1.太陽能電池方陣

　　

　　一個(gè)太陽能電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4cm2～100cm2不等。太陽能電池單體的工作電壓約為0.48V，工作電流約為20～25mA/cm2，一般不能單獨(dú)作為光伏電源使用。于是將很多太陽能電池（通常是36個(gè)）并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽能電池組件。就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出一定的功率。

　　

　　將太陽能電池單體進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)作為光伏電源使用的最小單元。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)組合安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，可以滿足太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)負(fù)載所要求的輸出功率，如圖1所示。
 

　　
 

　　太陽能電池方陣設(shè)計(jì)中主要關(guān)心的是太陽能電池的外特性，首先，對(duì)于單片太陽能電池來說，它是一個(gè)PN結(jié)，除了當(dāng)太陽光照射在上面時(shí)，它能夠產(chǎn)生電能外，它還具有PN結(jié)的一切特性。在標(biāo)準(zhǔn)光照條件下，它的額定輸出電壓為0.48V。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的太陽能電池組件都是由多片太陽能電池組合連接構(gòu)成的。它具有負(fù)的溫度系數(shù)，對(duì)于多片太陽能電池組成的太陽能電池組件，溫度每上升一度，電壓下降2mV。

　　

　　由于太陽能是一種清潔的能源，它的應(yīng)用正在世界范圍內(nèi)快速地增長(zhǎng)?？墒悄壳敖ㄔO(shè)一個(gè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本還是較高的，從我國(guó)現(xiàn)階段的太陽能光伏發(fā)電成本來看，其花費(fèi)在太陽能電池組件的費(fèi)用大約為60～70％，因此，為了充分有效地利用太陽能，如何選取太陽能電池方陣的方位角與傾斜角是一個(gè)十分重要的問題。為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能盡可能的多，要為太陽能電池組件選擇一個(gè)最佳的方位角與傾斜角。

　　

　　在光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，太陽能電池組件方陣的放置形式和放置角度對(duì)光伏系統(tǒng)接收到的太陽輻射有很大的影響，從而影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力。太陽能電池組件方陣的放置形式有固定安裝式和自動(dòng)跟蹤式兩種形式，其中自動(dòng)跟蹤裝置包括單軸跟蹤裝置和雙軸跟蹤裝置。

　　

　　2.太陽能電池組件技術(shù)特性

　　

　　按國(guó)際電工委員會(huì)IEC：1215：1993標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，加工生產(chǎn)過程嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，能夠確保太陽能電池組件的質(zhì)量、電性能和壽命要求。

　　

　　1）太陽能電池組件的絕緣強(qiáng)度大于100MΩ.

　　

　　2）產(chǎn)品使用壽命超過25年。

　　

　　3）工作溫度范圍：-40℃～+85℃。

　　

　　太陽能電池組件的表面采用復(fù)合材料，由層壓機(jī)層壓而成。氣密性、耐候性好，抗腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度好。采用雙柵線，使太陽能電池組件的封裝的可靠性更高。太陽電池在制造時(shí)，先進(jìn)行化學(xué)處理，表面做成了一個(gè)象金字塔一樣的絨面，能減少反射，更好地吸收光能。采用ABS塑料接線盒，耐老化防水防潮性能好。帶有旁路二極管能減少局部陰影而引起的損害。采用36片或72片單晶或多晶硅太陽能電池進(jìn)行串聯(lián)以形成12V和24V各種類型的組件。太陽能電池組件有以下材料組成：

　　

　　1）電池片。采用高效率（14.5%以上）的單晶或多片晶硅太陽能電池片封裝，以保證太陽能電池板設(shè)計(jì)的輸出功率。

　　

　　2）玻璃。采用低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃)，厚度3.2mm，在太陽能電池光譜響應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)(320～1100nm)透光率達(dá)91%以上，對(duì)于大于1200nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時(shí)能耐太陽紫外光線的輻射，透光率不下降。

　　

　　3）EVA、TPT。采用加有抗紫外劑、抗氧化劑和固化劑的厚度為0.78mm的優(yōu)質(zhì)EVA膜層作為太陽能電池的密封劑和與玻璃、TPT之間的連接劑，具有較高的透光率和抗老化能力。太陽能電池的背面覆蓋物為白色氟塑料膜，對(duì)太陽光起反射作用。太陽能電池組件層之間采用雙層EVA材料以及TPT復(fù)合材料，組件氣密性好，抗潮，抗紫外線好，不容易老化。

　　

　　采用上述材料的太陽能電池組件，可使太陽能電池組件的效率略有提高，并因其具有較高的紅外反射率，還可降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。當(dāng)然，采用的氟塑料膜要具有太陽能電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等。對(duì)太陽能電池組件的基本要求有：

　　

　　1）采用的鋁合金邊框應(yīng)具有高強(qiáng)度，抗機(jī)械沖擊能力要強(qiáng)。

　　

　　2）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件：（AM1.5）輻照度為1000W/m2，電池溫度為25℃。

