光伏组件和阵列设计
本文将详细介绍光伏组件和阵列设计的相关知识点,涵盖了太阳能电池的基本概念、光伏组件的设计和制造、光伏阵列的组成和设计等方面的内容。
1.1 引言
太阳电池是将太阳能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。然而,单个太阳能电池不能单独作为电源使用,需要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)。
1.2 光伏组件
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。
1.2.1 组件概述
光伏组件的设计需要考虑到电池的连接方式、串联和并联的方式、防止电流回输的二极管等因素。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。
1.2.2 电池的连接与失配
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。
太阳能电池在串、并联成电池组件时,由于每片太阳能电池电性能不可能绝对一致,这就使得串、并联后的输出总功率往往小于各个单体太阳能电池输出功率之和,称作太阳能电池的失配。
2. 太阳能电池的串联连接与失配
太阳能电池串联连接时,总输出电流为最小一片电池的值,而其总的输出电压为各电池电压之和。太阳能电池串联使用时的失配损失要严重得多,一旦有一个单体电流小于其他单体,因为输出电流将取所有单个电池中最小值,整个串联回路中其他的单体的电流也将降低,从而大大降低整个回路的输出功率。
2.1 太阳能电池的并联连接与失配
太阳能电池并联连接时,并联输出电压保持一致而输出电流为各并联电池电流之和。太阳能电池并联使用时失配损失比串联使用时小,只要最差的电池的开路电压高于该组电池的工作电压,则输出电流仍为各单体电流之和。失配损失仅来自于一些没有工作在最大工作点的单体。
3. 光伏阵列设计
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。
3.1 光伏阵列的设计考虑因素
在设计光伏阵列时需要考虑到组件的选择、连接方式、防止电流回输的二极管等因素。太阳能电池阵列的设计需要考虑到组件的性能、工作电压、工作电流、防止电流回输等因素。
光伏组件和阵列设计需要考虑到太阳能电池的基本特性、组件的设计和制造、阵列的组成和设计等方面的内容。只有通过正确的设计和制造,才能确保太阳能电池阵列的高效运行和长期稳定。