光伏产业培训资料一光伏组件知识.docx

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光伏产业培训资料一光伏组件知识

光伏太阳能电池组件知识

光伏组件（阵列）

根据光伏工程安装的需要，当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可把多个组件通过串联、并联组装以获得所需要的电压和电流，称为“太阳电池方阵”，也叫“光伏阵列”。

  光伏组件是由太阳能电池片群密封而成，是阵列的最小可换单元。

目前大多数太阳能电池片是单晶或多晶硅电池。

这些电池正面用退水玻璃背面用软的东西封装。

它就是光伏系统中把辐射能转换成电能的部件。

光伏太阳能电池发电系统举例：

电工基础中对于电压电流工作情况的解释：

短路电流short-circuit current  

在电路中，由于短路而在电气元件上产生的不同于正常运行值的电流。

电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。

其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。

例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。

大容量电力系统中，短路电流可达数万安。

这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

三相系统中发生的短路有4种基本类型：

三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。

其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。

在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90％。

在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。

发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需3～5秒。

在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。

它有多种分量，其计算需采用电子计算机。

在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。

它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工在发生短路时机械应力的动稳定性。

短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。

它设备为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。

供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件. 

开路电压（Open circuit voltage OCV）

电池不放电时，电池两极之间的电位差被称为开路电压。

电池的开路电压，会依电池正、负极与电解液的材料而异，如果电池正、负极的材料完全一样，那么不管电池的体积有多大，几何结构如何变化，其开路电压都一样的。

形成的原因 ：

一个基本的带电源、联接导体，负载的电路，如果某处开路，断开两点之间的电压为开路电压。

电路开路时我们可理解为就是在开路处接入了一个无穷大的电阻，不可质疑，这个无穷大的电阻是串联于这个电路中的，根据串联电路中电阻的分压公式，这个无穷大电阻两端的分电压将为电路中的最高电压即电源电压。

所以线路开路时开路电压一般表现为电源电压。

实际计算：

实际计算时，可视为开路处连有一个伏特表，伏特表读数，即为开路电压。

外电流

由于电源存在自身内阻,所以电源两端的电压为路端电压,即外电路电压，但是外电路电流就是在串联电路中的总电流,并联电路中的干路电流。

I=E（电动势）/[R（外总电阻）+r（内阻）]

最大电流

最大电流是指在在不影响设备安全状态下，所能承受的电流的一个极限值，一般只是允许短时间的出现，否则会引起设备损坏。

电机的最大工作电流是电机可以长时间工作的工作电流，一般可以达到额定电流的1.2倍左右，一般由于设计功率计算不当而导致电机选择偏小，但是在超过额定功率的情况下电机可以持续工作，此时的工作电流是最大工作电流，电动机的起动电流＝堵转电流＝最大电流，三者是同一数值。

