太阳能电池方阵及组件技术特性

1.太阳能电池方阵

一个太阳能电池所能提供的电流和电压毕竟有限，太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm²～100cm²不等。太阳能电池单体的工作电压约为0.48V，工作电流约为20～25mA/cm²，一般不能单独作为光伏电源使用。于是将很多太阳能电池（通常是36个）并联或串联起来使用，形成太阳能电池组件。就能产生一定的电压和电流，输出一定的功率。

  将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为光伏电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联组合安装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足太阳能光伏发电系统负载所要求的输出功率，如图1所示。

太阳能电池方阵设计中主要关心的是太阳能电池的外特性，首先，对于单片太阳能电池来说，它是一个PN结，除了当太阳光照射在上面时，它能够产生电能外，它还具有PN结的一切特性。在标准光照条件下，它的额定输出电压为0.48V。在太阳能光伏发电系统中使用的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池组合连接构成的。它具有负的温度系数，对于多片太阳能电池组成的太阳能电池组件，温度每上升一度，电压下降2mV。

  由于太阳能是一种清洁的能源，它的应用正在世界范围内快速地增长。可是目前建设一个太阳能光伏发电系统的成本还是较高的，从我国现阶段的太阳能光伏发电成本来看，其花费在太阳能电池组件的费用大约为60～70％，因此，为了充分有效地利用太阳能，如何选取太阳能电池方阵的方位角与倾斜角是一个十分重要的问题。为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，要为太阳能电池组件选择一个最佳的方位角与倾斜角。

在光伏发电系统的设计中，太阳能电池组件方阵的放置形式和放置角度对光伏系统接收到的太阳辐射有很大的影响，从而影响到光伏发电系统的发电能力。太阳能电池组件方阵的放置形式有固定安装式和自动跟踪式两种形式，其中自动跟踪装置包括单轴跟踪装置和双轴跟踪装置。

2.太阳能电池组件技术特性

按国际电工委员会IEC：1215：1993标准要求进行设计，加工生产过程严格按照标准生产，能够确保太阳能电池组件的质量、电性能和寿命要求。

1）太阳能电池组件的绝缘强度大于100MΩ.

2）产品使用寿命超过25年。

3）工作温度范围：-40℃～+85℃。

  太阳能电池组件的表面采用复合材料，由层压机层压而成。气密性、耐候性好，抗腐蚀、机械强度好。采用双栅线，使太阳能电池组件的封装的可靠性更高。太阳电池在制造时，先进行化学处理，表面做成了一个象金字塔一样的绒面，能减少反射，更好地吸收光能。采用ABS塑料接线盒，耐老化防水防潮性能好。带有旁路二极管能减少局部阴影而引起的损害。采用36片或72片单晶或多晶硅太阳能电池进行串联以形成12V和24V各种类型的组件。太阳能电池组件有以下材料组成：

1）电池片。采用高效率（14.5%以上）的单晶或多片晶硅太阳能电池片封装，以保证太阳能电池板设计的输出功率。

2）玻璃。采用低铁钢化绒面玻璃(又称为白玻璃)，厚度3.2mm，在太阳能电池光谱响应的波长范围内(320～1100nm)透光率达91%以上，对于大于1200nm的红外光有较高的反射率。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降。

  3）EVA、TPT。采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.78mm的优质EVA膜层作为太阳能电池的密封剂和与玻璃、TPT之间的连接剂，具有较高的透光率和抗老化能力。太阳能电池的背面覆盖物为白色氟塑料膜，对太阳光起反射作用。太阳能电池组件层之间采用双层EVA材料以及TPT复合材料，组件气密性好，抗潮，抗紫外线好，不容易老化。

采用上述材料的太阳能电池组件，可使太阳能电池组件的效率略有提高，并因其具有较高的红外反射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。当然，采用的氟塑料膜要具有太阳能电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等。对太阳能电池组件的基本要求有：

1）采用的铝合金边框应具有高强度，抗机械冲击能力要强。

2）标准测试条件：（AM1.5）辐照度为1000W/m²，电池温度为25℃。

3）绝缘电压：≥600V。

4）边框接地电阻：≤10Ω。

5）迎风压强：2400Pa。

6）填充因子：73％。

7）短路电流温度系数：+0.4mA/℃。

8）开路电压温度系数：-60mV/℃。

9）工作温度：-40℃～+90℃。

  目前，太阳能电池的封装形式主要有2种，一种是用透明度较高的环氧树脂封装的“滴胶板”，另一种是用 “低铁”钢化玻璃封装的，称为“层压板”，层压组件生产成本高、工艺复杂、使用寿命长，在正常使用中寿命达25年以上。滴胶板具有生产尺寸灵活、成本低、生产周期短、生产速度快等优点，其最大缺点是太阳能电池光效老化、衰减快、性能稳定性差、使用寿命短，滴胶封装虽然外形美观，但是太阳能电池工作寿命仅1～2年。另外，采用一种硅凝胶封装的太阳能电池，其工作寿命可以达到10年。单晶硅太阳能电池组件结构，如图2所示，多晶硅电池组件结构图，如图3所示。