第2章 光伏电池与光伏阵列
光伏发电光伏阵列设计及布置方案
光伏发电光伏阵列设计及布置方案1.1光伏方阵布置方案1.1.1布置原则每两列组件间的间距设置保证在太阳高度角最低的冬至日9：00～15：00时，前后排太阳能电池组件间采光不受阻挡。
1.1.2方阵布置说明根据设计原则，本项目共20个光伏组件阵列组成的发电区域，均采用45°倾角布置，采用固定式支架系统，支架基础采用混凝土独立基础式。
图一：支架定位参考样图图一：支架定位参考样图1.2光伏阵列设计1.2.1光伏子方阵设计一个1MWp的光伏方阵，由太阳能电池组件经过串并联组成。
将组件串联得到并网逆变器所要求的电压，再将串联组件并联达到逆变器的功率要求。
1、太阳能电池串联组件数量计算：根据逆变器的技术参数，最高输入电压为1100V，工作电压范围为500~1100V；组件的开路电压为37.62V；最大工作点的工作电压30.36V；开路电压温度系数为-0.33%/℃。
1）组件开路电压因温差升压百分比最高值：65*0.003=21.45%（温度范围+25℃~-40℃考虑）；2）组件开路因温差升压值：21.45%*37.62=8.1V；3）组件开路最高升压值：37.62+8.1=45.72V；4）组件串联最大数量：1100/45.72≈24块；5）选择组件串联数量：20块。
2、1MWp子方阵太阳能电池数量计算：单个发电单元的容量为1MWp，组件串并联接线：1）20块组件串联为一路，每一路串联容量为20*255=5.1kWp、输出电压20*30.36=607.2V；2）每一台逆变器上太阳能电池组件并联数=1000/2/5.1=98，因PV输入数量是3，选择一台逆变器并联数为99；3）2*99=198组件并联组成一个发电单元，其子方阵太阳能电池数量为3960块，容量为198*5.1=1009.8kWp，占地面积147.54*77.5=11434.35m²。
1.2.2光伏总方阵容量、电池总数量及占地面积1）20MWp并网系统由20个发电单元组成，总容量=1009.8*20=20，196kWp；2）太阳能电池总数量=(20*198)*20=79，200块，占地总面积319*749.7=239154.3m²。
太阳能电池组件与阵列.
（2）太阳能电池组件的检验测试 测试标准：GB/T 9535-2006《地面用晶体硅光伏组件——设计鉴 定和定型》 ① 电性能测试 测试标准条件：光谱AM1.5，光强辐照度1000W/m2，环境温度 25℃。 主要测试项目：短路电流，开路电压，峰值电流，峰值电压，峰 值功率，填充因子，转换效率等。
④ 湿热-湿冷实验 将组件放置于有自动温度控制、内部空气循环的气候室内， 使组件在一定温度和湿度条件下往复循环，保持一定恢复时间， 监测实验过程中可能产生的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减 率、绝缘电阻等，以确定组件承受高温高湿和低温低湿的能力。 ⑤ 机械载荷实验 在组件表面逐渐加载，监测实验过程中可能产生的短路和断 路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等，以确定组件承受风 雪、冰雹等静态载荷的能力。
（2）太阳能电池组件
实际使用时按负载要求，将若干单体电池按电池性能分类进行串并联， 经封装后组合成可以独立作为电源使用的最小单元，这个独立的最小 单元称为“太阳能电池组件”，电池组件功率一般为几瓦、几十甚至 到数百瓦。
（3）太阳能电池阵列
为了满足高电压、大功率的发电要求实际使用时按负载要求，将若干 太阳能电池组件通过串、并联连接，并用一定的机械方式固定组合在 一起，配以防反充（防逆流）二极管、旁路二极管、电缆等元件构成 “太阳能电池阵列”。太阳能电池阵列通常需要牢固的安装在支架基 础上。
玻璃壳体式 1-玻璃壳体；2-硅太阳能电池；3-互连条；4-黏结剂
5-衬底；6-下底板；7-边框胶；8-电极接线柱
底盒式 1-玻璃盖板；2-硅太阳能电池；3-盒式下底板；4-黏结剂
5-衬底；6-固定绝缘胶；7-电极引线；8-互连条
4. 太阳能电池组件的设计——板型设计
电池组件不论功率大小，一般都是由36片、48片、54片、60片 和72片等几种串联形式组成。常见的排布方法有4片9片、6片 8片、6片9片、6片10片和6片12片等。
第2章太阳能光伏电池组件与方阵
2.2 晶体硅太阳能电池组件的构成与工作 原理
2.2.1 普通型太阳能电池组件
常见的普通型太阳能电池组件有环氧树脂胶封 板、透明PET层压板和钢化玻璃层压组件， 其中，环氧树脂胶封板、透明PET层压板组件 一般都是功率小于1W的小组件，主要用于太 阳能草坪灯、道钉灯、各种太阳能玩具等小功 率产品。 而钢化玻璃层压组件的功率则可以达到1～ 280W，是目前太阳能光伏电池组件应用的主 流产品。
钢化处理是为了增加玻璃的强度，抵御风沙冰 雹的冲击，起到长期保护太阳能电池的作用。 对面板玻璃进行钢化处理后，玻璃的强度可比 普通玻璃提高3～4倍。
除了玻璃以外，还可以用透明有机玻璃及PC 板（聚碳酸醣）等作组件面板。这些材料透光 性好、材质轻、可加工各种形状，但却不耐老 化、耐温性差、表面易划伤，因此在应用上受 到了一定的限制，目前使用得较少。
环氧树脂胶封板组件存在的问题
环氧树脂作为黏合剂应用较为广泛，产品形式有单组分、双组分 或粉末状树脂几种。
太阳能电池组件使用的环氧树脂黏合剂通常是双组分液体，使用 时现配现用。
环氧树脂的黏结度较高、工艺简单、材料成本低廉，但耐老化性 能较差，容易老化而变黄。因此，对于使用环氧树脂封装的太阳 能电池组件，改善其耐老化性能是十介重要的。