对于常用的Y系列三相异步电动机来说，起动电流是额定电流的5.5~7.0倍，不同功率、不同转速的电机略有差别。

最大瞬间电流三相交流电是额定电流的1.732倍，两相交流电是1.414倍。

最大短路电流

则是在设备承受极限电流之后，在迅速断开之前，所承受的电流不会对设备造成破坏性损坏的最大瞬间承受电流。

额定最大电流

设备在满足准确度、安全性、可靠性的同时允许设备长期运行的最大电流．

比如铜线的额定最大电流：

2.5平方毫米铜电源线的安全载流量－－28A。

4平方毫米铜电源线的安全载流量－－35A 。

6平方毫米铜电源线的安全载流量－－48A 。

10平方毫米铜电源线的安全载流量－－65A。

16平方毫米铜电源线的安全载流量－－91A 。

25平方毫米铜电源线的安全载流量－－120A。

如果是铝线，线径要取铜线的1.5-2倍。

如果铜线电流小于28A，按每平方毫米10A来取肯定安全。

如果铜线电流大于120A，按每平方毫米5A来取。

光伏太阳能电池发电系统中对电压电流工作情况的解释：

太阳电池的伏安特性曲线I-V characteristic curve of solar cell 

受光照的太阳电池，在一定的辐照度和温度以及不同的外电路负载下，流入的电流I和电池端电压V 的关系曲线。

短路电流short-circuit current （Isc） 

在一定的温度和辐照度条件下，光伏发电器在端电压为零时的输出电流。

开路电压open-circuit voltage （Voc）

在一定的温度和辐照度条件下，光伏发电器在空载（开路）情况下的端电压。

最大功率maximum power （Pm）

在太阳电池的伏安特性曲线上，电流电压乘积的最大值。

最大功率点 maximum power point 

在太阳电池的伏安特性曲线上对应最大功率的点，亦称最佳工作点。

最佳工作点电压optimum operating voltage （Vn） 

太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电压。

最佳工作点电流optimum operating current （In） 

太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电流。

填充因子fill factor（curve factor）

太阳电池略去串联电阻和并联电阻之后，最大功率与开路电压和短路电流乘积之比。

评估太阳电池负载能力的重要参数。

FF=（Im×Vm）/（Isc×Voc） 

其中：

Isc—短路电流，

Voc—开路电压，

Im—最佳工作电流，

Vm—最佳工作电压；

曲线修正系数curve correction coefficient 

测试太阳电池电池时，由于温度的不同而引起伏安特性曲线的变化，修正此项变化的系数称曲线修正系数。

太阳电池温度solar cell temperature 

太阳电池中势垒区的温度。

串联电阻series resistance 

太阳电池内部的与p‐n 结或MIS 结等串联的电阻，它是由半导体材料体电阻、薄层电阻、电极接触电阻等组成。

并联电阻shunt resistance

太阳电池内部的、跨连在电池两端的等效电阻。

转换效率cell efficiency 

受光照太阳电池的最大功率与入射到该太阳电池上的全部辐射功率的百分比。

16%~19%左右。

暗电流 dark current 

在光照情况下，产生于太阳电池内部与光生电流方向相反相成的正向结电流。

暗特性曲线dark characteristic curve 

在无光照条件下给太阳电池施加外部偏压所得到的伏安特性曲线。

光谱响应spectral response（spectral sensitivity） 

在各个波长上，单位辐照度所产生的短路电流密度与波长的函数关系。

多晶硅太阳能电池板的结构及工程串并计算方法：

多晶硅太阳能电池板是用高转换效率的多晶硅太阳能电池片按照不同的串、并阵列排列而构成的太阳能组件。

  多晶硅太阳能电池板构成：

（1）钢化玻璃：

其作用为保护发电主体（电池片），透光选用的要求：

1、透光率必须高（一般91%以上）；

2、超白钢化处理

（2）EVA：

目的是用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片），透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命，暴露在空气中的EVA易老化发黄，影响组件的透光率，从而影响组件的发电质量。

除了EVA本身的质量外，组件厂家的层压工艺影响也是非常大的，如EVA胶连度不达标，EVA与钢化玻璃、背板粘接强度不够，都会引起EVA提早老化，影响组件寿命。

注：

EVA_是乙烯——醋酸乙烯共聚物的树脂产品，产品在较宽的温度范围内具有良好的柔软性、耐冲击度、耐环境应力开裂性和良好的光学性能、耐低温及无毒的特性。

EVA胶膜，是一种热固性的膜状热熔胶，常温下不发粘，但加热到所需要的温度，经一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化。

EVA胶膜有交联固化作用，EVA胶膜加热到一定温度，在熔融状态下，其中的交联剂分解产生自由基，发EVA分子间的结合，使它和晶体硅电池、玻璃、TPT产生粘接和固化，三层材料组成为一体，固化后的组件在阳光下EVA不再流动，电池不再移动。

