光伏组件带旁路二极管的太阳能组件遮挡特性的研究概要

带旁路二极管的太阳能组件遮挡特性研究

郭泽，徐林，彭小静，刘锋，杜丽芳

（上海交通大学物理系太阳能研究所, 上海 200240）

摘要：本文建立了带旁路二极管保护的太阳能电池组件的数学模型，研究了有遮挡发生或者组件失配时模型中的各个参数对I-V 曲线的影响，并结合实际分析了如何减小遮挡对带旁路二极管的组件的影响。关键词：旁路二极管、太阳电池组件、遮挡特性。

0 引言

晶体硅太阳电池组件的表面阴影、焊接不良及单体电池功率不匹配等因素是导致输出功

率降低的主要原因。在工业上，为了防止由以上原因造成的热斑效应和功率消耗，在组件制造时一般都会在每十几片串联的单片两端并上旁路二极管。这样做虽可减小组件的热斑效应，但同时也会使组件的整体性能出现畸变，最明显的就是体现在组件的IV 特性曲线上。

因此，研究带旁路二极管的太阳电池组件遮挡时的输出特性就变得十分有现实意义，可以为工业生产和科学研究提供帮助。

1各种失配情况模型建立及结果分析

带旁路二极管保护的太阳电池组件当发生遮挡或其他事故时会出现失配，其I-V 曲线会出现畸变，并会对最大功率造成影响。究竟是哪些原因影响着畸变的大小，怎样才能减小它对功率的影响呢？于是我们需要建立一个带旁路二极管保护的太阳电池组件的模型。而通过改变模型中一些参数的具体数值来分析这些参数对畸变的影响。由于各种组件和电池连接方式失配情况各有不同，所以需要分别建立不同的几个模型来进行考虑。 1、1 每片电池片都并联旁路二极管的情况 1、1、1 模型描述

一般的太阳能电池组件都是串联，因此，本文的模型采用11个太阳能电池单片串联的模型，其中，10个单片是正常的电池，而第11片电池则是模拟的受遮挡的电池，或者说是适配性不好的电池。而除了等效恒流源的电流之外这11个电池的其它参数是完全一样的，这是因为平时的组件各个单片经过分选都是基本相同的，而遮挡的情况只是影响到其等效的恒流源的大小。

具体到每个太阳电池单片的模型则是采用经典的也是用的最多的单指数模型。本来是每个单片都并联一个旁路二极管，但是考虑到只有遮挡的那个单片旁路二极管才有可能导通，所以其他10片单片的旁路二极管可以省略。于是得到如图一所示的模型图。

图一、有一个单片遮挡的模型图

Fig.1 one cell mismatch

根据模型中各个元件的数学表达式和电路图，可以列出如下关系式。

I =I L 1-I 0{exp[K 0(I 12*R P ]-1}-I 12

I =I 0{exp[K 0(I 24*R S -I 23*R P ]-1}+I L 2-I 0{exp[K 0(I 23*R P ]-1}-I 23I 24=I L 2-I 0{exp[K 0(I 23*R P ]-1}-I 23

R *I -10*R P *I 12+10*R S *I -R P *I 23+R S *I 24=0V =R *I

使用MAPLE 进行计算，使用以下参数作为计算：

每次改变其中一个参数的值，所得的结果进行作图比较，可以得出每种情况下的I-V 曲线。

1、1、2数据分析

根据上面所建立的模型分几种情况改变不同的参数进行计算可以得到下面的结果。 1、1、2、1遮挡程度与电池I-V 曲线的变化

2.5

2.0

I (A

1.5

1.0

0.5

0.0

-101234567

V(V

图二、各种遮挡程度下的IV 曲线

Fig.2 IV curve at different mismatch

参数I L 2是第

11个也就是带旁路二极管保护的单片的等效恒流源的电流值。由于它和

被遮挡程度是这个值的大小实际上就相当于太阳电池遮挡程度的大小，因此改变该参数就相当于改变遮挡程度。由图二可以看出，随着遮挡程度的增加，I-V 曲线的畸变会越来越大，对太阳电池的影响显然也越来越大。其中当参数等于2.4A 时也就是完全没遮挡时，正是一条正常的I-V 曲线。

该结果表明，即使安装了旁路二极管，仍然是单片遮挡范围越大对于整体组件的影响越大。这个结论很自然能想到的，因为旁路二极管并不能维持被遮挡电池的性能，它只是使电流从别处流走，使这片被遮挡的电池不再消耗其他电池产生的功率。 1、1、2、2 等效并联电阻与电池I-V 曲线的变化

