太阳能电池组件的串
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产生“热斑效应”的原因
造成热斑效应的根源是有个别坏电池的混入、电极焊片虚 焊、电池由裂纹演变为破碎、个别电池特性变坏、电池局 部受到阴影遮挡等。; 由于局部阴影的存在,太阳电池组件中某些电池单片的电 流、电压发生了变化。其结果使太阳电池组件局部电流与 电压之积增大,从而在这些电池组件上产生了局部温升。
1.太阳能电池组件的热斑效应
当太阳能电池组件或某一部分表面不清洁、有划伤或者 被鸟粪、树叶、建筑物阴影、云层阴影覆盖或遮挡的时 候,被覆盖或遮挡部分所获得的太阳能辐射会减小,其 电池片输出功率自然减小,相应组件的输出功率也随之 降低。由于被遮挡的面积与输出功率不是线性关系,所 以即使一个组件中只有一个电池片被覆盖,整个组件的 功率也会大幅度降低。 如果被遮挡部分只是方阵组件串的并联部分,那么问题 还比较简单,只是该部分输出的发电电流会减小,如果 被遮挡部分只是方阵组件串的串联部分,则问题较为严 重,一方面会使整个组件的输出电流减小为该被遮挡部 分的电流,另一方面被遮挡的电池片不仅不能发电,还 会被当作负载消耗其他有光照的太阳能电池组件的能量, 长期遮挡会引起局部反复过热。
什么是“热斑效应”?
定义:
在一定条件下,一串联支路中被遮蔽的太阳电 池组件,将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所 产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时将会发热,这就 是热斑效应。
“热斑效应”的破坏力
有光照的太阳电池组件所产生的部分能量或所有能量, 都可能被遮蔽的电池所消耗。
•热斑效应会使焊点融化,破坏封装材料( 如无旁路二极管保护),甚至会使整个方 阵失效。
பைடு நூலகம்
在独立光伏发电系统中,有些光伏控制器的电路上已 经接入了防反充二极管,即控制器带有防反充功能时, 组件输出就不需要再接二极管了。 防反充二极管存在有正向导通压降,串联在电路中会 有一定的功率消耗,一般使用的硅整流二极管管压降 为0.7V左右,大功率管可达1~2V。肖特基二极管虽然 管压降较低,为0.2----0.3V,但其耐压和功率都较小, 适合小功率场合应用。
2.太阳能电池组件的串、并联组合
太阳能电池方阵的连接有串联、并联和串、并联混合几种 方式。 当每个单体的电池组件性能一致时,多个电池组件的串联 连接,可在不改变输出电流的情况下,使方阵输出电压成 比例的增加:
组件并联连接时,则可在不改变输出电压的情况下,使方 阵的输出电流成比例的增加;
串、并联混合连接时,即可增加方阵的输出电压,又可增 加方阵的输出电流。 但是,组成方阵的所有电池组件性能参数不可能完全一致, 所有的连接电缆、插头插座接触电阻也不相同,于是会造 成各串联电池组件的工作电流受限于其中电流最小的组件; 而各并联电池组件的输出电压又会被其中电压最低的电池 组件钳制。因此方阵组合会产生组合连接损失,使方阵的 总效率总是低于所有单个组件的效率之和。
(1)防反充(防逆流)二极管
防反充二极管的作用之一是防止太阳能电池组件或方 阵在不发电时,蓄电池的电流反过来向组件或方阵倒 送,不仅消耗能量,而且会使组件或方阵发热甚至损 坏; 作用之二是在电池方阵中,防止方阵各支路之间的电 流倒送。这是因为串联各支路的输出电压不可能绝对 相等,各支路电压总有高低之差,或者某一支路因为 故障、阴影遮蔽等使该支路的输出电压降低,高电压 支路的电流就会流向低电压支路,甚至会使方阵总体 输出电压的降低。在各支路中串联接入防反充二极管 就避免了这一现象的发生。
组合连接损失的大小取决于电池组件性能参数的离散 性,因此除了在电池组件的生产工艺过程中,尽量提 高电池组件性能参数的一致性外,还可以对电池组件 进行测试、筛选、组合,即把特性相近的电池组件组 合在一起。 例如,串联组合的各组件工作电流要尽量相近,每串 与每串的总工作电压也要考虑搭配得尽量相近,最大 幅度地减少组合连接损失。
第5讲 太阳能电池方阵
太阳能电池方阵的组成
太 阳 能 电 池 方 阵 也 称 光 伏 阵 列 ( Solar Array 或 PV Array)。 太阳能电池方阵是为满足高电压、大功率的发电要求, 由若干个太阳能电池组件通过串并联连接,并通过一 定的机械方式固定组合在一起的。 除太阳能电池组件的串并联组合外,太阳能电池方阵 还需要防反充(防逆流)二极管、旁路二极管、电缆 等对电池组件进行电气连接,还需要配备专用的、带 避雷器的直流接线箱。 有时为了防止鸟粪等沾污太阳能电池方阵表面而产生 “热斑效应”,还要在方阵顶端安装驱鸟器。 另外电池组件方阵要固定在支架上,支架要有足够的 强度和刚度,整个支架要牢固的安装在支架基础上。
如何解决“热斑效应”呢?
为了防止太阳电池由于热斑效应 而遭受破坏,最好在太阳电池组件 的正负极间并联一个旁路二极管, 以增加方阵的可靠性通常情况下, 旁路二极管处于反偏压,不影响组 件正常工作。
这是为什么呢?
当一个电池被遮挡时,其他电池促其 反偏成为大电阻,此时二极管导通, 总电池中超过被遮电池光生电流的部 分被二极管分流,从而避免被遮电池 过热损坏。以避免光照组件所产生的 能量被受遮蔽的组件所消耗。
3.防反充(防逆流)和旁路二极管
在太阳能电池方阵中,二极管是很重要的器件,常用 的二极管基本都是硅整流二极管(部分二极管的性能参 数可参看表 2-3),在选用时要注意规格参数留有余量, 防止击穿损坏。 一般反向峰值击穿电压和最大工作电流都要取最大运 行工作电压和工作电流的2倍以上。 二极管在太阳能光伏发电系统中主要分为两类,防反 冲二极管和旁路二极管。
方阵组合连接要遵循下列几条原则: ①串联时需要工作电流相同的组件,并为每个组件并接 旁路二极管;
②并联时需要工作电压相同的组件,并在每一条并联线 路中串联防反充二极管;
⑧尽量考虑组件连接线路最短,并用较粗的导线;
④严格防止个别性能变坏的电池组件混入电池方阵。
太阳电池阵列的电路构成
由太阳电池组件构成的纵列组件(根据所需输出电压将太阳电池 组件串联而成)、逆流防止元件(二极管)Ds(各纵列组件经逆 流防止元件并联构成)、旁路元件(二极管Db)及端子箱体构成