额定电池工作温度）：当组 件电池处于开路状态，并在一下具有代表性情况时所达到的温度 电池表面光强强度=800W/m2 空气温度=20℃ 风速=1m/s 支架结构=后背面打开
组件构造

封装材料：大部分长时间湿气的渗入是组件失效的原因。水蒸气在电 池板或者电路上冷凝会导致短路或者腐蚀。因此组件必须对气体、蒸 汽或液体有很强的抵御性。最易受侵入的地方是电池盒封装材料之间 的界面，以及所有不同材料接触的界面。通常的封装材料是乙烯-醋酸 乙烯共聚物（EVA）、特氟纶（Teflon）和铸件树脂。 EVA 胶膜是一种热固性的膜状热熔胶，常温下不发粘，便于操 作；在熔融状态下，它和硅晶片、玻璃、TPT 产生粘接，成为太阳电 池板。 主要技术指标： ①固化条件：快固胶膜135～140℃、15～20m in 常规胶膜145~ 150℃、30m in ②透光率（ % ）：≥91 ③剥离强度（ N /cm ）：玻璃/胶膜≥30 TPT/胶膜≥20 ④交联度（ % ）：70～85 ⑤耐紫外光老化：不龟裂、不变色 ⑥耐温性：- 40～85 ℃
软硬度：由铜锡的比例决定，影响可焊性 电阻：由横截面积决定，影响组件功率输出
组件性能

太阳能电池组件把接收的光能转换成电能，其输出电流-电压的特性如下图。这个 曲线也称I-V曲线。 最大输出功率（Pm）=最大输出工作电压（Vpm）×最大输出工作电流（Ipm） 开路电压（Voc）：正负极间为开路状态时的电压 短路电流（Isc）：正负极间为短路状态时的电流 最大输出工作电压（Vpm）：输出功率最大时的工作电压 最大输出工作电流（Ipm）：输出最大功率时的工作电流 填充因子（FF）=Pm/（Voc·Isc） FF越接近1，太阳能电池的质量就越好
降格与失效
组件的操作寿命是由封装的耐久性决定的。虽然光致退化能够引起硼掺杂硅电池 的降格。实际应用表明，在20~30年预期寿命之后，太阳能组件就会以不同的形式降格 或失效。长期的性能研究表明，典型的性能损耗范围每年在1%~2%之间。

（1） 前表面污损——随着前表面灰尘的积累会降低组件的性能。 （2） 电池的降格 由于金属接触附着力的降低或者腐蚀引起寄生串联电阻Rs变大 由于金属迁移层透过P-N结结果导致寄生分流电阻Rsh减小 抗反射涂层的老化 电池中活跃的P型材料硼形成硼氧化合物而造成衰减
到达地球表面必须经过的大气光学质量AM AM= 1/cos θz 当θz =0°时，大气光学质量等于1或称AM1 当θz =60°时，则大气光学质量等于2或称AM2 AM1.5相当于太阳光和垂线方向成48.2°，为光伏业界的标准。
影响组件性能的因素

温度：太阳能电池的工作温度由环境温度、封装电池的组件特性、照射在组件 上的日光强度以及其他一些变量，如风速等因素决定。 如果太阳能组件表面温度升高，则输出功率下降，呈现负的温度特性。 晴天受到辐射的组件表面温度比外接气温高20~40°，所以此时组件的输出功 率比标准状态低。如果辐照度相同，冬季比夏季输出功率大。辐照度不变时， 温度上升，开路电压（Voc）与最大输出功率下降。
影响组件性能的因素

寄生电阻的影响 太阳能电池通常伴随有寄生串联电阻和分流电阻，如下图所示，两种电 阻都会导致FF降低。 串联电阻Rs主要来源于半导体材料的体电阻、金属接触与互联、载流子 在顶部扩散层的运输，以及金属盒半导体材料之间的接触电阻。 分流电阻Rsh是由于P-N结的非理想性和结附近的杂志造成的，它引起结 的局部短路，尤其是在电池边缘。
太阳能电池组件
太阳能电池
常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池由一个晶体硅片组成，在 晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线，下表面是金属层。硅片本身是P型硅，表面扩散 层是N区，在这两个区的连接处就是所谓的PN结。PN结形成一个电场。太阳能电池的顶部 被一层抗反射膜所覆盖，以便减少太阳能的反射损失。 太阳能电池的工作原理如下： 光是由光子组成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波长决定，光被晶 体硅吸收后，在PN结中产生一对对正负电荷，由于在PN结区域的正负电荷被分离，因而可 以产生一个外电流场，电流从晶体硅片电池的底端经过负载流至电池的顶端。 这就是 “光生伏打效应”。 将一个负载连接在太阳能电池的上下两表面间时，将有电流流过该负载，于是太阳能电池 就产生了电流；太阳能电池吸收的光子越多，产生的电流也就越大。光子的能量由波长决 定，低于基能能量的光子不能产生自由电子，一个高于基能能量的光子将仅产生一个自由 电子，多余的能量将使电池发热，伴随电能损失的影响将使太阳能电池的效率下降。
标准测试条件（STC）

