光伏组件方阵应用的设计与安装

光伏组件（方阵）应用的设计与安装光伏组件（方阵）应用的设计与安装 一、任务导入一、任务导入 单体太阳电池不能直接做电源使用。作电源必须将若干单体电池串、并联连 接和严密封装成组件。光伏组件（也叫太阳能电池板）是太阳能发电系统中的核 心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。其作用是将太阳能转化为电能， 或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。本单元所涉及的光伏电池及光伏电 池组件主要以硅系光伏电池作为讲解对象。 二、相关知识二、相关知识 学习情境学习情境 1 1太阳能电池组件太阳能电池组件 (一）太阳能电池基础知识 太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为 4～lOOcm2不等。太阳 能电池单体的工作电压约为 0. 5V，工作电流约为 20～25mA/cm2，一般不能单独 作为光伏电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组 件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为光伏电源使用的最小单元。太 阳能电池组件再经过串并联组合安装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以 满足太阳能光伏发电系统负载所要求的输出功率，如图 2-16 所示。 图 2－16 太阳能电池单体、组件和方阵 （1）硅太阳能电池单体 1 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，在这两个区的结合处就是所谓的 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， 以减少太阳能的反射损失。 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，多余的能量将使太阳能电池发热，伴随热能 损失使太阳能电池的转换效率下降。 （2）硅太阳能电池种类 目前世界上有 3 种已经商品化的硅太阳能电池：单晶硅太阳能电池、多晶硅 太阳能电池和非晶硅太阳能电池。对于单晶硅太阳能电池，由于所使用的单晶硅 材料与半导体工业所使用的材料具有相同的品质，使单晶硅的使用成本比较昂 贵。 多晶硅太阳能电池的晶体方向是无规则性的，意味着正负电荷对并不能全部 被 PN 结电场所分离，因为电荷对在晶体与晶体之间的边界上可能由于晶体的不 规则而损失， 所以多晶硅太阳能电池的效率一般要比单晶硅太阳能电池低。多晶 硅太阳能电池用铸造的方法生产，所以它的成本比单晶硅太阳能电池低。非晶硅 太阳能电池属于薄膜电池，造价低廉，但光电转换效率比较低，稳定性也不如晶 体硅太阳能电池。 一般产品化单晶硅太阳能电池的光电转换效率为 13%～15%；产品化多晶硅 太阳能电池的光电转换效率为 11%～13%；产品化非晶硅太阳能电池的光电转换 效率为 5%～8%。 （二）光伏组件及光伏方阵（二）光伏组件及光伏方阵 1.光伏组件介绍 光伏组件也称太阳能电池组件，英文名称“Solar Module 或 PV Module”， 它是将多个单体的太阳能电池片根据需要串、并联越来，通过专用材料及特殊工 艺封装后得到，其功率一般用 Wp 表示，其中 p 是英文 peak，“峰值”的意思。 光伏组件根据用途不同分为普通型太阳能组件和建材型太阳能组件， 其中建 材型太阳能组件又分为双面玻璃夹胶电池组件、 中空玻璃电池组件以及光伏瓦电 池组件等。 普通型太阳能组件如图 2-17 所示，常见的普通型太阳能组件单晶硅组件， 多晶硅组件，非晶硅组件。 这种组件用于普通光伏电站的建设。 1 a)多晶硅组件结构图 b) 多晶组件图 图 2-17普通多晶硅组件 双面玻璃夹胶电池组件，这种组件电池片夹在两层玻璃之间，组件的受光面 采用低铁超白钢化玻璃，背面采用普通钢化玻璃，这种玻璃一般用于光伏采光顶 与光伏幕墙，如图 2-18 所示。 图 2-18双面玻璃夹胶电池组件构造图 中空玻璃电池组件除了有采光和发电的功能外，还具有隔音、隔热、保温的 功能， 常用于作为各种光伏建筑一体化发电系统的玻璃幕墙电池组件。这种组件 在组件与玻璃间装有干燥剂的空心铝隔条隔离，并用丁基胶、结构胶等进行密封 1 处理， 把接线盒及正负极引线等也都用密封胶密封在前后玻璃的边缘夹层中，与 组件形成一体，使组件安装和组件间线路连接都非常方便。如图 2-19 所示。 图 2-19中空玻璃组件的结构图 光伏瓦是采用合成材料（工程材料）制作的瓦片通过自动化安装工艺与晶硅 太阳能模组结合，形成具有光伏发电功能的瓦片，具有隔热、保温、防水、能发 电特点，如图 2-20 所示 a) 光伏瓦实图 b) 光伏瓦用于建筑房顶 图 2-20 光伏瓦图示及运用 根据国家住房和城乡建设部 2010 年 1 月 6 日建质【2010】1 号建筑太阳能 光伏系统设计与安装图集 10J908-5，几种光伏组件结构及用途如表 2-7 所示。 1 表格 2-7 按结构和用途分光伏组件的类型 2．光伏组件性能 光伏组件性能主要是组件输入与输出特性，称 I-U 特性，即电流-电压特性。 它是检验组件性能的重要参数，衡量由光能转化为电能转换率重要指标，其特性 图如 2-21 所示，曲线图反映了当组件接受太阳光照时，电池组件的输出电压、 输出电流及输出功率的关系。 图 2-21 电池组件 I-U 特性图 1 光伏组件几个重要性能参数： ①短路电流(Isc)：当将太阳能电池组件的正负极短路，使 U=0 时，此时的 电流就是电池组件的短路电流，短路电流的单位是A，短路电流随着光强的变化 而变化。 ②开路电压（Uoc） ：当太阳能电池组件的正负极不接负载时，组件正负极 间的电压就是开路电压，开踣电压的单位是 V。 ③峰值电流(Im)：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流 是指太阳能电池组件输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是 A。 ④峰值电压(Um)：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压 是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是V。组件的峰 值电压随电池片串联数量的增减而变化， 36 片电池片串联的组件峰值电压为 17～17.5V。 ⑤峰值功率(Pm)：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率 是指太阳能电池组件在正常工作或测试条件下的最大输出功率， 也就是峰值电流 与峰值电压的乘积：Pm =Im×Um。峰值功率的单位是 W。 太阳能电池组件的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和组件的工 作温度， 因此太阳能电池组件的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员 会的 101 号标准，其条件是：辐照度 1000W／m2、光谱 AM1.5、测试温度 25℃。 ⑥填充因子（FF） ：填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池组件的最大功 率与开路电压和短路电流乘积的比值： FF  p m I sc U oc (2-1) 填充因子是评价太阳能电池组件所用电池片输出特性好坏的一个重要参 数，它的值越高，表明所用太阳能电池组件输出特性越趋于矩形，电池组