2.5

2.0

1.5

I (A

1.0

0.5

0.0

-101234567

v(V

图三、各个等效并联电阻下的IV 曲线

Fig.3 IV curve at different

R P

参数R P 是太阳电池单片的等效并联电阻。由图三可以看出，随着等效并联电阻的增大，

整体I-V 曲线会变得更好，同时畸变也会变得更小。

该结果表明，工艺上如果把太阳能电池的等效并联电阻做大的话不仅能提高无遮挡时太阳电池的整体性能，同时也会提高发生遮挡时的太阳电池性能。 1、1、2、3 等效串联电阻与电池I-V 曲线的变化

2.5

2.0

1.5

I (A

1.0

0.5

0.0

-101234567

V(V

图四、各个等效串联电阻下的IV 曲线Fig4 IV curve at different

R S

参数R S 是太阳电池单片的等效串联电阻。由图四可以看出，随着等效并联电阻的减小，整体I-V 曲线会变得更好，同时畸变也会变得更小。

该结果表明，工艺上如果把太阳能电池的等效串联电阻做小的话不仅能提高无遮挡时太阳电池的整体性能，同时也会提高发生遮挡时的太阳电池性能。

1、1、

2、4 旁路二极管的反向饱和电流与I-V 曲线的变化

2.5 i=1.5 I0=4*10^(-9A i=1.5 I0=4*10^(-8A i=1.5 I0=4*10^(-7A 2.0 1.5 I(A 1.0 0.5 0.0 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 V(V 图五、各个反向饱和电流下的 IV 曲线 Fig5 IV curve at different I0 参数 I 0 是受遮挡的单片所并入的保护旁路二极管的反向饱和电流，该电流是旁路二极管的重要参数。由图五可以看出，该参数对电池的 IV 曲线影响不是很大，但是当这个值较大时曲线相对较好。 1、1、3 模型推广、、这个模型虽然只是带旁路二极管的单个太阳能单片遮挡的情况，但实际上，组件的等效电路和输出曲线和单片的所有特征都是一样的。因此这个模型可以适用于多个有旁路二极管的组件串联，其中有一块组件发生失配的情况。 1、2 多个单片并联一个旁路二极管的情况、 1、2、1 模型描述、、这种情况下的模型跟第一种情况的区别在于多个单片并联一个二极管，其中前面十个电池片参数彼此相同，并在旁路二极管内的十个电池片参数彼此相同，这十片电池片的输出电流比较小，相当于模拟串在一起的十片电池有遮挡的情况。如图六所示

I21 I L1 8个电池 IL2 I22 RS 8个电池 ... 。。。。。。。 ... 。。。。。。。

I11 I12 RP I 23 RP I R 图六、十片单片出现遮挡的模型 Fig6 ten cells mismatch 根据模型中的电路图可以列出如下关系式： I = I L1 I 0 {exp[ K 0 ( I 12 * RP ] 1} I 12 I = I 0 {exp[ K 0 ( I 24 * RS I 23 * RP ] 1} + I L 2 I 0 {exp[ K 0 ( I 23 * RP ] 1} I 23 I 24 = I L 2 I 0 {exp[ K 0 ( I 23 * RP ] 1} I 23 R * I 10 * RP * I 12 + 10 * RS * I 10 * RP * I 23 + 10 * RS * I 24 = 0 V = R*I 同样使用： RP 3.32ohm RS 0.008ohm I L1 2.4A I L2 1A I0 4* 10 8 K0 A 29.4 使用 maple 进行计算，得到的结果用 origin 进行分析可得如下图型。

2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 IL2=1A IL2=1.5A IL2=2A IL2=2.4A I(A 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 0 2 4 6 8 10 12 14 U(V 图七、各种遮挡程度下的 IV 曲线 Fig7 IV curve at different mismatch 参数 I L 2 为有遮挡的电池单片的等效直流源的电流。显然，该图表征了随着遮挡程度的提高，电池的输出性能下降很明显。另外，从图上可以看到一个很明显的台阶，这正是因为受遮挡的电池比第一种模型要多很多，因此第一种模型中的畸变在这边彻底表现为了很大的台阶，而由于实际上目前工厂中的组件大都是十几片单片才并联一个旁路二极管，因此台阶的现象在组件测试中比畸变要遇到的多，特别是如果电池适配性不好的话，有着多串带二极管保护电池的组件在测试中会出现多个台阶的现象。对于畸变的大小与各个其他参数的关系与第一种情况完全一致，因此就不再详细说明了。 1、2、2 模型推广、、这个模型虽然是每十片单片并联旁路二极管的情况，但实际上可以看作是两个有旁路二极管保护的组件串联的情况。在图七我们可以看到曲线明显有个台阶，因为是两组电池片串联，所以只有一个台阶，如果再串联更多的带旁路二极管保护的电池片的话，如果发生失配则会产生多个台阶。这种多台阶的曲线也是在厂家或实验室测试组件性能时所经常遇到的。 2、结论分析、通过以上的模型计算，我们可以看出，并联旁路二极管的方法虽然是目前减少热斑效应和功率损失的主要方法，但是仍然无法避免大部分的功率的损失。

