山東大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）組件質(zhì)量波動(dòng)對(duì)太陽(yáng)能電池陣列輸出特性的影響秦敬玉孫成帥U，谷廷坤3（1.山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250061；2.煙臺(tái)大學(xué)光電信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，山東煙臺(tái)264005；3.山東大學(xué)電氣工程學(xué)院，山東濟(jì)南250061）最大功率點(diǎn)附近工作了約1h.中每個(gè)小方格代表個(gè)單體電池，共計(jì)72片（6x12）。3個(gè)二極管的跨接方式也表示在組件的上方。將最低溫度21.4°C作為點(diǎn)，標(biāo)識(shí)為0.0，單位是。C.單體電池最高溫度是25.7°C，標(biāo)識(shí)為4.3.環(huán)境溫為19.5C，平均值為23.0C.為了更直觀表示溫度的差別，中使用了灰度階梯法。自0.0到5.0溫度每升高0.5°C，則灰度增加5%；最暗的電池代表溫度最高。表明，溫度較高的區(qū)域有兩個(gè)，分別在電池組a和c中，電池組b的各單體電池溫度都較低且均勻。

為了驗(yàn)證上述溫度分布的客觀性，本研究又測(cè)量了組件B中單體電池溫度分布情況，如所示。除環(huán)境溫度外，其它測(cè)試條件與基本相同。將最低溫度17.6C作為點(diǎn)，標(biāo)識(shí)為0.0；單體電池最高溫度是22.7C，標(biāo)識(shí)為5.1.環(huán)境溫度為16.0°C，平均值為19.9C.每個(gè)單體電池的灰階與溫度差的比例與相同。溫度最低點(diǎn)與組件A的電池位置相同，這可能只是巧合。組件B的高溫區(qū)域分布與組件A明顯不同，高溫區(qū)域在左上角成片分布，跨過(guò)了電池組a和b，相對(duì)而言電池組c溫度分布更均勻且溫度較低。

二極管a二極管b二極管c組件B的溫度分布把組件A和B串聯(lián)，。在最大功率點(diǎn)左面部分，可以觀察到2個(gè)較大不規(guī)則的臺(tái)階，這表明組件之間的質(zhì)量差別在串聯(lián)后明顯影響到系統(tǒng)的特性。

3的組件的/"U曲線異常現(xiàn)象。

當(dāng)單體電池組裝成組件時(shí)，還要經(jīng)過(guò)焊接等工藝，因此影響組件質(zhì)量的因素還可能來(lái)自焊接等后續(xù)加工環(huán)節(jié)E1‘17，如果將這些因素都?xì)w結(jié)到單體電池中，實(shí)際上電池組件中各個(gè)單體電池每個(gè)電參數(shù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)該大于表1中數(shù)值。但是，形成組件后每個(gè)單體電池電參數(shù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差并沒(méi)有。某廠商所公開(kāi)的電氣參數(shù)，中模擬所得到曲線的具體參數(shù)為：開(kāi)路電壓、短路電流、最大功率點(diǎn)電流和電壓平均值分別是33.07V.在模擬中分別取單體電池各參數(shù)的1%作為方差產(chǎn)生正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)，由此得到這四個(gè)參數(shù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差分別為1.6%、。6%、。8%和1.7%.這組參數(shù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差接近于溫度分布的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差，取這樣的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差很容易得到所示的曲線異常，而且異常處電流臺(tái)階接近于。

1A.在統(tǒng)計(jì)分析程序和模擬時(shí)正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生程序都是來(lái)自于2，具體程序流程見(jiàn)。

由模擬還發(fā)現(xiàn)，電池組a、和c串聯(lián)時(shí)，電池組質(zhì)量?jī)珊脡幕蛘邇蓧囊缓玫慕M合都能給出中的/~U曲線異常。根據(jù)電池溫度分布，本研究認(rèn)為所出現(xiàn)的/"U曲線異常源自于組件A中電池組a和c質(zhì)量較差，而b較好。