此外，作为太阳能电池封装材料，要求具有较高的耐湿性和气密 性。环氧树脂是高分子材料，其分子间距为50～200nm，大大超 过水分子的体积。而水的渗透可降低太阳能电池的使用寿命。
其次，用环氧树脂封装太阳能电池组件时，由于不同材料的膨胀 系数不同，在生产过程中如材料配置及工艺不当将产生内应力， 可能造成组件强度降低、龟裂、封装开裂、空洞、剥离等各种缺 陷而严重影响光伏组件质量。
中空玻璃电池组件是在单玻 璃透光型电池组件和夹胶玻 璃电池组件形式的基础上， 再与一片玻璃组合而构成的 。
光伏列阵结构
光伏列阵结构光伏列阵是一种利用太阳能发电的设备，由多个光伏组件按照一定的排列方式组合而成。
光伏列阵的结构设计直接影响到光伏发电系统的性能和效益。
一、光伏组件光伏组件是光伏列阵的基本单元，它由太阳能电池板、支架、连接器等组成。
太阳能电池板是光伏组件的核心部分，它可以将太阳能转化为电能。
支架是用来支撑太阳能电池板的，通常采用铝合金材料制作，具有良好的耐候性和抗腐蚀性。
连接器用于连接光伏组件与电网系统，确保电能的传输。
二、列阵排列方式光伏组件的排列方式对光伏列阵的性能具有重要影响。
常见的排列方式有平行排列、串联排列和并联排列。
1. 平行排列：光伏组件按照行与列的方式平行排列，这种排列方式适用于光伏组件功率较小的情况。
平行排列可以提高系统的可靠性和灵活性，但相应地也会增加系统的占地面积。
2. 串联排列：光伏组件按照行与列的方式串联排列，这种排列方式适用于光伏组件功率较大的情况。
串联排列可以提高系统的电压和电能输出，但要注意防止串联组件之间出现阴影遮挡，影响光伏发电效果。
3. 并联排列：光伏组件按照行与列的方式并联排列，这种排列方式适用于光伏组件功率较小的情况。
并联排列可以提高系统的电流和电能输出，但相应地也会增加系统的线路损耗。
三、支架设计支架是光伏列阵的重要组成部分，它的设计直接影响到光伏组件的安装和固定。
支架的主要功能是提供稳定的支撑和调整光伏组件的角度，以最大程度地接收太阳能。
1. 固定支架：固定支架是最常见的支架设计，光伏组件倾角固定不可调节。
这种支架适用于固定安装场所，如屋顶和大型光伏电站。
2. 倾斜支架：倾斜支架可以调节光伏组件的倾角，以适应不同的季节和经度。
倾斜支架的倾角设计应根据当地的经纬度和太阳高度角进行合理调整。
3. 跟踪支架：跟踪支架是一种可以根据太阳位置自动调节光伏组件角度的支架设计。
跟踪支架可以实现最大程度的太阳能接收，但相应地也会增加系统的成本和维护难度。
四、电缆布线电缆布线是光伏列阵结构中不可忽视的一环，它直接影响到电能的传输和系统的可靠性。
第2章 光伏电池与光伏阵列
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2.4 光伏电池的转换效率及其影响因素
2.4.1 光伏电池的转换效率
光伏电池的转换效率是光伏电池的输出功率P与
投射到电池表面上的全部光功率Pin之比。其值取 决于工作点，通常采用效率的最大值作为光伏电
池的效率。
Um Im UmIm 100 %
Pin
SAall
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其中：
qE
IVD I D0 (e AKT 1)
式中，q为电子电荷，1.6×10-19C；K为玻尔兹曼常 数，1.38×10-23J/K；A为常数因子（正偏电压大时 A值为1，正偏电压小时为2），E电池电动势。
I DO为光伏电池无光照时的饱和电流
Is
IV
D
R
I
s
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二、 光照特性
温度不变，光伏电池在不同 日照强度下的输出特性曲线
温度不变，光伏电池在不 同日照强度下的功率曲线
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三、 温度特性
照度不变，光伏电池在不 同温度下的输出特性曲线
光伏阵列
一、光伏阵列
1、电池板表面的检查
电池表面的检查包括表面清洁度的检查以及表面完整度的检查。
由于光伏电站建于南向山坡上，每块电池板都有一定的倾斜角度，这也就使得电池板表面极易积尘。
尤其是秋冬季节多风少雨，灰尘堆积在电池板表面，会极大地影响太阳能板的光能吸收，从而导致光伏电站发电量的下降。
因此，定期对光伏阵列的太阳能电池板表面的灰尘进行检测是十分有必要的。
当出现过多的灰尘堆积情况，而又没有有效的降雨降雪进行冲洗时，就需要安排专人对太阳能电池板表面进行清洁除尘，以保证光伏电站的日常发电量。
光伏组件表面应保持清洁，清洗光伏组件时应注意：
（1）应使用干燥或潮湿的柔软洁净的布料擦拭光伏组件，严禁使用腐蚀性溶剂或用硬物擦拭光伏组件；
（2）应在辐照度低于200W/㎡的情况下清洁光伏组件，不宜使用与组件温差较大的液体清洗组件；
（3）严禁在风力大于4级、大雨或大雪的气象条件下清洗光伏组件。
电池表面完整度的检查主要包括：光伏组件是否存在玻璃破碎、背板灼焦、明显的颜色变化；光伏组件中是否存在与组件边缘或任何电路之间形成连通通道的气泡。
2、太阳电池板阵支架的检测
太阳能电池阵列采用的螺旋桩进行固定。
虽然，光伏电站场址区为剥蚀丘陵地貌形态，未发现滑坡、泥石流、崩塌、地面沉降、岩溶、土。
太阳能光伏电池阵列建模及性能分析研究
太阳能光伏电池阵列建模及性能分析研究近年来，随着能源危机的加剧，太阳能光伏电池系统被广泛关注。
在大量研究和实践经验的基础上，太阳能光伏电池阵列建模和性能分析逐渐成为研究的重点。
