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光伏知识系列2:光伏电池组件工作原理结构发布日期:2025-08-07 浏览次数:

  

光伏知识系列2:光伏电池组件工作原理结构

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  在接下来的日子里,我们将定期发布一篇文章,逐步深入剖析光伏发电的各个方面。无论您是光伏发电的初学者,还是对这一领域充满好奇的爱好者,相信本系列文章都能为您带来收获和启发。如果觉得不错,也欢迎点赞关注。

  1839 年,法国物理学家在实验室意外发现,两片金属浸入溶液构成的伏打 电池中,当受到光照时会产生额外的伏打电动势,他把这种现象称为“光生伏打 效应”,简称光伏效应。晶体硅半导体把太阳能转变为电能的光生伏打效应的发

  太阳光照射在半导体晶体硅的 PN 结上,激发电子和空穴相互运动, N 区 的 空穴向P 区 运 动 ,P 区的电子向N区运动,使太阳能电池受光面 (N 型 硅 ) 有 大 量负电荷(电子)积累,而在太阳能电池背光面(P 型硅)有大量正电荷(空穴) 积累。如果在受光面和背光面各引出导线连接负荷,导线与负荷上就有电流通过, 电流从背光面流向受光面,背光面(P 型硅)为正极,受光面 (N 型硅)为负极。

  (1)取之不尽,用之不竭,不受地域、海拔等因素制约,只要有光照,就可以发电。

  (3)不用燃料、不用水,有阳光就发电,运行成本低,不排废弃物,无污染,无噪声,真正的绿色环保新型能源。

  (5)系统构成简单,建设周期短(如果设备、材料供应到位,10MW 电站三

  (3)转换效率低,晶体硅光伏电池转换效率为13%~17%,非晶体硅光伏电池只有6%~8%,加之能量密度较低,难以形成高功率发电系统。

  目前社会上应用较多的太阳能电池组件可分为三类,单晶硅太阳能电池组件,多晶硅太阳能电池组件,非晶硅薄膜太阳能电池组件,三种太阳能电池组件

  单晶硅电池片是由圆形硅棒切片形成, 一般尺寸为125X125mm, 为制作组件 排列方便,经切边后形成有倒角的正方形,制作成组件后组件中间有许多白色孔

  洞。多晶硅电池片是由方形硅锭切片形成, 一般尺寸为156X156 mm, 制作成组件后电池片排列密实,这也是判断单晶硅组件与多晶硅组件的本质区别,本手册所讲太阳能电池组件均为单晶硅或多晶硅组件。单晶硅电池片与多晶硅电池片见图四所示:

  第一层: 受光面,低铁、超白、绒面钢化玻璃,玻璃架空后采用φ38 钢球垂直距离1米掉下,玻璃完好无损。

  第五层: 背 光 面 ,TPT (薄膜-聚酯-薄膜复合材料,简称塑料王)。

  注:五层结构叠加后,用铝合金边框紧固,加装接线盒,为防止热斑效应, 盒内装有1~3个旁路二极管,两根4mm²光伏专用电缆引出0.9m, 接 上MC4 插头。如图五所示:

  (1)短路电流 Isc: 将太阳能电池组件正负极短路的电流, 一般在5A~9A。

  (2)开路电压 Uoc: 将太阳能电池组件正、负极分开,测量其两端的电压即为开路电压, 一般在30V~50V。

  (3)峰值电流 Imp: 又称工作电流,是太阳能电池组件输出最大功率(标称值)时的电流, 一般比短路电流小0.3A~0.7A。

  (4)峰值电压 Ump:又称工作电压,是太阳能电池组件输出最大功率(标称值)时的电压, 一般比开路电压小20%左右。

  (5)峰值功率Pmax: 又称最大输出功率,是太阳能电池组件峰值电压与峰 值电流的乘积,峰值功率单位是W, 峰值功率的大小取决于太阳辐照度。电池组 件的标称功率一般是按峰值功率标注,单位是 WP。其出厂测试条件为:辐照度1KW/m², 温度25℃,光谱AM1.5。