在模擬中假設(shè)各個(gè)參數(shù)的產(chǎn)生是獨(dú)立不相關(guān)的，這也許與真實(shí)情況有偏差。對(duì)于單體電池，這四個(gè)參數(shù)可能會(huì)隨電池片材質(zhì)和制造工藝呈現(xiàn)相干而不是獨(dú)立波動(dòng)，但是當(dāng)單體電池再通過(guò)一些復(fù)雜工藝連接成電池組件時(shí)，會(huì)對(duì)單體電池產(chǎn)生一些復(fù)雜的附加影響。這些附加影響是隨機(jī)的，所以在模擬中認(rèn)為各參數(shù)的波動(dòng)是隨機(jī)的應(yīng)該是一個(gè)較好近似。盡管缺乏明確的理論基礎(chǔ)，通過(guò)的模擬發(fā)現(xiàn)將溫度分布的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差作為電池組質(zhì)量波動(dòng)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差是比較合理的。

分析和溫度隨機(jī)分布特征程序流程（a）和模擬時(shí)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生流程（b）在串聯(lián)模式下，更多組件組成光伏陣列時(shí)，由于跨接二極管的存在，相當(dāng)于若干個(gè)類似于a、b和c的電池組串聯(lián)。進(jìn)步研究了當(dāng)光伏陣列總功率是5kW時(shí)由于各電池組質(zhì)量波動(dòng)而帶來(lái)的最大功率損失情況。按照光伏組件標(biāo)稱功率180W計(jì)算，大約30個(gè)組件串聯(lián)組成5kW光伏陣列，在此沒(méi)有考慮串聯(lián)后光伏陣列的耐壓情況。按照與所使用的相同條件，模擬5kW光伏陣列/~U曲線，見(jiàn)。

由可知，當(dāng)較多的電池組或組件串聯(lián)起來(lái)，即使組件之間存在一定的不一致性，總的I-/曲線也不會(huì)同少數(shù)幾個(gè)組件串聯(lián)時(shí)那樣，在低電壓區(qū)域有明顯的電流臺(tái)階，而是I-/曲線在該區(qū)域變大；這是數(shù)量較多光伏組件I-/曲線疊加的結(jié)果。此時(shí)光伏陣列總的最大功率與最理想情況相比損失約為3.5%（175W），最大可達(dá)損失在設(shè)計(jì)大功率光伏陣列時(shí)已經(jīng)不可忽視了。這也提醒工程人員，發(fā)展光伏發(fā)電技術(shù)首先要保證光伏組件質(zhì)量的致性，有時(shí)高質(zhì)量的組件所帶來(lái)的功率收益比MPPT算法等技術(shù)發(fā)展還要重要。

4結(jié)論實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光伏組件I-/曲線異常，在小電壓大電流處存在臺(tái)階，而且各單體電池溫度數(shù)值呈正態(tài)分布。本研究認(rèn)為電池組件質(zhì)量波動(dòng)即電參數(shù)不致，導(dǎo)致焦耳熱不同，表現(xiàn)為電池溫度波動(dòng)。將溫度分布的相對(duì)誤差，作為組件質(zhì)量波動(dòng)的量度具有定合理性。如果單體電池的電參數(shù)數(shù)值在某個(gè)平均值附近個(gè)不大范圍內(nèi)呈現(xiàn)正態(tài)分布，當(dāng)它們串聯(lián)組成電池組件時(shí)，可以較容易模擬光伏組件I-/曲線異常。如果以本研究使用的組件組成5kW光伏陣列，模擬發(fā)現(xiàn)由組件質(zhì)量波動(dòng)所帶來(lái)的損失將達(dá)到200W左右。研究結(jié)果表明，光伏電池組件質(zhì)量波動(dòng)對(duì)光伏陣列性能影響，在設(shè)計(jì)光伏陣列工程時(shí)是個(gè)不可忽略的因素。