本文旨在探讨太阳能光伏电池阵列建模及性能分析的相关内容。
一、太阳能光伏电池阵列组成及工作原理太阳能电池阵列是由若干个太阳能电池板组成，每一个太阳能电池板内又包含有若干个太阳电池电池片。
这些太阳电池被连接成串或并的电路，从而形成太阳能电池阵列。
太阳能电池板是将太阳能转化为直流电能的主要设备。
太阳能光伏电池阵列的工作原理是：太阳能电池吸收太阳光的辐射，将太阳光能转化为直流电能。
当太阳光辐射到太阳能电池板时，太阳能电池板会产生电压，并将电压传输到太阳电池阵列中，从而使太阳电池阵列中的每一个太阳电池都能产生电压。
太阳能电池阵列的输出功率与太阳能辐射强度、太阳能电池阵列的方向、太阳能电池阵列的温度等因素有关。
二、太阳能光伏电池阵列的建模太阳能光伏电池阵列的建模是指利用计算机软件，模拟太阳能光伏电池的发电过程，从而预测电池板的输出功率、效率等参数。
太阳能光伏电池阵列的建模主要基于以下几个方面：1. 太阳光辐射模型：太阳光辐射是太阳能光伏电池阵列的主要能量来源。
太阳光辐射模型是指通过时间和空间对太阳光辐射进行统计分析，得到太阳光辐射的分布特征和变化规律的数学描述。
2. 光路模型：光路模型是指将太阳能光伏电池阵列中的光路和其它光学元件进行精确的几何建模，从而实现太阳能光伏电池阵列中的发电过程建模。
3. 电路模型：电路模型是指将太阳能光伏电池阵列的输出电路进行电路建模，并通过电路模拟软件进行电路仿真，以预测太阳能光伏电池阵列的输出功率、效率等参数。
三、性能分析太阳能光伏电池阵列的建模主要是为了预测太阳能光伏电池阵列的输出功率、效率等参数。
在太阳能光伏电池阵列的性能分析中，主要分析太阳能电池阵列的输出功率、效率等指标。
1. 输出功率：太阳能光伏电池阵列的输出功率是指太阳能光伏电池阵列将太阳光转化为直流电能的效果。
光伏组件及阵列设计
光伏组件及阵列设计光伏组件及阵列设计是指将光伏电池板（也称太阳能电池板）通过一定的电路连接方式组装成阵列并且进行布局设计的过程。
光伏组件及阵列设计的主要目标是最大限度地提高太阳能电池板的发电效率、减少成本以及将光伏系统整体效益最大化。
本文将重点介绍光伏组件及阵列设计的关键要素以及一些常见的设计方法。
首先，光伏组件及阵列设计的关键要素包括以下几个方面：1.太阳能电池板的选择：太阳能电池板是光伏系统的核心部件，其种类繁多，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、染料敏化等。
在选择太阳能电池板时需要考虑其效率、稳定性、成本以及适应性等因素。
2.太阳能电池板的布局：太阳能电池板的布局方式通常有平面布置和倾斜布置两种。
平面布置适用于屋顶等较大面积的场地，而倾斜布置适用于较小面积的场地。
布局的角度和朝向也需要根据实际情况进行调整，以最大限度地接收太阳辐射能量。
3.光伏组件的串联和并联：根据实际电压和电流要求，可以将多个太阳能电池板进行串联和并联连接。
串联可以增加输出电压，而并联可以增加输出电流。
串联和并联的方式需要根据实际情况进行调整，以最大限度地提高整个光伏系统的发电效率。
4.光伏组件的防尘和防水：太阳能电池板的正常运行需要保持表面的清洁和防水。
防尘和防水措施可以采用覆盖玻璃、安装防水罩等方式来实现。
其次，光伏组件及阵列设计的常见方法包括以下几个方面：1.阵列的布局设计：根据场地条件和电力需求，选择合适的布局方式。
平坦的屋顶可以选择平面布置，而斜坡或倾斜屋面可以选择倾斜布置。
2.阵列的朝向和倾角设计：根据当地的纬度和气候条件，选择合适的朝向和倾角，以最大限度地接收太阳辐射能量。
通过光照辐射测量和辐照度模拟软件来确定最佳的朝向和倾角。
3.光伏组件的串联和并联设计：根据实际电压和电流需求，选择合适的串联和并联方式。
通过光伏电池电气特性的匹配，实现最佳的组件串并联配置。
4.光伏组件的防尘和防水设计：选择适当的防尘和防水措施，确保太阳能电池板的正常运行。
光伏组件的选择与光伏阵列设计
光伏组件的选择与光伏阵列设计随着可再生能源的发展，光伏发电系统被广泛应用于各个领域。
在光伏发电系统中，光伏组件的选择和光伏阵列的设计是至关重要的。
本文将围绕光伏组件的选择和光伏阵列的设计展开讨论。
一、光伏组件的选择光伏组件是光伏发电系统的核心部件，其性能和质量直接影响到发电系统的发电效率和稳定性。
在选择光伏组件时，应考虑以下几个因素：1. 组件类型：常见的光伏组件主要包括多晶硅组件、单晶硅组件和薄膜组件。
多晶硅组件具有较高的转换效率和较低的成本，适用于大型光伏发电项目。
单晶硅组件具有较高的转换效率和较好的抗腐蚀性能，适用于高寿命要求的项目。
薄膜组件具有较低的转换效率和较低的成本，适用于大规模的光伏电站建设。
2. 转换效率：组件的转换效率是衡量其质量和性能的重要指标，高转换效率的组件可以提高光伏发电系统的发电效率。
通常选择转换效率在15%以上的组件，以确保系统的高效发电。
3. 耐环境适应能力：光伏组件通常需要在恶劣的环境条件下运行，如高温、低温、湿度、紫外线等。
因此，选择具有良好耐环境适应能力的组件，能够确保系统的稳定运行和长寿命。
4. 品牌信誉：选择知名品牌的光伏组件，可以保证组件的质量和售后服务。
通过了解市场评价、咨询专业人士和查看用户反馈，可以对组件品牌进行评估和选择。
二、光伏阵列的设计光伏阵列的设计是为了最大化光能的吸收和利用，提高光伏发电系统的发电效率。
在光伏阵列的设计过程中，以下几点需予以关注：1. 布置方式：光伏阵列的布置方式主要有平面式、斜面式和追踪式。