　　

　　3）絕緣電壓：≥600V。

　　

　　4）邊框接地電阻：≤10Ω。

　　

　　5）迎風(fēng)壓強(qiáng)：2400Pa。

　　

　　6）填充因子：73％。

　　

　　7）短路電流溫度系數(shù)：+0.4mA/℃。

　　

　　8）開路電壓溫度系數(shù)：-60mV/℃。

　　

　　9）工作溫度：-40℃～+90℃。

　　

　　目前，太陽能電池的封裝形式主要有2種，一種是用透明度較高的環(huán)氧樹脂封裝的“滴膠板”，另一種是用“低鐵”鋼化玻璃封裝的，稱為“層壓板”，層壓組件生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜、使用壽命長(zhǎng)，在正常使用中壽命達(dá)25年以上。滴膠板具有生產(chǎn)尺寸靈活、成本低、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)速度快等優(yōu)點(diǎn)，其最大缺點(diǎn)是太陽能電池光效老化、衰減快、性能穩(wěn)定性差、使用壽命短，滴膠封裝雖然外形美觀，但是太陽能電池工作壽命僅1～2年。另外，采用一種硅凝膠封裝的太陽能電池，其工作壽命可以達(dá)到10年。單晶硅太陽能電池組件結(jié)構(gòu)，如圖2所示，多晶硅電池組件結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示。
 

　　
 

　　3.太陽能電池方陣的方位角及傾斜角

　　

　?。?）太陽能電池方陣的方位角

　　

　　太陽能電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角（向東偏設(shè)定為負(fù)角度，向西偏設(shè)定為正角度）。一般在北半球，方陣朝向正南（即方陣垂直面與正南的夾角為0°）時(shí)，太陽能電池發(fā)電量是最大的。在偏離正南（北半球）30°度時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約10％～15％；在偏離正南（北半球）60°時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約20％～30％。但是，在晴朗的夏天，太陽輻射能量的最大時(shí)刻是在中午稍后，因此方陣的方位稍微向西偏一些時(shí)，在午后時(shí)刻可獲得最大發(fā)電功率。

　　

　　在不同的季節(jié)，各個(gè)方位的日輻射量峰值產(chǎn)生時(shí)刻是不一樣的。太陽能電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲得發(fā)電量最大的時(shí)候。太陽能電池方陣設(shè)置場(chǎng)所受到許多條件的制約，如果要將方位角調(diào)整到在一天中負(fù)載的峰值時(shí)刻與發(fā)電峰值時(shí)刻一致時(shí)，可參考下述的公式：

　　

　　方位角=（一天中負(fù)載的峰值時(shí)刻（24小時(shí)制）-12）×15＋（經(jīng)度-116）

　　

　?。?）太陽能電池方陣的傾斜角

　　

　　太陽能電池方陣通常是面向赤道放置，相對(duì)地平面有一定傾角，即太陽能電池方陣平面與水平地面的夾角。對(duì)于全年負(fù)載均勻的固定式太陽能電池方陣，如果設(shè)計(jì)斜面的輻射量小，意味著需要更多的太陽能電池來保證向負(fù)載供電；如果各個(gè)月份太陽能電池方陣面接收到的太陽輻射量差別很大，意味著需要大量的蓄電池來保證太陽輻射量低的月份的用電供應(yīng)。這些都會(huì)提高整個(gè)系統(tǒng)的成本。因此，確定太陽能電池方陣的最優(yōu)傾角是光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

　　

　　目前有觀點(diǎn)認(rèn)為太陽能電池方陣傾角等于當(dāng)?shù)鼐暥葹樽罴?，這樣做的結(jié)果，夏天太陽能電池組件發(fā)電量往往過盈而造成浪費(fèi)，冬天時(shí)發(fā)電量又往往不足而使蓄電池處于欠充電狀態(tài)，所以這不是最佳的選擇。也有的觀點(diǎn)認(rèn)為所取太陽能電池方陣傾角應(yīng)使全年輻射量最弱的月份能得到最大的太陽輻射量為好，推薦太陽能電池方陣傾角在當(dāng)?shù)鼐暥鹊幕A(chǔ)上再增加15度到20度。國(guó)外有的設(shè)計(jì)手冊(cè)也提出，設(shè)計(jì)月份應(yīng)以輻射量最小的12月(在北半球)或6月(在南半球)作為依據(jù)。其實(shí)，這種觀點(diǎn)也有其局限性，這樣往往會(huì)使夏季獲得的輻射量過少，從而導(dǎo)致太陽能電池方陣全年得到的太陽輻射量偏小。同時(shí)，最佳傾角的概念，在不同的應(yīng)用中是不一樣的，在離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由于受到蓄電池荷電狀態(tài)等因素的限制，要綜合考慮太陽能電池方陣平面上太陽輻射量的連續(xù)性、均勻性和極大性，而對(duì)于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)通?？偸且笤谌曛械玫阶畲蟮奶栞椛淞俊?/div>