(a)(a)第四章光伏陣列獨(dú)立光伏系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括：光伏組件（陣列）、蓄電池、逆變器、控制器。見圖8.4。下而我們分別加以討論。太陽電池板 ?控制器一I_?逆變器 ?負(fù)載蓄電池圖:戶用系統(tǒng)方框圖4.1光伏組件（陣列）一個(gè)光伏陣列包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的光伏組件，具體需要多少個(gè)組件及如何連接組件與所需電壓（電流）及各個(gè)組件的參數(shù)有關(guān)。；光伏組件是由太陽能電池片群密封而成，是陣列的最小可換單元。目前大多數(shù)太陽能電池片是單晶或多晶硅電池。這些電池正面用退水玻璃背面用軟的東西封裝。它就是光伏系統(tǒng)中把輻射能轉(zhuǎn)換成電能的部件。按照太陽電池的用途，目的、規(guī)模、太陽能電池的種類等有各種形狀的太陽能電池組件，下面就幾種典型的例子進(jìn)行介紹。（一）用于電子產(chǎn)品的組件為驅(qū)動(dòng)計(jì)算器手表，收音機(jī)、電視、充電器等電子產(chǎn)品，一般需1.5V至數(shù)十伏的電壓。而單個(gè)太陽電池產(chǎn)生的電壓小于IV,所以要驅(qū)動(dòng)這些電子產(chǎn)品，必須使多個(gè)太陽電池元件串聯(lián)連接才能達(dá)到要求電壓。如圖8.5（a）、（b）示出了民用晶體太陽組件的結(jié)構(gòu)，是把太陽電池元件排列好，串聯(lián)連接做成組件。可見，為驅(qū)動(dòng)電子裝置，需要一定的高壓，而該組裝方法存在問題是成本高，接線點(diǎn)太多；從可靠性的觀點(diǎn)來看接線點(diǎn)太多是不利的。(b)圖8.5民用晶體硅太陽電池組件的結(jié)構(gòu)另一種是非晶硅太陽電池。因?yàn)榉蔷Ч枋强繗怏w反應(yīng)形成的，很容易形成薄膜，在一塊襯底上便于使多個(gè)單元電池串聯(lián)連接而獲得；較高的電壓輸出。用于電力的組件電力用的太陽電池一般均安裝在調(diào)用外，所以除太陽電池本身以外，還必須采用能經(jīng)受雨、風(fēng)、砂塵和溫度變化甚至冰雹襲擊等的框架、支撐板和密封樹脂等進(jìn)行完好的保護(hù)現(xiàn)正研究各種電力用的太陽電池組件的結(jié)構(gòu)。如圖&6中(a)所示的是襯片式結(jié)構(gòu)，是在太陽電池的背后放一塊襯片作為組件的支撐板,其上用透明樹脂將整個(gè)太陽電池封住。支撐板采用纖維鋼化塑料(FRP)等。(a)襯片式(心超光面式?玻璃板玄阻電池連線樹脂玻璃板元件(a)襯片式(心超光面式?玻璃板玄阻電池連線樹脂玻璃板元件— (cl玻璃對(duì)轉(zhuǎn)式圖&…6各種結(jié)構(gòu)晶硅太陽電池電力用組件的結(jié)構(gòu)目前最常用的是圖8.6(b)所示的超光面式結(jié)構(gòu)，在太陽電池的受光面放一塊透明基板作組件的支撐板，其下用填充材料和背面被覆蓋材料將太陽電池密封。上面的透明板用玻璃，最好采用透明度和耐沖擊強(qiáng)度均好的鋼化白玻璃。填充材料主要采用在紫外光照射時(shí)透過率衰減較小的聚乙烯醇縮丁醛(PVB)和耐濕性良好的乙烯乙酸乙烯(EVA)。反面涂層多采用金屬鋁同聚氟乙烯(PVF)夾心狀結(jié)構(gòu)，使其具有耐濕性和高絕緣性。此外，對(duì)可靠性要求特別高的應(yīng)用，開發(fā)了一種新的封裝方式，如圖&6(c),即在兩塊玻璃板之間用樹脂把太陽電池封入。隨著非晶硅太陽電池的發(fā)展，也在研究采用同晶體硅太陽電池一樣的超光面封裝方式，如圖8.7(a)所示，把集成型太陽電池襯底玻璃直接用作受光面的保護(hù)板，各單元電池的連接也不用導(dǎo)線，所以能使組件的組裝工藝變得特別簡單。此外，圖8.7(b)所示的組件類型也在研究之中。今后如更大面積太陽電池的研制取得進(jìn)展的話，一般估計(jì)圖8.7(c)透明電極 a-Si 玻璃襯底 透明電極 a-Si 玻璃襯底 背面電極 金屬連線(b)背面電極 金屬連線(b)(a)樹脂(c)