平面式布置适用于日照充足的地区，布置简单、造价较低；斜面式布置适用于光照较弱的地区，可以增加光能的吸收；追踪式布置适用于对发电效率有较高要求的场合，能够根据太阳光的方位实现追踪，提高发电效率。
2. 阵列间距：不同的光伏组件具有不同的阵列间距要求，合理的阵列间距可以减少阴影遮挡，提高光能的吸收效果。
根据光伏组件的尺寸和布局方式，合理确定阵列间距，提高光伏发电系统的功率密度。
第二章单相光伏并网发电系统结构与工作原理
第二章单相ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ伏并网发电系统结构与工作原理
第2章单相光伏并网发电系统结构与工作原理2.1 单相光伏并网发电系统基本原理
图2-1 典型光伏发电系统框图 单相光伏并网发电系统由四部分组成，即太阳能电池方阵、蓄电池组、逆变器和控制器，其典型的系统框图如图2-1所示。 并网光伏发电系统的主要特点是，与公用电网发生紧密的电联系。光伏发电系统多余的电力向电网供电，不足的电力由电网 补。其工作的基本原理是，太阳能电池方阵受到太阳辐照，通过太阳能电池的光生伏打效应，将太阳光能直接转换为直流电 能，太阳能电池方阵的输出端经防反充二极管接至控制器。控制器的一对输出端接至蓄电池组，对其进行充、放电保护控制； 控制器的另一对输出端通过开关接至逆变器，将直流电逆变为交流电，可以向交流负载供电，也可以通过锁相环节向电网输出 与电网电压同频、同相的交流电。这样就构成了一个完整的发电、输电和供电系统。 对于光伏并网系统而言，将太阳能经光伏电池阵列转化成电能馈送给交流电网，其间能量的传递与转换可以有很多种方式，并 网逆变器的结构也因而有所不同，可以是直接从太阳能电池到电网的单级DC- AC变换结构，也可以是DC- DC 和DC- AC的两 级变换结构。对于小功率光伏并网发电系统，由于光伏电池阵列的输出电压比较低，因而更多的采用了先通过一级DC- DC变 换器升压，然后再通过一级DC- AC逆变器的两级变换并网结构。 太阳能并网逆变器的控制目标是控制并网逆变器的输出电流为稳定的高质量的正弦波电流，同时还要求并网逆变器输出的电流 与电网电压同频、同相，因此需要采用合适的控制策略以达到上述的控制目标。 2.2光伏发电系统逆变器的拓扑结构 由于太阳能电池，燃料电池每个单元的输出电压较低，所以在串联数量很少的情况下，并网逆变器的输入电压较低，这样并网 逆变器就需要具有直流电压的提升和逆变的功能。通常并网逆变器依照级数可以划分为单级式逆变器和多级式逆变器。单级指 直流电压的提升和产生正弦波的输出电流或者输出电压在同一级电路中完成。多级即指在前一级或者前几级电路中实现了电压 的升降或者隔离，在后级的电路中实现了DC/AC的变换，常见的是两级逆变器。还有一些逆变器可以认为是两级也可以认为是 一些复杂的单级变换器。 2.2.1单级式光伏并网逆变器 单级式逆变器结构简单，成本较低，但是单级式非隔离型升压的程度有限，靠电感的储能实现，所以仅适用于较小功率场合， 不适合于并网运行。 单级式结构的逆变器所有的控制都在逆变环节中实现，即最大功率点的跟踪控制和逆变并网控制。单级式结构逆变器所并电网 为低电压电网，可以直接接入电网供电；如果单级式结构逆变器所并电网为高电压电网，并且光伏阵列输入电压较低，则逆变 器输出需升压变压器后接入电网，该变压器不仅具有升压作用，还具备滤波和隔离作用。单相单级式逆变器的结构如图1.8所 示。 单级式逆变器系统由光伏阵列、稳压滤波电容、单相全桥逆变电路、并网滤波电感和市电电网组成。单级式逆变器系统只有一 个逆变环节，因此该系统的结构比较简单，相应的效率比较高，但是所有的控制算法都在在该环节中实现，导致整个的控制系 统比较复杂。另外，由于光伏阵列的输出直接输入逆变器中，导致光伏阵列的电压输出有两倍工频的纹波电压，因此需要在光 伏阵列的输出侧加入大功率的滤波电容，来抑制电压纹波，如果滤波电容的选取较大，将会降低光伏系统的MPPT的响应速 度。
太阳能光伏并网发电及其逆变控制
太阳能光伏并网发电及其逆变控制内容提要《太阳能光伏并网发电及其逆变控制》是编者张兴、曹仁贤等在长期从事太阳能光伏发电及并网逆变技术研究与产业化基础上，通过学习和研究大量国内外相关参考文献编写而成的，是对相关本科教材的深入与完善。
《太阳能光伏并网发电及其逆变控制》以“太阳能光伏发电技术”以及“电力电子技术”理论为基础，从光伏并网发电系统与并网逆变控制角度出发，深入浅出地讨论了太阳电池技术、光伏并网系统的体系结构、光伏并网逆变器的电路拓扑、光伏并网逆变器控制策略、最大功率点跟踪技术、并网光伏发电系统的孤岛效应及反孤岛策略、阳光跟踪聚集技术、电能质量问题与对策及相关标准等内容，为光伏并网发电技术的应用与研究提供了理论基础。
《太阳能光伏并网发电及其逆变控制》可为从事光伏并网发电技术以及并网逆变器技术相关研究与应用的工程技术人员提供参考，也可作为高等院校本科生、研究生的学习参考书。
目 录序言前言第1章 绪论1.1 太阳能及其光伏产业1.2 光伏并网发电技术的发展1.2.1 国内外光伏并网发电技术的发展1.2.2 国内外光伏并网发电的激励政策1.2.3 我国光伏发电中长期发展规划1.3 国内外大型光伏发电系统简介1.3.1 Springerville Generating Station（SGS）大型荒漠光伏电站1.3.2 APS Star Center调峰电站1.3.3 Prescott的荒漠电站1.3.4 国外10MW以上大型光伏电站1.3.5 我国大型光伏并网电站（超过200kW）现状第2章 光伏电池与光伏阵列第3章 光伏并网系统的体系结构第4章 光伏并网逆变器的电路拓扑第5章 光伏并网逆变器控制策略第6章 光伏发电的最大功率点跟踪（MPPT）技术第7章 并网光伏发电系统的孤岛效应及反孤岛策略第8章 阳光的跟踪与聚集第9章 光伏发电并网的电能质量仿真计算附录光伏并网发电标准简介导 语《太阳能光伏并网发电及其逆变控制》由合肥工业大学张兴教授与阳光电源股份有限公司总经理、合肥工业大学兼职博导曹仁贤研究员任主编。
