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第2章 太阳能光伏发电系统
都是采用有逆流系统。
无逆流并网光伏发电系统是只给负载供电，即便系统发电充裕也不向公共电网送电，但当系统供电不足时，则要由公共电网向负载供电。
切换型并网光伏发电系统，实际上是具有自动运行双向切换的功能，一是当系统因阴雨天或有故障导致发电量不足时，能自动切换到公共电网供电一侧，由电网向负载供电；二是当电网突然停电时，可以自动切换使电网与系统分离，成为独立光伏发电系统那样的工作状态。
有蓄电池的并网光伏发电系统，就是在系统中再配置蓄电池，以提高系统的主动性，当电网停电时，便可独立运行并正常向负载供电，因此它可以作为重要场合或应急负载的供电。 2.2 光伏组件 2.2.1 光伏组件结构
光伏组件是太阳电池组件的简称，是将多个太阳电池片经电气连接并封装形成的在光照下具有一定电压、电流输出的单元模块。它在光照下发出直流电，是光伏发电系统发电之源泉，是光伏发电系统的核心设备。
太阳电池片是一种半导体P-N结器件。它利用太阳光激发少数载流子通过P-N结而发电，是用于光电转换的最小单元。在发电过程中，它既不发生任何化学变化，也没有机械磨损，无气味，无噪声，无污染。
常用的单晶硅和多晶硅光伏组件结构如图2-4所示。它是由太阳电池片经串联或并联并封装在铝合金边框内而构成。钢化玻璃覆盖在光伏组件的正面，要求透光率高，坚固耐用，起到长期保护太阳电池的作用。两层EVA胶膜夹在钢化玻璃、电池片和TPT背板之间，通过熔融和凝固过程，将钢化玻璃与电池片及TPT背板凝结成一体。TPT背板具有良好的耐气候性能，并能与EVA胶膜牢固结合。镶嵌在光伏组件四周的铝合金边框对组件起保护作用，又便于组件的安装固定。接线盒用粘结硅胶固定在TPT背板上，作为光伏组件引出线与外界引线之间的连接部件。
图2-4 常用光伏组件结构
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目前常用的单晶硅和多晶硅太阳电池片规格尺寸有125mm×125mm、150mm×150mm和156mm×156mm，也可以根据用途再把它切割成较小尺寸的。电池片的面积大小与其输出的最大功率电流和最大功率成正比，其单位面积输出的最大功率电流一般在25～33mA/cm2之间，但其输出的最大功率电压与电池片的面积大小无关，都在0.45～0.52V之间。根据这个关系，将多个电池片进行串联或者并联，可以做成各种不同规格参数的光伏组件。 2.2.2 光伏组件性能参数
光伏组件的性能主要是其电流-电压特性，反映在光伏组件I?U特性曲线中，如图2-5所示。
图2-5 光伏组件的I?U特性曲线
该特性曲线反映了太阳光照射到光伏组件上时，光伏组件的输出电流、输出电压和输出功率的关系，所以又称为光伏组件的输出特性，图中标志的MPP是最大功率点。由该特性曲线可知，在实际运行中，光伏组件既非恒压源，又非恒流源，而是一种非线性直流电源，输出电流在大部分工作电压范围内相当稳定，当组件电压达到最大功率电压后，电流便迅速下降。
为了统一表征光伏组件的性能，国际上提出了统一的标准测试条件（STC）（standard test conditions）。国际电工委员会颁布的IEC标准规定，光伏组件的标准测试条件是，太阳辐照度1kW/m2，光谱AM1.5，电池温度25℃。要注意，这里指的是电池工作温度，而非环境温度。考虑到光伏发电系统还要在较弱的光照条件下工作，且光伏组件在低辐照度下的输出特性对整个系统的发电能力也有很大影响，IEC标准又增加了在低辐照度下性能的测试，规定的测试条件为，太阳辐照度200W/m2，光谱AM1.5，电池温度25℃。
光伏组件的性能参数主要有： 1.短路电流（Isc）
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光伏组件在STC下正负极短路时流过的电流。如果要计算与系统连接导线的最小容量，就需要利用该值。
测量短路电流的一般方法是，将内阻很小的电流表接到光伏组件输出电缆的两端进行的。
2.开路电压（Uoc）
光伏组件在STC下正负极开路即不接负载时极间的电压。它随太阳电池片串联数量的多少而增减，但与电池片面积的大小无关。
3.最大功率电流（Im）
光伏组件在STC下输出最大功率时的工作电流。该值经常与Um值一起用来
确定光伏发电系统导线的容量，使光伏组件或者方阵产生的功率最大化。
4.最大功率电压（Um）
光伏组件在STC下输出最大功率时的工作电压。与Uoc相似，它随太阳电池片串联数量的增减而变化。
5.最大功率（Pm）
又称额定功率，是光伏组件在STC下的最大输出功率，就是最大功率电流与最大功率电压的乘积，即Pm?Im?Um。它在预计光伏发电系统的发电量和确定配套设备（如逆变器等）时，需要利用该值。
6.电压温度系数（?V）
光伏组件的输出电压随电池温度的变化呈反比关系，这一变化量被称为电压温度系数。该值为负值，单位是%/℃，表示电池温度每变化1℃对应的光伏组件电压反向变化的百分数，基准温度即是STC的温度25℃。
7.填充因子（FF）
光伏组件在STC下的最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值，即
FF?Pm/(Isc?Uoc)。它一般在0.5～0.8之间，取决于入射光强、电池材料的禁带宽度、串联和并联电阻等。该值越高，反映光伏组件的特性曲线越趋于矩形，光电转换效率就越高。
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8.光电转换效率（?）
光伏组件在STC下的最大功率与照射到光伏组件上的太阳能功率的比值，即
??Pm(A?Hstc)，其中A为光伏组件的有效面积，Hstc为STC下光伏组件上的辐照度，即Hstc=1kW/m2。
光伏组件的性能参数，应该是指在STC下得到的数值。但是，通常所说的短路电流、开路电压、最大功率电流、最大功率电压和最大功率，也可以指在特定的太阳辐照度、太阳光谱和工作温度下测试的数值。 2.2.3 影响光伏组件输出特性的主要因素
1.太阳辐照度的影响
光伏组件的短路电流与入射的太阳辐照度成正比，而开路电压与入射的太阳辐照度的自然对数成正比。
太阳辐照度对光伏组件特性曲线的影响如图2-6所示。当电池温度相同时，随着太阳辐照度的增大，光伏组件电路中的电流线性增大，最大功率点则上升得更快，但开路电压变化不太大。可见，增大光伏组件表面的太阳辐照度是提高输出功率的有效途径。
另外，在接近开路电压附近的曲线，近似为一直线区段，该段直线对应横轴的斜率，可以近似表征为光伏组件的串联电阻。太阳辐照度越高，该线段越陡，串联电阻就越小；太阳辐照度变低，该线段斜率变小，串联电阻就变大。
图2-6 太阳辐照度对光伏组件特性曲线的影响 2.太阳电池温度的影响
随着太阳电池温度的升高，光伏组件的开路电压将线性下降，最大功率也随着下降，但短路电流变化不太大。图2-7表示了太阳电池温度对光伏组件特性曲线的影响。
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