模塊二情境二光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)模塊二情境二離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成周亞?wèn)|本節(jié)內(nèi)容與討論主題1.你所見(jiàn)到的組件類型，其構(gòu)成部分有哪些？2.組件性能中包括必個(gè)重要的參數(shù)，你了解多少？3.影響組件輸出功率的外部因素有哪些？你能講清楚嗎？4.光伏方陣串并聯(lián)請(qǐng)況分相同組件與不同組件連接，串聯(lián)后整個(gè)電流與電壓情況怎樣？一、光伏組件及光伏方陣1.光伏組件介紹光伏組件也稱太陽(yáng)能電池組件，英文名稱“SolarModule”或“PVModule”，它是將多個(gè)單體的太陽(yáng)能電池片根據(jù)需要串、并聯(lián)越來(lái)，通過(guò)專用材料及特殊工藝封裝后得到，其功率一般用“Wp”表示，其中“p”是英文“peak”，為“峰值”的意思。組件分類光伏組件根據(jù)用途不同分為普通型太陽(yáng)能組件和建材型太陽(yáng)能組件，其中建材型太陽(yáng)能組件又分為雙面玻璃夾膠電池組件、中空玻璃電池組件以及光伏瓦電池組件等。常見(jiàn)的普通型太陽(yáng)能組件有單晶硅組件，多晶硅組件，非晶硅組件。夾層玻璃光伏組件這種組件電池片夾在兩層玻璃之間，組件的受光面采用低鐵超白鋼化玻璃，背面采用普通鋼化玻璃，這種低鐵超白鋼化玻璃一般用于光伏采光頂與光伏幕墻。中空玻璃中空玻璃電池組件除了有采光和發(fā)電的功能外，還具有隔音、隔熱、保溫的功能，常用于作為各種光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)的玻璃幕墻電池組件。這種組件在電池片與玻璃間裝有干燥劑的空心鋁隔條隔離，并用丁基膠、結(jié)構(gòu)膠等進(jìn)行密封處理，把接線盒及正負(fù)極引線等也都用密封膠密封在前后玻璃的邊緣夾層中，與組件形成一體，使組件安裝和組件間線路連接都非常方便。光伏瓦采用合成材料（工程材料）制作的瓦片通過(guò)自動(dòng)化安裝工藝與晶體硅太陽(yáng)能模組結(jié)合，形成具有光伏發(fā)電功能的瓦片，具有隔熱、保溫、防水、能發(fā)電特點(diǎn)國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集幾種光伏組件結(jié)構(gòu)及用途見(jiàn)表2-1。2.光伏組件性能光伏組件性能主要是組件輸出特性，稱I-U特性，即電流-電壓特性。它是檢驗(yàn)組件性能的重要參數(shù)，衡量由光能轉(zhuǎn)化為電能轉(zhuǎn)換率重要指標(biāo)，其特性圖如2-15所示，曲線圖反映了當(dāng)組件接受太陽(yáng)光照時(shí)，電池組件的輸出電壓、輸出電流及輸出功率的關(guān)系。光伏組件幾個(gè)重要性能參數(shù)①短路電流(Isc)：當(dāng)將太陽(yáng)能電池組件的正負(fù)極短路，使U=0V時(shí)，此時(shí)的電流就是電池組件的短路電流，短路電流的單位是A，短路電流隨著光強(qiáng)的變化而變化。②開(kāi)路電壓（Uoc）：當(dāng)太陽(yáng)能電池組件的正負(fù)極不接負(fù)載時(shí)，組件正負(fù)極間的電壓就是開(kāi)路電壓，開(kāi)踣電壓的單位是V。③峰值電流(Im)：峰值電流也叫最大工作電流或最佳工作電流。峰值電流是指太陽(yáng)能電池組件輸出最大功率時(shí)的工作電流，峰值電流的單位是A。④峰值電壓(Um)：峰值電壓也叫最大工作電壓或最佳工作電壓。峰值電壓是指太陽(yáng)能電池組件輸出最大功率時(shí)的工作電壓，峰值電壓的單位是V。組件的峰值電壓隨電池片串聯(lián)數(shù)量的增減而變化，36片電池片串聯(lián)的組件峰值電壓為17～17.5V。⑤峰值功率(Pm)：峰值功率也叫最大輸出功率或最佳輸出功率。峰值功率是指太陽(yáng)能電池組件在正常工作或測(cè)試條件下的最大輸出功率，也就是峰值電流與峰值電壓的乘積：Pm