光伏组件选择与阵列设计
光伏组件选择与阵列设计光伏发电是一种利用太阳能将光能转化为电能的技术。
在进行光伏发电系统的设计之前，我们需要首先选择合适的光伏组件，并进行合理的阵列设计。
本文将对光伏组件选择和阵列设计两个方面进行详细探讨。
一、光伏组件选择光伏组件是光伏发电系统中最重要的组成部分之一，它直接影响着系统的发电效率和稳定性。
在选择光伏组件时，我们需要考虑以下几个因素：1. 定义项目需求首先，我们需要明确项目的需求，包括系统容量、发电量要求以及项目预算等。
这些因素将有助于我们明确所需光伏组件的功率、尺寸以及数量。
2. 考虑光伏组件的类型目前市场上有多种类型的光伏组件，如单晶硅、多晶硅和薄膜等。
每种类型有其特点和适用场景。
单晶硅光伏组件具有较高的转化效率和良好的稳定性，适用于较高要求的项目；多晶硅光伏组件比较经济实用，适用于大规模光伏电站；薄膜光伏组件具有较低的成本和较好的适应性，适用于特殊的环境需求。
根据项目需求和经济性，我们可以选择适合的光伏组件类型。
3. 考虑光伏组件的品质和可靠性在选择光伏组件时，我们需要考虑其品质和可靠性。
选择具备良好品牌声誉、质量保证和售后服务的光伏组件供应商是保证光伏系统长期运行的关键。
4. 考虑光伏组件的性能光伏组件的性能也是我们选择的关键因素。
我们需要关注光伏组件的转化效率、温度系数、防反射涂层、耐久性等参数。
高转化效率的组件可以提高系统的发电效率，温度系数小可以降低光伏板温度对发电效率的影响，防反射涂层可以提高光吸收效率，良好的耐久性能可以使光伏组件在多年使用中保持较高的发电效率。
二、阵列设计光伏阵列设计是光伏发电系统中至关重要的一环，合理的阵列设计不仅可以提高系统的发电效率，还可以减少维护成本和提高系统的可靠性。
以下是一些在阵列设计过程中需要考虑的要点：1. 考虑地理位置和环境因素地理位置和环境因素对光伏发电系统的发电效率有很大影响。
在进行阵列设计之前，我们需要调研地区的日射量、天气情况、温度等因素，以便确定光伏组件的倾斜角度和朝向。
光伏组件与阵列设计
光伏组件与阵列设计光伏组件与阵列设计是光伏发电系统的关键部分，它直接影响着光伏发电系统的发电效率和稳定性。
在光伏组件与阵列的设计过程中，需要考虑到多方面的因素，包括光伏组件的选型、光伏阵列的布局、电气连接以及阵列的倾角和朝向等。
下面将详细介绍这些方面的设计原则和注意事项。
首先，光伏组件的选型是光伏组件与阵列设计的基础。
在选择光伏组件时，需要考虑到其光电转换效率、温度特性、可靠性和成本等因素。
一般来说，高效率的光伏组件可以提高发电系统的发电效率，而温度特性和可靠性则影响着组件的性能稳定性。
此外，成本也是一个重要的考虑因素，需要在技术性能和经济性之间找到平衡。
其次，光伏阵列的布局也是非常重要的。
光伏阵列的布局方式有很多种，包括平行布局、串联布局和混合布局等。
在布局的过程中，需要考虑到地形、遮挡物和光照条件等因素。
一般来说，尽量避免遮挡物和阴影对光伏阵列的影响，以确保光伏组件能够充分吸收阳光。
第三，电气连接也是光伏组件与阵列设计的重要一环。
电气连接的设计需要考虑到组件之间的串联和并联方式，以及电缆和连接器的选择。
串联连接可以提高系统的输出电压，适用于更长距离的输电，而并联连接则可以提高系统的输出电流，适用于更大功率的输出。
同时，选择质量好的电缆和连接器可以降低线损和故障的风险。
另外，光伏阵列的倾角和朝向也是需要考虑的因素。
光伏阵列的倾角和朝向直接影响着系统的发电效率。
一般来说，根据当地的纬度和季节变化来确定光伏阵列的倾角和朝向，以最大化太阳辐射的接收量。
倾角和朝向的调整可以通过支架的设计来实现，同时还需要考虑到阵列布局和场地空间的限制。
最后，光伏组件与阵列设计过程中还需要考虑到系统的可维护性和安全性等因素。
合理的设计可以降低系统的故障率和维护成本，提高系统的可靠性和安全性。
例如，光伏组件的安装和维护应该方便，以便进行定期清洗、检查和更换。
综上所述，光伏组件与阵列设计是一个综合考虑多方面因素的过程。
合理的光伏组件与阵列设计可以提高光伏发电系统的发电效率和稳定性，充分利用太阳能资源，减少对传统能源的依赖，降低环境污染。
光伏发电工程技术习题答案
《光伏发电工程技术》教材习题答案习题11.简述太阳能电池的工作原理。
答：光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
其工作原理如下：当太阳光照射到半导体表面，半导体内部N区和P区中原子的价电子受到太阳光子的冲击，通过光辐射获取到超过禁带宽度E g的能量，脱离共价健的束缚从价带激发到导带，由此在半导体材料内部产生出很多处于非平衡状态的电子—空穴对。
结合图1-7所示，光生电子－空穴对在耗尽区产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推向N区，光生空穴被推向P区：在N区中光生电子－空穴对向P－N结的边界扩散，一旦达到耗尽区的边界，立即受到内电场的作用，空穴推入P 区，而光生电子则被留在N区；P区中的光生电子（少子）则同样的先扩散，后在电场力的作用下被推入N区，光生空穴则留在P区。
因此，在P区有过剩的空穴，在N区有过剩的电子，如此便在P－N结两侧形成了正负电荷的积累，产生与势垒电场方向相反的光生电动势，也就是光生伏特效应。
