组件质量波动对太阳能电池阵列输出特性所产生的影响

山东大学学报（工学版）组件质量波动对太阳能电池阵列输出特性的影响秦敬玉孙成帅U，谷廷坤3（1.山东大学材料科学与工程学院，山东济南250061；2.烟台大学光电信息科学技术学院，山东烟台264005；3.山东大学电气工程学院，山东济南250061）最大功率点附近工作了约1h.中每个小方格代表个单体电池，共计72片（6x12）。3个二极管的跨接方式也表示在组件的上方。将最低温度21.4°C作为点，标识为0.0，单位是。C.单体电池最高温度是25.7°C，标识为4.3.环境温为19.5C，平均值为23.0C.为了更直观表示温度的差别，中使用了灰度阶梯法。自0.0到5.0温度每升高0.5°C，则灰度增加5%；最暗的电池代表温度最高。表明，温度较高的区域有两个，分别在电池组a和c中，电池组b的各单体电池温度都较低且均匀。

为了验证上述温度分布的客观性，本研究又测量了组件B中单体电池温度分布情况，如所示。除环境温度外，其它测试条件与基本相同。将最低温度17.6C作为点，标识为0.0；单体电池最高温度是22.7C，标识为5.1.环境温度为16.0°C，平均值为19.9C.每个单体电池的灰阶与温度差的比例与相同。温度最低点与组件A的电池位置相同，这可能只是巧合。组件B的高温区域分布与组件A明显不同，高温区域在左上角成片分布，跨过了电池组a和b，相对而言电池组c温度分布更均匀且温度较低。

二极管a二极管b二极管c组件B的温度分布把组件A和B串联，。在最大功率点左面部分，可以观察到2个较大不规则的台阶，这表明组件之间的质量差别在串联后明显影响到系统的特性。

3的组件的/"U曲线异常现象。

当单体电池组装成组件时，还要经过焊接等工艺，因此影响组件质量的因素还可能来自焊接等后续加工环节E1‘17，如果将这些因素都归结到单体电池中，实际上电池组件中各个单体电池每个电参数的相对标准差应该大于表1中数值。但是，形成组件后每个单体电池电参数的相对标准差并没有。某厂商所公开的电气参数，中模拟所得到曲线的具体参数为：开路电压、短路电流、最大功率点电流和电压平均值分别是33.07V.在模拟中分别取单体电池各参数的1%作为方差产生正态分布随机数，由此得到这四个参数的相对标准差分别为1.6%、。6%、。8%和1.7%.这组参数的相对标准差接近于温度分布的相对标准差，取这样的相对标准差很容易得到所示的曲线异常，而且异常处电流台阶接近于。

1A.在统计分析程序和模拟时正态分布随机数产生程序都是来自于2，具体程序流程见。

由模拟还发现，电池组a、和c串联时，电池组质量两好坏或者两坏一好的组合都能给出中的/~U曲线异常。根据电池温度分布，本研究认为所出现的/"U曲线异常源自于组件A中电池组a和c质量较差，而b较好。

在模拟中假设各个参数的产生是独立不相关的，这也许与真实情况有偏差。对于单体电池，这四个参数可能会随电池片材质和制造工艺呈现相干而不是独立波动，但是当单体电池再通过一些复杂工艺连接成电池组件时，会对单体电池产生一些复杂的附加影响。这些附加影响是随机的，所以在模拟中认为各参数的波动是随机的应该是一个较好近似。尽管缺乏明确的理论基础，通过的模拟发现将温度分布的相对标准差作为电池组质量波动的相对标准差是比较合理的。

分析和温度随机分布特征程序流程（a）和模拟时随机数产生流程（b）在串联模式下，更多组件组成光伏阵列时，由于跨接二极管的存在，相当于若干个类似于a、b和c的电池组串联。进步研究了当光伏阵列总功率是5kW时由于各电池组质量波动而带来的最大功率损失情况。按照光伏组件标称功率180W计算，大约30个组件串联组成5kW光伏阵列，在此没有考虑串联后光伏阵列的耐压情况。按照与所使用的相同条件，模拟5kW光伏阵列/~U曲线，见。

由可知，当较多的电池组或组件串联起来，即使组件之间存在一定的不一致性，总的I-/曲线也不会同少数几个组件串联时那样，在低电压区域有明显的电流台阶，而是I-/曲线在该区域变大；这是数量较多光伏组件I-/曲线叠加的结果。此时光伏阵列总的最大功率与最理想情况相比损失约为3.5%（175W），最大可达损失在设计大功率光伏阵列时已经不可忽视了。这也提醒工程人员，发展光伏发电技术首先要保证光伏组件质量的致性，有时高质量的组件所带来的功率收益比MPPT算法等技术发展还要重要。

4结论实验发现光伏组件I-/曲线异常，在小电压大电流处存在台阶，而且各单体电池温度数值呈正态分布。本研究认为电池组件质量波动即电参数不致，导致焦耳热不同，表现为电池温度波动。将温度分布的相对误差，作为组件质量波动的量度具有定合理性。如果单体电池的电参数数值在某个平均值附近个不大范围内呈现正态分布，当它们串联组成电池组件时，可以较容易模拟光伏组件I-/曲线异常。如果以本研究使用的组件组成5kW光伏阵列，模拟发现由组件质量波动所带来的损失将达到200W左右。研究结果表明，光伏电池组件质量波动对光伏阵列性能影响，在设计光伏阵列工程时是个不可忽略的因素。