樹脂(c)圖8.7采用非晶硅太陽電池的各種電力用組件的結(jié)構(gòu)圖8.8、圖8.9分別給出一單晶硅太陽電池組件和非晶硅太陽電池組件與溫度的關(guān)系和與光強(qiáng)的關(guān)系。與單個(gè)電池的溫度系數(shù)不同，這是因?yàn)榻M件中包括了接線部分的因素?！猣aMid<w**T100mV//ctn*QW21of—faMid<w**T100mV//ctn*QW21ofc28tw[451Q—0102030電壓〔V](b)非晶硅太陽電池組件的1-V特性與溫度關(guān)系的實(shí)例(a)單晶硅太陽電池組件的J-V特性與溫度關(guān)系的實(shí)例溫度〔°C〕(c)單晶硅太陽電池組件旳開路電壓卩"、短路電流?、最大輸出功率Proh與溫度關(guān)系的實(shí)例逼度〔》(d)非晶硅太陽電池組件的開路電壓6、短路電流4、最大輸出功率Pnmx與溫度關(guān)系的實(shí)例圖8.8太陽電池組件數(shù)輸出特性與溫度關(guān)系的實(shí)例(單晶硅電池組件的大小：30.2cm*121.7cm非單晶硅電池組件的大?。?7.8cm*71.1cm)

電壓IV）（b）非晶硅太陽電池組件的1-V特性與光強(qiáng)關(guān)系的實(shí)例光強(qiáng)（mW/耐〕（a）單晶硅太陽電池組件的?-卩特性與光強(qiáng)關(guān)系的實(shí)例?O200180O64020電壓IV）（b）非晶硅太陽電池組件的1-V特性與光強(qiáng)關(guān)系的實(shí)例光強(qiáng)（mW/耐〕（a）單晶硅太陽電池組件的?-卩特性與光強(qiáng)關(guān)系的實(shí)例?O200180O64020S田霹灰?VT=23*C/k>￡/強(qiáng)系如霸/除畑：0悶5%L0%*'|tj/^：0.055?海分）rctf/W仙/附20 40 60?Q10C光弓雖&iW/brf)20OOOOO086421〔番苗藻夜奧--（c）單晶硅太陽電池組件的 （d）非晶硅太陽電池組件的開路電壓卩"、短路電流4、 開路電壓卩處、短路電流⑴、轉(zhuǎn)換效率可與光強(qiáng)關(guān)系的實(shí)例 轉(zhuǎn)換效率占光強(qiáng)關(guān)系的實(shí)例圖&9太陽電池組件輸出特性與光強(qiáng)關(guān)系的實(shí)例（組件大小同圖8.8）由圖8.9可知，非晶硅太陽電池組件與單晶硅太陽組件相比，其輸出對(duì)溫度的關(guān)系較小，轉(zhuǎn)換效率隨著光強(qiáng)的減小，在直線范圍內(nèi)比單晶硅的小。圖&10給出了電力太圖&10給出了電力太陽電池組件的一些圖片。（c）單晶Si太陽電池（ARCO太陽公司提供）組件圖8.10電力用太陽電池組件聚光式組件聚光式太陽電池發(fā)電系統(tǒng)是在聚焦的太陽光下工作的，有關(guān)這方面的研究工作最近在美國取得了較大的進(jìn)展。它分為透鏡式和反光鏡式兩種。(1)透鏡式聚光所必須的大面積凸透鏡采用透鏡，它是把分割的凸透鏡曲面連接在一起。菲涅耳透鏡的形狀有圓型和線型之分。如圖&11(a)示出了線型菲涅耳透鏡的實(shí)例，太陽光聚焦?)線型菲涅耳透鏡 ?)線型菲涅耳透鏡 (b)槽形拋物面鏡于配置為點(diǎn)狀或線狀的太陽電池上。圖8.11.兩種聚光方式太陽電池除了采用單晶硅太陽電池以外，常采用轉(zhuǎn)換效率較高的砷化鎵太陽電池。在圓型菲涅耳透鏡、聚光比為500~1000倍的點(diǎn)聚焦情況下，單晶硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)15—17%而砷化鎵太陽電池的達(dá)到18—20%。(2)反光鏡式反光鏡式又有兩種形式，一種是采用拋物面鏡，太陽電池則放在其焦點(diǎn)上，另一種是底面放置太陽電池，側(cè)面配置反光鏡，如圖&11(b)所示的槽形拋物面鏡的形式較為常用。此外還有其它方式，如圖&12(a)所示為熒光聚光板型太陽電池，是把所吸收的太陽電池光通過熒光板變?yōu)闊晒?，熒光在熒光板?nèi)傳播，最后被聚集于放置著太陽電池的端部。現(xiàn)在這種熒光聚光板型太陽電池已能做到面積為1m2的效率為1%；面積為1600cm2的，效率為2.5%。另外在該方式中，正在研究如圖8.12(b)所示的波長為分割型的熒光聚光板型太陽電池，其關(guān)鍵問題是要降低熒光板的價(jià)格，提高發(fā)光效率，以及提高可靠性等。圖8.12熒光聚光板型太陽電池(a)熒光窕光板型次陽電油旳原垛圖8.12熒光聚光板型太陽電池(a)熒光窕光板型次陽電油旳原垛（四）混合型組件光熱混合型組件是為更有效地利用太陽能，讓太陽光發(fā)電又發(fā)熱的器件。這種混合型組件有聚光型光熱混合型組件和聚熱器型光熱混合型組件。聚光型光熱混合組件如圖8.13所示，聚光型太陽電池背面通過導(dǎo)熱媒介物進(jìn)行聚熱。新能源綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）委托研究做系統(tǒng)能得到5KW的電輸出，25KW的熱輸出。