将半导体做成太阳能电池并外接负载后，光电流从P区经负载流至N区，负载即得到功率输出，太阳能便变成了电能。
2.说明光伏发电系统的组成及各个部分的作用。
答：光伏发电系统通常由太阳能电池组件（太阳能电池板或光伏组件）、蓄电池组、控制器、逆变器等几部分构成。
太阳能电池组件也叫太阳能电池板，是太阳能发电系统中的核心部分，是能量转换的器件，其作用是将光能转换成电能。
蓄电池的作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。
控制器的作用是使太阳能电池和蓄电池高效、安全、可靠的工作，以获得最高效率并延长蓄电池的使用寿命，能自动防止蓄电池过充电和过放电。
逆变器的作用是将直流电转换成交流电的设备。
3.光伏发电系统的一般分类如何？各种类型光伏发电系统的工作原理如何？答：光伏发电系统分为独立系统、并网系统。
独立光伏发电也叫离网光伏发电。
主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器，结合图1-10所示。
光伏组件与阵列设计
1.1 引言太阳电池是将太阳光直接转换为电能的最基本元件，一个单体太阳能电池的单片为一个PN结，工作电压约为0.5V，工作电流约为20－25mA/cm2, 一般不能单独作为电源使用。
因而需根据使用要求将若干单体电池进行适当的连接并经过封装后，组成一个可以单独对外供电的最小单元即组件（太阳能电池板）。
其功率一般为几瓦至几十瓦，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨的能力，广泛应用于各个领域和系统。
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连或并联进行连接，以获得所需要的电压和电流，从而使得用户获取电力。
根据负荷需要，将若干组件按一定方式组装在固定的机械结构上，形成直流发电的单元，即为太阳能电池阵列，也称为光伏阵列或太阳能电池方阵。
一个光伏阵列包含两个或两个以上的光伏组件，具体需要多少个组件及如何连接组件与所需电压（电流）及各个组件的参数有关。
太阳能电池片并、串联组成太阳能电池组件；太阳能电池组件并、串联构成太阳能电池阵列。
1.2 光伏组件1.2.1组件概述光伏组件（俗称太阳能电池板）是将性能一致或相近的光伏电池片（整片的两种规格125*125mm、156*156mm），或由激光机切割开的不同规格的太阳能电池，按一定的排列串、并联后封装而成。
由于单片太阳能电池片的电流和电压都很小，把他们先串联获得高电压，再并联获得高电流后，通过一个二极管（防止电流回输）然后输出。
电池串联的片数越多电压越高，面积越大或并联的片数越多则电流越大。
如一个组件上串联太阳能电池片的数量是36片，这意味着这个太阳能组件大约能产生17伏的电压。
1.2.2电池的连接与失配失配的影响:失配损失是由于电池或者组件的互联引起的，这些电池或者组件没有相同的特性或者经历了不同的条件。
在PV组件和方阵中，在某种条件下失配问题是一个严重的问题，因为一个组件在最差情况的输出是由其中的具有最低输出的太阳电池决定。
例如，当一个太阳电池被遮挡而组件中的其它的太阳电池并没有被遮挡时，一个处于“良好”状态的太阳电池产生的功率可以被低性能的太阳电池耗散，而不是提供给负载。
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。
太阳能光伏阵列及光伏发电技术略论
TECHNOLOGY AND INFORMATION科学与信息化2023年12月下 89太阳能光伏阵列及光伏发电技术略论付浩然 广东电网有限责任公司惠州供电局 广东 惠州 516003摘 要 太阳能属于可再生能源，具有永久性、可再生、清洁性与灵活性等多种优势，对自然生态环境造成的危害比较少，难以诱发环境污染，所以太阳能发电的实用价值较大。
太阳能技术的问世、发展、应用为新能源开拓、新技术应用创造了良好的基础，积极开发并应用太阳能，能够对人类可持续发展产生深远的影响。
文章主要综述太阳能光伏阵列和数学模型、光伏发电技术具体类型与技术实际应用体现，希望能为相关研究人员提供一定的理论参考和理论借鉴。
关键词 太阳能发电；太阳能光伏阵列；光伏发电技术Brief Discussion of Solar Energy Photovoltaic Array and Photovoltaic Power Generation Technology Fu Hao-ranGuangdong Power Grid Corporation Huizhou Power Supply Bureau, Huizhou 516003, Guangdong Province, ChinaAbstract Solar energy is a renewable energy, with many advantages such as permanent, renewable, clean and flexible nature, and it causes few harm to natural ecological environment and is difficult to induce environmental pollution, so the practical value of solar power generation is relatively great. The advent, development and application of solar