  (6)填充因子FF: 由于太阳能电池组件的输出电压与电流的特性曲线是非 线性的,在非线性曲线的某一点可以得到峰值电压Ump 和峰值电流 Imp, 这一点 就是峰值功率 Pmax 。FF=(峰值电压×峰值电流)÷(开路电压×短路电流)=峰 值功率Pmax÷ (开路电压×短路电流), FF 是评价太阳能电池组件性能好坏的重 要参数,其值越大,太阳能电池组件的伏安 (U-I) 特性曲线越接近矩形,如图六所示:图中右侧图的 FF 要优于左侧图。

  (7)转换效率 n:n= 电能÷光能=电池组件峰值功率Pmax÷ (电池组件面 积×1000W/m²), 其值一般在14%~17%之间。说明太阳能电池组件属于低密度能量器件,由此可知太阳能光伏发电场的占地面积是非常之大。

  例如:已知190W 太阳能电池组件长1590mm,宽808mm, 该组件的转换效率

  晶体硅太阳能电池均做成片状,尺寸一般在125×125mm 或156×156mm,厚 度一般为170~220nm, 电池片无论面积大小,单片峰值电压都在0.45V~0.5V之间, 一般为0.48V, 且阴天或下雨时基本保持不变。

  电池组件是由若于个电池片串联组成,例如某组件是由72个电池片组成, 该组件的输出电压基本为34.56伏(72×0.48伏)。由此可以推断,如果将该组件电压提高一倍,可将每个电池片掰成两块,72×2×0.48伏=69.12伏。

  相同辐照度下,太阳能电池片的电流与电池片面积成正比,在太阳辐照度为 1000W/m², 每平方厘米电池片输出电流约为38mA, 例如单晶硅电池片尺寸一般 为125×125mm,面积为156.25cm²(12.5cm×12.5cm), 在太阳辐照度为1000W/

  电池组件是由若干个电池片串联组成,因此,电池组件的输出电流就是电池片的电流,如果想增加电流,可以将电池片并联或者将电池组件并联实现。

  电池片的功率就是电池片的电压与电流之乘积,例如125×125mm 电池片, 在太阳辐照度为1000W/m²时,电流约为5.94A, 该电池片功率约为2.85W(0.48伏×5.94A)。

  电池组件是由若干个电池片串联组成,例如某组件是由72 个125×125mm 电池片组成,该组件的功率约为205W(72×2.85W), 或采用组件输出电压与电 流相乘得到,例如72个电池片组成,该组件的输出电压基本为34.56伏(72× 0.48伏),由于是72个电池片串联,其输出电流就是单个电池片的电流,该组件的功率为205W(34.56V×5.94A)。

  (2)开路电压温度系数Tu: 一般在-0.3%℃~-0.5%/℃,是负温度系数, 说明温度每升高1℃,电池组件输出电压将下降0.3%~0.5%。由此可知,输出电压与温度成反比,太阳光线好,温度低,发电量相对高一些。

  (3)功率温度系数Tp: 一般在-0.4%/℃~-0.6%/℃,是负温度系数。说明温度每升高1℃,电池组件输出功率将下降0.4%~0.6%。

  注:由上述 Ti 和Tu 可知,电流随温度升高是按万分之数量级上升,电压随 温度升高是按千分之数量级下降,其下降速率比电流上升速率要快得多,功率是 电压与电流的乘积,因此功率是随温度升高而呈下降趋势,电池组件的功率是负 温度系数。由此可知,太阳光线好,温度低,发电量相对高一些,反之太阳光线好,温度高,发电量反而降低。

  太阳能电池组件组成方阵安装在室外,当组件某一个或几个电池片被鸟粪、 树叶、阴影覆盖时,被覆盖的电池片不仅不能发电,还会被当作负载消耗通过该 电池片的电流能量,电池片发热久而久之出现斑点并变色,这就是热斑效应。还

  有劣质电池片混入电池组件、电极焊片虚焊、电池片性能变坏等,均能引起热斑效应。热斑效应能严重破坏电池组件使之焊点熔化、封装材料破坏、甚至使整个电池组件失效。云开(Kaiyun)

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