在实际测量当中，装有旁路二极管的组件会产生特有的曲线畸变和台阶现象，正是由于旁路二极管近似起到一个开关的作用，在其导通和不导通时整个系统电流的流向和分布都有着很大的变化，因此会导致这种电流电压突然变化的情况发生。而通过改变参数观察畸变和台阶的大小可以看出，要减小畸变则在工艺上要增大等效并联电阻、减小等效串联电阻，而这同时也是提高电池性能所需要的。换句话说，高性能的电池在遮挡发生时受影响也会小。因此在实际生产过程中，提高了电池的输出特性，也就同时提高了电池在遮挡和失配时的性能。Research Of The Mismatch Character Of PV Array With Diodes Abstract: The paper establishes a mathematic model of PV array with diodes , has a research of the mismatch character of the model . And gives some suggestions about how to improve the performance of the PV array with diodes when suffering the mismatch situation .

Keywords: byway diode , mismatch , PV array . 参考文献 [1]中国标准出版社. 电池标准汇编太阳能电池篇. 中国标准出版社， 2003.4. [1] Zhong Guo Standard Book Concern . Battery Standard Collection Solar Cell Part . Zhong Guo Standard Press . 2003.4. [2]Martin A. Green . Solar Cells Operating Principles, Technology and System Applications . Prentice Hall , 1981.10

太阳能电池基本特性测定实验

太阳能电池基本特性测定实验太阳能是一种新能源，对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。目前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。利用太阳能发电目前有两种方法，一是利用热能产生蒸气驱动发电机发电，二是太阳能电池。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。为此，我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验，介绍太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的普通物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣。【实验目的】 1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线 2. 测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 、最大输出功率max P 及填充因子FF 3. 测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 与相对光强0J J 的关系，求出它们的近似函数关系。【实验仪器】光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱

【实验原理】太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压U 与通过的电流I 的关系为 ??? ? ??-=10nKT qU e I I (1) 其中0I 是二极管的反向饱和电流,n 是理想二极管参数,理论值为1。K 是玻尔兹曼常量,q 为电子的电荷量,T 为热力学温度。（可令nKT q =β）由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为V C E E -的半导体所构成。C E 为半导体导电带，V E 为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时，光子被半导体所吸收，并产生电子-空穴对。电子-空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一现象称为光伏效应。光电流示意图太阳能电池的基本技术参数除短路电流SC I 和开路电压OC U 外, 还有最大输出功率max P 和填充因子FF 。最大输出功率max P 也就是IU 的最大值。填充因子FF 定义为 OC SC U I P FF m ax = (2) FF 是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。FF 值越大,说明太阳能电池对光的利用率越高。

硅光电池特性测试实验报告

硅光电池特性测试实验报告系别：电子信息工程系班级：光电08305班组长：祝李组员：贺义贵、何江武、占志武实验时间：2010年4月2日指导老师：王凌波 2010.4.6

目录一、实验目的二、实验内容三、实验仪器四、实验原理五、注意事项六、实验步骤七、实验数据及分析八、总结

一、实验目的 1、学习掌握硅光电池的工作原理 2、学习掌握硅光电池的基本特性 3、掌握硅光电池基本特性测试方法 4、了解硅光电池的基本应用二、实验内容 1、硅光电池短路电路测试实验 2、硅光电池开路电压测试实验 3、硅光电池光电特性测试实验 4、硅光电池伏安特性测试实验 5、硅光电池负载特性测试实验 6、硅光电池时间响应测试实验 7、硅光电池光谱特性测试实验设计实验1：硅光电池光控开关电路设计实验设计实验2：简易光照度计设计实验三、实验仪器 1、硅光电池综合实验仪 1个 2、光通路组件 1只 3、光照度计 1台 4、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 5、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 6、三相电源线 1根 7、实验指导书 1本 8、20M 示波器 1台四、实验原理 1、硅光电池的基本结构目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。零偏反偏正偏图 2-1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合

旁路二极管在太阳能电池组件中的关键作用

旁路二极管在太阳能电池组件中的关键作用一、热斑效应一串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳能电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳能电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳能电池。有光照的太阳能电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳能电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳能电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。二、Bypassdiode的作用：当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。三、Bypassdiode选择原则： 1、耐压容量为最大反向工作电压的两倍； 2、电流容量为最大反向工作电流的两倍； 3、结温温度应高于实际结温温度； 4、热阻小； 5、压降小；四、实际结温温度测量方法：把组件放在75度烘箱中至热稳定，在二极管中通组件的实际短路电流，热稳定后（例如1h），测量二极管的表面温度，根据以下公式计算实际结温： Tj=Tcase+R*U*I 其中R为热阻系数，由二极管厂家给出，Tcase是二极管表面温度（用热电偶测出），U是二极管两端压降（实测值），I为组件短路电流。计算出的Tj不能超过二极管规格书上的结温范围。五、旁路二极管对电路影响示意图：