energy technology have created a good foundation for the development of new energy and the application of new technologies, and the active development and application of solar energy can have a far-reaching impact on the sustainable development of mankind. This paper mainly reviews the solar energy photovoltaic array and mathematical model, the specific types of photovoltaic power generation technology and the practical application of such technology, hoping to provide some theoretical reference for relevant researchers.Key words solar power generation; solar energy photovoltaic array; photovoltaic power generation technology引言在全球经济高速发展的背景下，社会发展、公民生活均对能源资源有更高的需求。
太阳能光伏阵列及光伏发电技术
太阳能光伏阵列及光伏发电技术摘要：随着社会的进步，人们生活质量的提高，对于清洁能源的使用更为普遍，同时也是未来社会发展的趋势。
以光伏发电为研究模型，对实现太阳能的高效利用展开研究，提出了一种高效的光伏阵列，使太阳能发电系统的能源利用率得到了显著的提升。
关键词：太阳能发电；光伏阵列；太阳能光伏发电1太阳能光伏发电原理及优势1.1太阳能光伏发电原理分析太阳能光伏发电技术主要将太阳能辐射光能储存在太阳能电池中，从而储存电能，做到光能与电能的转换。
太阳能光伏发电技术是将半导体光伏发电（“光伏效应”）的原理应用其中，在通过太阳能电池将太阳能转化的电能储存，具体的流程为：太阳能电池中有电场的存在，而光能中“光生电子-空穴”的存在，因此使得电子和空穴相互分析，在电池的两侧产生电荷，进行出现电压。
1.2太阳能光伏发电的优势1.2.1高效、节能、清洁太阳能光伏发电有着独特的优势，其高效、节能、清洁的特点尤为突出，产生电能过程相对更为简捷、简单，通过太阳能中的光子与电子的转换形成电能，其他发电方式较为复杂，而太阳能光伏发电过程简单，而且在节能环保方面优势更加突出，故而成为现今新型能源中的重要项目。
1.2.2储备丰富、分布范围广太阳能主要依靠的能源来源是太阳，可谓无所不在。
使用太阳能的过程对环境基本没有影响，而且能够最大程度的杜绝资源的浪费问题，因此太阳能光伏发电技术的开发与利用都是非常便捷的。
太阳能电池组件、直交流逆变器、蓄能蓄电池等组件是太阳能光伏发电系统主要的组成部分。
太阳电池组件是太阳能光伏发电过程中最重要的组成部分，其主要承担着将光能转换为电能的重要过程。
2太阳能光伏发电技术现状中国对太阳能能源的开发是比较重视的，在1958年中国就提出要进行太阳能技术的开发，加大在光伏产业上的投入，使太阳能能源日后成为中国重要的能源输出。
21世纪以来，中国在太阳能发电技术的研发、运用、生产等方面进步速度很快，具有很大的发展潜能。
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温度保持不变，最大功率 点功率随光照浮动有明显 变化，具体表现为光照降 低最大功率点功率下降； 光照保持不变，最大功率 点功率随温度也有很大变 化，具体表现为，温度降 低最大功率点功率升高。
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2.2.2 光伏电池工程计算方法
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特点：一般用于10kW以上较大功率的光伏 并网系统，系统只采用一台并网逆变器，结构 简单且逆变器效率较高。
缺点：阻塞和旁路二极管使系统损耗增加；抗热 斑和抗阴影能力差，系统功率失配现象严重；特 性曲线出现复杂多波峰；需要较高电压的直流母 线，降低了安全性，增加了成本；系统扩展和冗 余能力差。
其中，Aall为电池总的光照表面积，S为光照强度， 单位为W/m2。
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2.4.2 光伏电池的转换效率的影响因素
一、 光谱响应
光伏电池的光谱响应，与太阳电池的结构、材 料性能、结深、表面光学特性等因素有关，并且 还随环境温度、电池厚度、辐射损伤而变化。
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其中：
qE
IVD I D0 (e AKT 1)
式中，q为电子电荷，1.6×10-19C；K为玻尔兹曼常 数，1.38×10-23J/K；A为常数因子（正偏电压大时 A值为1，正偏电压小时为2），E电池电动势。
I DO为光伏电池无光照时的饱和电流
Is
IV
D
R
I
s
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PV
PV
PV
3.3 串型结构
.. .
.. .
.. .