由于太阳能电池组件的输出功率取决于太阳辐照度、太阳能光谱的分布和太阳能电池的温度， 因此太阳能电池组件的测量在标准条件下（STC）进行，测量条件被欧洲委员会定义为101号标 准，其条件是：太阳能电池组件表面温度25℃，光谱分布AM1.5，辐照度1000W/m2

AM（air mass） 当天空晴朗，太阳在头顶直射且阳光在大气中经过的光程最短时，到达地球表面的太阳辐射最强， 如图所示，这个光程可用1/cos θz近似， 是太阳光与本地垂线的夹角。这个光程被定义为太阳辐射
组件设计

热膨胀是设计组件时必须考虑的温度效应，下图表明了电池随温度升高所发生的热 膨胀。 电池之间的空间可以增加一定量δ，公示如下：
δ=（αgC-αcD）ΔT
其中，αg和αc分别表示玻璃和电池的膨胀系数，C是相邻电池之间中心的距离， D表示电池的长度。 通常情况下，电池与电池之间采取环形互联，是为了减少循环应力。双重互联 是为了降低在这样的应力下而自然疲劳失效的概率。 除了相互连接的应力，所有的组件界面会受到温度相关的循环应力，甚至最终 可能导致脱层。
电池串中的“坏”电池的反偏（导致这种情况的原因是， “好”电池试图以高于“坏”电池所能承载的电流导通 “坏”电池，即使在短路的情况下也是如此）
在一组电池中潜在的“热点”，左图的 电池组合与有图的电池组合是等效的
影响组件性能的因素

旁路二极管 对于热点问题和失谐电池，一个解决办法是在原电路基础上加装旁路二极管。通常情况下，例如光线不被遮 挡时，每个二极管处于反偏压，每个电池都在产生电能。当一个电池被遮挡时会停止产生电能，成为一个高组织 电阻，同时其他电压促使其反偏压，导致连接电池两端的二极管导通，原本流过被遮挡的电池的电流被二极管分 流
太阳能电池等效电路中的寄生串联电阻以及分 流电阻
影响组件性能的因素

非相同特性的电池 在实际情况中，所有电池都具有不同的特性，输出最小的电池限制了整个组件的总输出。 组件中电池的最大输出的总和与组件实际到达的最大输出之间的差别就是失谐损耗。 热点过热 存在于组件里的失谐电池壳导致某些电池在产生能量而某些电池在消耗能量，最坏的情 况是，当组件或者组件串被短路时，所有的“好”电池的输出都会消耗在“坏”电池上。能 量在“坏”电池上的消耗导致电池P-N结的局部击穿，在很小的区域会产生很大的能量消耗， 导致了局部过热，或成为“热点”，从而会导致电池或玻璃开裂、焊料融化等破坏性结果。
因此，36片电池串联得到： 开路电压（Voc）=21.6V（25℃） 短路电流（Isc）=3.0A 填充因子（FF）=75% 最大功率电压（Vmp）=18V（25℃） 最大功率电流（Imp）=2.7A 实际上，封装到组件中的电池比未经封装的电池效率要低一些，因为： 玻璃的表面反射 电池与密封材料之间的反射 电池之间的失谐损失 互联阻抗损失


单体
组件
方阵
组件构造
组件必须能够经受想灰尘、盐、沙子、风雪雨、冰雹、潮湿、湿气的 冷凝和蒸发、大气气体污染、每日和季节温度的变化，以及能在长时间紫 外光照射下保持性能 玻璃：必须具有并且保持对于350~1200nm波段太阳光的良好的透过率； 必须具有好的抗冲击能力，具有坚硬、光滑、平坦、耐磨，以及能利用风、 雨或喷洒水进行自我清洁的抗物表面。一般采用能确保90%以上透光率切 具有高抗冲击力的约3mm厚经过无色透明热处理后的玻璃。
有一个旁路二极管的“坏”电池对总输出的影 响（当总电路短路时，“坏”电池盒二极管上 消耗的能量约等于一个“好”电池的输出能量 实际上，将每个电池配备一个旁路二极管会过于昂贵，所以二极管通常会连接于一组电池的两端。被遮挡 的电池的最大消耗功率大约等于该电池所在电池组的总发电能力