因为太阳电池长期工作于露天之中，EVA胶膜必须能经受得住不同地域环境和不同气候的侵蚀。

因此EVA的交联度指标对太阳电池组件的质量与长寿命起着至关重要的作用；EVA的粘接强度决定了太阳电池组件的近期质量。

EVA常温下不发粘，便于操作，但加热到所需温度，在层压机的作用下，发生物理和化学的变化，将电池、玻璃和TPT粘接。

如果粘接不牢，短期内即可出现脱胶；EVA的耐热性、耐低温性、抗紫外线老化等指标对太阳电池组件的功率衰减起着决定性的作用。

EVA与PVB的区别：

EVA需要两层；通过层压机高温加压，冷却后即为一体，是起固定和粘接作用。

PVB是建筑材料，耐候性好很多，但是价格也是EVA的3倍以上。

EVA是单晶硅封装主流，对于非晶硅而言，我们选择PVB来封装。

a.封装电池，防止外界环境对电池的电性能造成影响。

b.增强组件的透光性：

EVA同玻璃的有利结合可以增加光源的通透，使组件功率增加。

c.将电池、钢化玻璃、TPT粘接在一起，具有一定的粘接强度。

（3）电池片：

主要作用就是发电，发电主体市场上主流的是晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片，两者各有优劣晶体硅太阳能电池片,设备成本相对较低，但消耗及电池片成本很高，而且光电转换效率也高;在室外阳光下发电比较适宜薄膜太阳能电池，相对设备成本较高，但消耗和电池成本很低，光电转化效率相对晶体硅电池片一半多点，但弱光效应非常好，在普通灯光下也能发电，如计算器上的太阳能电池。

（4）背板：

作用是用来密封、绝缘、防水。

一般都用TPT、TPE等材质必须耐老化，大部分组件厂家都质保25年，钢化玻璃，铝合金一般都没问题，关键就在与背板和硅胶是否能达到要求。

注:

TPT、TPE、DNP区别。

为了使太阳能电池保持最佳工作状态并维持25年的使用寿命，所用背板材料必须具有抗紫外线、水汽阻隔、耐气候等特性。

TPT、PET、DNP都只是太阳能电池背膜的一种代名词而已，对太阳电池起到很好的保护作用。

太阳电池背膜主要分为含氟背膜与不含氟背膜两大类。

其中含氟背膜又分双面含氟（如TPT）与单面含氟（如TPE）两种；而不含氟的背膜则多通过胶粘剂将多层PET胶粘复合而成。

TPT是是指使用杜邦公司的TEDLAR（商品名）PVF膜作为太阳能背膜的两面，中间加上一层透明的PET进行复合，即TEDLAR+PET+TEDLAR,因此得名TPT。

通过胶粘剂将多层PET胶粘复合而成的不含氟背膜从材料本身特性上就无法满足商用晶硅太阳电池组件25年的湿热、干热、紫外等环境考验与使用要求，也就很难适合用于晶硅太阳电池组件的封装。

DNP背板最外层采用了具有优秀耐水性的PET，然后是DNP独有的高度耐久性粘结剂贴层，最终实现了产品优秀的耐久性能。

一般企业用的是EVA+PET。

（5）铝合金：

保护层压件，起一定的密封、支撑作用。

（6）接线盒：

其作用是保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统接线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同。

（7）硅胶：

密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处有些公司使用双面胶条、泡棉来替代硅胶，国内普遍使用硅胶，工艺简单，方便，易操作，而且成本很低。

太阳能电池板的功率计算：

太阳能交流发电系统是由太阳能电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。

为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。

在设计中主要是确定组件工作电压和功率这两个参数。

同时还要根据目前材料、工艺水平和长寿命的要求，让组件面积比较合适，并让单体电池之间的连接可靠，且组合损失较小。

通过对单体太阳电池进行适当的串、并联，以满足不同的需要。

电池片串联时，根据负载电压决定串联的个数：

两端电压为各单体电池中电压之和，电流等于各电池中最小的电流。

并联时，根据负载的功率决定并联的个数：

总电流为各单体电池电流之和，电压取平均值。

下面以两个实例介绍电池片组串的计算方法：

一、以100W输出功率，每天发电6个小时为例：

（光伏组件选择的计算方法）

1.首先应计算出每天消耗的瓦时数（包括逆变器的损耗），若逆变器的转换效率为90%，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应100W/90%=111W；若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。