=Im×Um。峰值功率的單位是W。太陽(yáng)能電池組件的峰值功率取決于太陽(yáng)輻照度、太陽(yáng)光譜分布和組件的工作溫度，因此太陽(yáng)能電池組件的測(cè)量要在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為歐洲委員會(huì)的101號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，其條件是：輻照度1000W/m2、大氣質(zhì)量AM1.5、測(cè)試溫度25℃。⑥填充因子（FF）：填充因子也叫曲線因子，是指太陽(yáng)能電池組件的最大功率與開(kāi)路電壓和短路電流乘積的比值：填充因子是評(píng)價(jià)太陽(yáng)能電池組件所用電池片輸出特性好壞的一個(gè)重要參數(shù)，它的值越高，表明所用太陽(yáng)能電池組件輸出特性越趨于矩形，電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率越高。太陽(yáng)能電池組件的填充因子FF

的值始終小于l，一般在0.5～0.8之間。FF

可由下列經(jīng)驗(yàn)公式給出:

⑦轉(zhuǎn)換效率（）：轉(zhuǎn)換效率是指太陽(yáng)能電池組件受光照時(shí)的最大輸出功率與入射到組件上的太陽(yáng)輻射功率的比值。即：其中：為太陽(yáng)入射功率（kW），對(duì)于地面應(yīng)用的太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)輻射功率取1000W/㎡（海平面），對(duì)于太空電池，太陽(yáng)輻射功率取1367W/㎡。3.影響組件輸出功率的外部因素（1）太陽(yáng)輻照度的影響

由于太陽(yáng)電池光生電流大小與太陽(yáng)輻照度大致呈線性變化趨勢(shì)，因而使光伏發(fā)電系統(tǒng)直流輸出功率也隨太陽(yáng)輻照度呈現(xiàn)相應(yīng)的線性變化。系統(tǒng)輸出功率隨太陽(yáng)輻照度大致呈指數(shù)上升趨勢(shì)。

（2）組件安裝傾角的影響

在并網(wǎng)光伏電站設(shè)計(jì)中，通常使用根據(jù)NASA數(shù)據(jù)庫(kù)的氣象數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)?shù)刈罴褍A角的設(shè)計(jì)軟件，但是遇到?jīng)]有NASA氣象采集點(diǎn)的地區(qū)，則會(huì)采用離該地區(qū)最近的氣象采集點(diǎn)采集的氣象數(shù)據(jù)，通過(guò)這種方法計(jì)算得出最佳傾角實(shí)際上并不是該地區(qū)真正的最佳傾角。（3）光伏方陣的失配損失

光伏方陣的失配損失是指組成光伏組件的電池的輸出功率不一致或同一個(gè)光伏方陣中光伏組件的輸出功率不一致導(dǎo)致的整個(gè)光伏陣列輸出功率損失。①遮擋效應(yīng)對(duì)光伏方陣輸出功率的影響光伏電站在運(yùn)行過(guò)程中由于遮擋物的遮擋對(duì)光伏電站輸出性能造成影響的情況十分普遍。遮擋物一般是方陣之間互檔、云層、光伏電站周邊的樹(shù)木、建筑、防雷設(shè)施以及鳥(niǎo)糞、灰塵等，這些遮擋物會(huì)在光伏組件上形成一定的陰影，對(duì)組件的性能產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出性能的下降。