圖8.13聚光型光熱混合型組件裝置保護(hù)罩 …' 棗光型太陽電池元件聚熱型光熱混合型組件是將太陽電池連接到聚熱板上而發(fā)電的。圖8.14所示為在真空玻璃管型聚熱板上形成非晶硅太陽電池的混合型組件。襯底上的a-Si太陽電池圖&14采用非晶硅太陽電池的光熱混合型組件非晶硅太陽電池因?yàn)樵诳梢姽夥秶障禂?shù)很大，而在紅外線范圍反射系數(shù)大，所以也起著良好的選擇吸收膜的作用，如圖8.15所示。

A0.880.60.4h0.2J1020-7 [ 1.0厶薙的選擇吸收膜—理惣的選擇毆收膜a-$i太陽電池「、、A0.880.60.4h0.2J1020-7 [ 1.0厶薙的選擇吸收膜—理惣的選擇毆收膜a-$i太陽電池「、、.373°K太陽光圖8.15非晶硅太陽電池作為選擇吸收膜的特性非晶硅太陽電池被密封真空玻璃管內(nèi)，所以不要包封,太陽能的總轉(zhuǎn)換宜％效率達(dá)58%其中電能轉(zhuǎn)換5%，熱能轉(zhuǎn)換53%。這對(duì)降低成本很有好處。目前，上海交通大學(xué)，就用物理系，太陽能研究所采用結(jié)晶硅太陽電池電力用組件的封裝方式，整個(gè)組件效率達(dá)15%，達(dá)到全國先進(jìn)水平。4.2有四個(gè)因素決定了光伏組件的輸出功率負(fù)載電阻、太陽輻照度，電池溫度和光伏電池的效率。對(duì)于給定的組件的輸出可由其電流電壓（I—V）曲線來估算。如圖&16所示，在某一溫度（T）下太陽的照度也為一定的情況下，通過測定得了的數(shù)據(jù)繪出了些圖，從圖&15中可知有開路電壓（V°c），短路電流（I$c），最大功率點(diǎn)m處的電流（Imp）和電壓（Vmp）可得組件的功率W=IV。

圖8.16光伏組件的I-V特性圖對(duì)于一個(gè)給定的電池面積，電流與太陽輻照度成正比且?guī)缀跖c溫度無關(guān)，而電壓（功率）隨溫度升高而下降。一般來說，晶體硅電池的電壓降為0.5%/C。由此可以看到組件的溫度對(duì)其功率的輸出影響較大，所以陣列要安裝在通風(fēng)的地方，以保持涼爽；不能在一個(gè)屋頂或同一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上安裝過多的組件。光伏陣列的任何部分不能被遮蔭，它不像太陽能集熱器，如果遮住了光伏組件必須有相同的電流。如果有幾個(gè)電池被遮蔭，則它們便不會(huì)產(chǎn)生電流且會(huì)成為反向偏壓，這就意味著被遮電池消耗功率發(fā)熱，久而久之，形成故障。但是有些偶然的遮擋是不可避免的，所以需要用旁路二極管來起保護(hù)作用。如果所有的組件是并聯(lián)的，就不需要旁路二極管，即如果要求陣列輸出電壓為12V,而每個(gè)組件的輸出恰為12V,則不需要對(duì)每個(gè)組件加旁路二極管，如果要求24V陣列（或者更高），那么必須有2個(gè)（或者更多的）組件串聯(lián)，這時(shí)就需要加上旁路二極管，如圖8.17所示,圖要加上旁路二極管，如圖8.17所示,圖8.17帶旁路二極管的串聯(lián)電池DC24V阻塞二極管DC24VDC24V圖&18對(duì)于24V陣列阻塞二極管的接法阻塞二極管是用來控制光伏系統(tǒng)中電流的:任何一個(gè)獨(dú)立光伏系統(tǒng)都必須有防止從蓄電池流向陣列的反向