2.计算太阳能电池板：

按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。

其中70%是充电过程中，太阳能电池板的实际效率。

二、用Φ40mm的单晶硅太阳电池（效率为8.5%）设计一工作电压为1.5伏，峰值功率为1.2瓦的组件，光伏组件单体电池的组串计算方法：

单晶硅电池的工作电压为：

V=0.41v 

则串联电池数：

Ns=1.5/0.41=3.66片 ，取Ns=4片 

单体电池面积：

s=π（d）2/4=π×1600/4=12.57cm2

单体电池封装后功率：

Pm=100（mw/cm2）×12.57×8.5%×95%=100mw=0.1w

mw/cm2入入射光能常数 

式中95%是考虑封装时的失配损失 

需太阳电池总的片数：

N=1.2/0.1=12片 

太阳电池并联数：

NP=N/Ns=12/4=3组

故用12片Φ40mm的单晶硅太阳电池四串三并，即可满足要求。

联接的方法如图：

如下图串并联的联接方法有缺点：

一旦其中一片电池损坏、开路或被阴影遮住，损失的不是一片电池的功率，而是整串电池都将失去作用，这在串联电池数目较多时影响尤为严重。

为了避免这种情况，可以用混联（或称网状连接）的对应的电池之间连片连接起来，即使有少数电池失效（如有阴影线的），也不致于对整个输出造成严重损失。

旁路二极管 

 为了保证系统的可靠运行，有些系统还在组件两端并联旁路二极管，其作用是在组件开路或遮荫时，提供电流通路，不致于使整串组件失效（见下图）。

使用时要注意极性，旁路二极管的正极与太阳电池组件的负极相连，负极与组件的正极相连，不可接错。

平时旁路二极管处于反向偏置状态，基本不消耗电能。

显然，旁路二极管的耐压和允许通过正向电流应大于组件的工作电压及电流。

图 旁路二极管的连接

光伏阵列的任何部分不能被遮荫，它不像太阳能集热器，如果遮住了光伏组件必须有相同的电流。

如果有几个电池被遮荫，则它们便不会产生电流且会成为反向偏压，这就意味着被遮电池消耗功率发热，久而久之，形成故障。

但是有些偶然的遮挡是不可避免的，所以需要用旁路二极管来起保护作用。

如果所有的组件是并联的，就不需要旁路二极管，即如果要求阵列输出电压为12V，而每个组件的输出恰为12V，则不需要对每个组件加旁路二极管，如果要求24V阵列（或者更高），那么必须有2个（或者更多的）组件串联，这时就需要加上旁路二极管，如图 

光伏组件接线盒常用旁路二极管型号：

10SQ050,12SQ045,15SQ045,20SQ045,30SQ045。

二极管写10SQ050;说明他的最大工作电流是10A；反向耐压50V；也会写15SQ045。

就是最大工作电流是15A；反向耐压45V。

太阳能接线盒现在用的比较杂，从量上来看是10A反压50V的最多，新起来的厂家很多用12A反压50V的；当然也很多用20A的。

一味得追求高电流，有人会认为那用越大电流的二极管，接线盒的工作状态会越好，其实也不是，二极管的选择都是要按照具体的组件串并方式，单晶or多晶，电池片的大小的不同来选择的。

阻塞二极管 （防反冲二极管）

是用来控制光伏系统中电流的。

任何一个独立光伏系统都必须有防止从蓄电池流向阵列的反向电流的方法或有保护或失效的单元的方法。

如果控制器没有这项功能的话，就要用到阻塞二极管，如图：

阻塞二极管既可在每一并联支路，又可在阵列与控制器之间的干路上，但是当多条支路并联接成一个大系统，则应在每条支路上用阻塞二极管以防止由于支路故障或遮蔽引起的电流由强电流支路流向弱电流支路的现象。