②熱斑效應(yīng)當(dāng)光伏組件被部分遮擋時(shí)，被遮擋部分電池的光生電流變小，小于同一組件中未被遮擋的電池的電流，此時(shí)，被遮擋的部分將相當(dāng)于負(fù)載，消耗其他電池的輸出，隨著消耗能量的不斷增加，此處會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，形成“熱點(diǎn)”，即“熱斑效應(yīng)。解決辦法：目前光伏市場(chǎng)上的光伏組件中都為一定數(shù)量的電池并聯(lián)一個(gè)反向的旁路二極管，當(dāng)該部分電池受到局部遮擋并且受到的反向偏壓達(dá)到與該部分電池并聯(lián)的旁路二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，旁路二極管導(dǎo)通，該部分電池會(huì)被旁路，從而避免了熱斑的產(chǎn)生，使組件只損失了該電池串的功率.③光伏組件電池隱裂及碎片的影響光伏組件中的電池出現(xiàn)隱裂甚至碎片現(xiàn)象在光伏組件生產(chǎn)制造以及光伏電站施工或后期運(yùn)行過(guò)程中都有可能出現(xiàn)。如圖為光伏組件碎片現(xiàn)象的電致發(fā)光及熱紅外成像測(cè)試圖。圖中用圓圈圈出部分的發(fā)生了電池片碎片現(xiàn)象，在運(yùn)行過(guò)程中，該部分電池會(huì)發(fā)生熱斑效應(yīng)，進(jìn)而影響整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出性能，④光伏組件的PID效應(yīng)PID效應(yīng)是指光伏組件中的玻璃、封裝材料、鋁邊框與電池片之間存在漏電流，使大量電荷聚集在電池片表面，導(dǎo)致電池填充因子、開(kāi)路電壓、短路電流降低，使電池乃至組件功率造成衰減的現(xiàn)象。解決PID效應(yīng)辦法要想辦法對(duì)組件進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)于PID組件恢復(fù)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，一般的做法是將單塊或若干塊組件放置在老化實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)，組件的正負(fù)極輸出端短接后與單（多）通道PID恢復(fù)電源的+1000V連接，組件邊框與電源的接地端連接，圖2-24PID組件恢復(fù)方法圖⑤溫度對(duì)組件的影響電池組件的溫度越高，組件的工作效率就越低，隨著組件的溫度上升，工作電壓將下降，最大功率也隨著下降。以50Wp組件為例說(shuō)明溫度對(duì)組件參數(shù)的影響，50WP的電池組件，當(dāng)其溫度從25°升到65°時(shí)，其他條件不變，其性能參數(shù)變化見(jiàn)表2-2。溫度

25℃

65℃

影響情況

溫度系數(shù)/(1/℃)最大功率/W50

40

-20%

-0.5%

峰值電壓/V

17.3

14.7

-15.0%

-0.38%

峰值電流/A

2.89

2.72

-5.9%

-0.147%

開(kāi)路電壓/V

21.5

18.2

-15.3%

-0.38%短路電流/A

3.05

3.13

+2.6%

+-0.065%

4.光伏方陣大陽(yáng)能電池方陣也稱光伏陣列（SolarArray或PVArray）。太陽(yáng)能電池方陣是為滿足高電壓、大功率的發(fā)電要求，由若干個(gè)太陽(yáng)能電池組件通過(guò)串并聯(lián)連接，并通過(guò)一定的機(jī)械方式固定組合在一起。（1）相同性能太陽(yáng)能電池組件的串、并聯(lián)組合當(dāng)每個(gè)單體的電池組件性能一致時(shí)，方陣輸出電壓成比例地增加；組件并聯(lián)連接時(shí)，方陣的輸出電流成比例地增加；串、并聯(lián)混合連接時(shí)，即可增加方陣的輸出電壓，又可增加方陣的輸出電流。如圖2-25所示，每個(gè)單體的電池組件性能一致，其電流電壓分別為12V3A的組件，其2串3并聯(lián)后總電壓與電流為24V9A。（2）不同性能太陽(yáng)能電池組件的串、并聯(lián)組合

組成方陣的所有電池組件性能參數(shù)不可能完全一致，所有的連接電纜、插頭插座接觸電阻也不相同，