逆变 器
电 网
串型结构图
PV
PV
PV
结构：通过串联构成光伏阵 列给光伏并网发电系统提供 能量的系统结构。综合了集 中式和交流模 块式两种结 构的优点，一般串联光伏阵 列输出电压150-450V，甚至 更高，功率等级可以达到几 个千瓦左右。
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2.4 光伏电池的转换效率及其影响因素
2.4.1 光伏电池的转换效率
光伏电池的转换效率是光伏电池的输出功率P与
投射到电池表面上的全部光功率Pin之比。其值取 决于工作点，通常采用效率的最大值作为光伏电
池的效率。
Um Im UmIm 100 %
Pin
SAall
光伏系统追求最大的发电功率输出，系统结构对发 电功率有着直接的影响：一方面，光伏阵列的分布 方式会对发电功率产生重要影响；而另一方面，逆 变器的结构也将随功率等级的不同而发生变化。
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3.1 集中式结构
PV PV
PV PV
PV
逆变器
电网
集中式结构示意图
PV
结构：将所有光伏组件通 过串并联构成光伏阵列， 产生一个足够高的直流电 压，然后通过一个并网逆 变器集中将直流转换为交 流并 把能量输入电网。
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二、 光照特性
温度不变，光伏电池在不同 日照强度下的输出特性曲线
温度不变，光伏电池在不 同日照强度下的功率曲线
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三、 温度特性
照度不变，光伏电池在不 同温度下的输出特性曲线
照度不变，光伏电池在不 同温度下的功率曲线
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U oc
AKT q
ln
I sc ID0
开路电压
Is
IV
D
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c
Rs
R
h
L
光伏电池单二极管等效电路图
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光伏电池的输出特性主要与照度和温度有关 太阳能电池输出I-U特性随日照、温度的变化
温度不变，光伏电池
在不同日照强度下的输 出特性曲线
照度不变，光伏电池 在不同温度下的输出特 性曲线
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与集中式结构相比优点：串型结构中由于省去 了 阻塞二极管，阵列损耗下降；抗热斑和阴影 的能力增加，多串MPPT设计，运行效率高；系 统扩展和冗余能力强；
主要不足：系统仍然有热斑和阴影问题，另外，逆 变器数量增多，扩展成本增加且逆变器效率 相对有 所降低，但逆变效率仍高于交流模块式结构的逆变 效率
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光伏电池发电工程上广泛使用的光电转换 器件主要是硅光伏电池。
硅光伏电池
单晶硅（效率最高，成本高，工艺技 术成熟，普遍应用）
多晶硅（硅使用量少，无效率消退问 题，成本低，前景好）
非晶硅（较高的转化效率， 较低的成 本，重量轻，有着极大潜力；稳定 性不高，影响大规模使用。）
系统高效稳定运行的关键是具有较好的协同控制算法
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3.6 直流模块式结构
融合了并联多支路结构思想与交流模块式结构思想。
构成：光伏直流建筑模块和集中逆变器模块。光伏 直流建筑模块是将光伏组件、高增益DC/DC变换器和 表面建 筑材料集成为一体，构成具有光伏发电功能、 独立的、即插即用的表面建筑原件。集中逆变器将大 量公共直流母线上的直流电能逆变为交流电能实现并 网功能，控制直流母线电压。
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2.5 阴影条件下光伏阵列的输出特性 2.5.1 热斑现象分析
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当两电流不等的电流源串联时，电流大的电流源会 向电流小的电流源倒灌电流。而承受反向电压。
如果反向电压过大将会 使电池板PN结击穿， 造成电池板损坏。
电池板长期工作在反向电压 下自身吸收能量所转化的热 量不能及时散发，形成热点。 这就是热斑现象。
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2.5.2 多峰现象分析 为了避免热斑现象发生，可以在光伏组 件两端反向并联旁路二极管。
多峰现象产生：
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多峰现象分析：
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第3章 光伏并网系统的体系结构
光伏系统与电力系统的关系， 一般分为离网光 伏系统和并网光伏系统。离网系统不与电网相连， 作为一种移动电源给本地负载供电。并网系统， 与电网相连，可为电力系统提供有功和无功电能。 主流应用方式是光伏并网发电方式。
测试条件：光源的光谱特性（AM1.5标准光谱）、标 准辐照度（1000W/m2）、温度（250C）。
测试内容：开路电压、短路电流、最佳工作电压、 最佳工作电流、最大输出功率、光电转换效率、填 充因数、伏安特性曲线等。
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2、耐高压绝缘测试
用500V或者1000V绝缘电阻表来测量。绝缘电 阻表一端接在电极上，一端接在组件的金属框 架上，绝缘电阻表显示的电阻值应该不小于 50MΩ而接近无穷大。 3、光伏电池组件的环境试验 两种试验方法：一是实地试验法；二是环境模拟试验 法； 实地试验法即把组件长期暴露在自然环境中，定期 观察和测量电性能参数，检查元件、材料的老化和电性 能的衰降情况。环境模拟试验法是用人工方法创造自然 环境中的各种典型条件，对组件进行试验和性能检查。
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3.4 多支路结构
多支路结构是由多个DC/DC变换器、一个DC/AC逆 变器构成，其综合了串型结构和集中式结构的优点， 具体实现形式主要有两种：并联多支路结构和串联 多支路结构。
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PV
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..
..
.
.
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还可得：
UL
AKT q
ln( Isc I L ID0
1)
Is
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R
I
s
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Rs
R
h
L
光伏电池单二极管等效电路图
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当 RL 0 时 U L 0
qU L
I L I sc I D0 (e AKT 1)
由此式可以看出： IL Isc 短路电流
当RL→∞时，
3）多支路系统中某个DC/DC变换器出现故障，系统 仍然能够维持工作。
4）适合具有不同型号、大小、方位、受光面等特 点的支路的并联，适合于光伏建筑一 体化形式的分 布式能源系统应用。
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3.5 主从结构
...
PV
。
P V。
P V。
组协 。
同开 关
。..
。
逆变器
.. .
L
c
Rs
R
h
L
光伏电池单二极管等效电路图
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由图可以看出：
IL
I sc
q（U L I LRs )
I D0 (e AKT
1) UL
IL Rs Rsh
由于一般情况下光伏电池串联电阻Rs很小，并
联电阻Rsh很大。
qU L
I L I sc I D0 (e AKT 1)
.
PV