在小系统中，在干路上用一个阻塞二极管就够了，不要两种都用，因为每个二极管会降压0.4~0.7V是一个12V系统的6%，这也是不小的一个比例。

产品型号

SN-S120W太阳能电池板

SN-S150W太阳能电池板

最大功率

120W

150W

最大工作电压

18V

36V

最大电流

6.67A

4.278A

开路电压

21.16V

43V

短路电流

7.07A

4.27A

电池效能

15.13%

13.33%

组件效能

13.03%

11.75%

组件尺寸

1250mm×808mm×35mm

1350×808mm×35

框架材料

合金框架，46mm厚

电池号数

36pcs

72pcs

电池尺寸

125mm×125mm

重量

15kg

18kg

接线箱类型

PV

控制线类型和长度

接插件类型

PV接口线，0.9m，插头插座

最高系统电压

1000V

冷却剂温度系数

±0.1/℃

+0.05%/℃

挥发性有机化合物温度系数

-0.38%/℃

-0.34%/℃

功率温度系数

-0.47%/℃

-0.5%/℃

脉波调变温度系数

+0.1%/℃

+0.05%/℃

电压计温度系数

-0.38/℃

-0.34%/℃

额定电池运转温度

47℃（+2℃）

风转速

60m/s（200kg/sq.m）

冰雹冲击测试的抗冲击度

227g钢球从1m高处落下

质量保证

CE、TUV认证，2年的产品保修，20%的电力20年供给

触发器

68%---72%

电压容限

+/-5%

表面最大负载容量

60m/s

电压输出功率

+/-5%

测试条件标准

AM1.5100mw/cm2

正面图（点击放大）

背面图（点击放大）

一、光伏太阳能电池发电工程中需要用到的土地、功率等换算：

常用土地面积换算公式1亩=60平方丈=6000平方尺，1亩=666．6平方米

二、功率单位的换算：

1GW=1000MW

1MW=1000KW

1KW=1000W

三、投资规模：

①、屋顶按10元/W粗算；

1MW=0.1亿

10MW=1亿

100MW=10亿

500MW=50亿

屋顶占地面积：

1MW按25亩用地审批

1MW=10000平方

10MW=100，000平方

100MW=1000，000平方

500MW=5000，000平方

②、大棚按12.5元/W粗算；

1MW=0.125亿

10MW=1.25亿

100MW=12.5亿

500MW=125亿

大棚占地面积：

1MW=22000平方=33亩地

10MW=220，000平方=330亩地

100MW=2200，000平方=3300亩地

500MW=11000，000平方=16500亩地

1000MW=22000,000平方=33000亩地

三、按无锡装机容量1MW，光照时间1300小时满功率无损耗计算：

①、1MW=1000KW

1000KW*1300*1.1（瓦到千瓦时的转换系数）=1430000KWh=143万度电

②、系统综合效率75%计算：

1000KW*1300*1.1（瓦到千瓦时的转换系数）=1430000KWh=143万度电*75%=107.25万度电

③、综合效益计算：

工业用（并网）电0.9元/度

国补0.42元/度

省补0.15元/度

综合一度电产生的效益是1.47元/度

年总收益=年发电数*综合效益=157.6575万元

20年总收益=年总收益*20=3153.15万元

④、投资回报率：

1MW=0.125亿/年总收益=7.9年

⑤、节能减排

一度电节约0.4公斤标煤

减排CO21公斤

减排SO20.03公斤，

减排NO20.015公斤

减排粉尘0.27公斤

年减排量：

年总电量（107.25万度电）*减排系数=42.9万公斤标煤=429吨

=107.25万公斤CO2=1072.5吨

=3.2175万公斤SO2=32.175吨

=1.6087万公斤NO2=16.09吨

=28.9575万公斤粉尘=289.575吨