当电池片正常工作时，旁路二极管反向截止，对电路不产生任何作用；若与旁路二极管并联的电池片组存在一个非正常工作的电池片时，整个线路电流将由最小电流电池片决定，而电流大小由电池片遮蔽面积决定，若反偏压高于电池片最小电压时，旁路二极管导通，此时，非正常工作电池片被短路。六、每个旁路二极管并联电池片数目的计算 1、旁路二极管电流容量最小应为： I＝4．73×2＝8.46A 2、选用10SQ030型二极管最大返偏电压为：VRRM=30vIAV＝10AVF＝0.55V TJ＝-55－200℃ 3、耐压容量为30Ⅴ的旁路二极管最多可保护125×125电池片数目为： N＝30/（2×0.513）≈29.24 即最多可保护29片125×125电池片； 4、旁路二极管截止状态时存在反向电流，即暗电流，一般小于0.2微安；原则上每个电池片应并联一个旁路二极管，以便更好保护并减少在非正常状态下无效电池片数目，但因为旁路二极管价格成本的影响和暗电流损耗以及工作状态下压降的存在，对于硅电池，每十五个电池片可并联一个旁路二极管为最佳。

影响光伏电池、组件输出特性的因素概要

由于光伏电池、组件的输出功率取决于太阳光照强度、太阳能光谱的分布和光伏电池的温度、阴影、晶体结构。因此光伏电池、组件的测量在标准条件下(STC进行，测量条件被欧洲委员会定义为101号标准，其条件是：光谱辐照度为1000瓦/平米;光谱 AM1.5;电池温度25摄氏度。在该条件下，太阳能光伏、电池组件所输出的最大功率被称为峰值功率，其单位表示为瓦(Wp。在很多情况下，太阳能电池的光照、温度都是不断变化的，所以组件的峰值功率通常用模拟仪测定并和国际认证机构的标准化的光伏电池进行比较。 (1温度对光伏电池、组件输出特性的影响大家都知道，光伏电池、组件温度较高时，工作效率下降。随着光伏电池温度的升高，开路电压减小，在20-100摄氏度范围，大约每升高1摄氏度，光伏电池的电压减小2mV;而光电流随温度的升高略有上升，大约每升高1摄氏度电池的光电流增加千分之一。总的来说，温度每升高1摄氏度，则功率减少0.35%。这就是温度系数的基本概念，不同的光伏电池，温度系数也不一样，所以温度系数是光伏电池性能的评判标准之一。 (2光照强度对光伏电池组建输出特性的影响光照强度与光伏电池、组件的光电流成正比，在光强由100-1000瓦每平米范围内，光电流始终随光强的增长而线性增长;而光

照强度对电压的影响很小，在温度固定的条件下，当光照强度在400-1000哇每平米范围内变化，光伏电池、组件的开路电压基本保持不变。所以，光伏电池的功率与光强也基本保持成正比。 (3阴影对光伏电池、组件输出特性的影响阴影对光伏电池、组件性能的影响不可低估，甚至光伏组件上的局部阴影也会引起输出功率的明显减少。所以要注意避免阴影的产生，及时清理组件表面，防止热斑效应的产生。一个单电池被完全遮挡时，太阳电池组件输出减少75%左右。虽然组件安装了二极管来减少阴影的影响，但如果低估局部阴影的影响，建成的光伏系统性能和投资收效都将大大降低。

太阳能电池基本特性测定试验

太阳能电池基本特性测定实验太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。我们开设此太阳能电池的特性研究实验，通过实验了解太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。【实验目的】 1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线； UI U I曲线图；并测量太阳能变化关系，画出2. 有光照时，测量电池在不同负载电阻下，对IUP FF；及填充因子电池的短路电流、开路电压、最大输出功率SCaxOCm IU L的关系，求出它们的近似函数关系。与光照度 3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SCOC 【实验仪器】白炽灯源、太阳能电池板、光照度计、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、单刀开关连接导线若干供参考．】【实验原理区，pn区流向结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由太阳光照在半导体

太阳能电池基本特性实验讲义

太阳能电池基本特性测定目前人类所消耗的能源的70％来自煤、石油、天然气等化石燃料，在现有技术条件下，化石能源的大量使用给地球环境造成了严重危害，使人类生存空间受到了极大的威胁。科学家预言，尽管化石燃料能源未来仍将占有相当大比重，但其一统天下的局面将逐渐结束（地球上２亿年形成的化石燃料，大体只够人类使用300余年），可再生的清洁能源可望撑起未来世界能源供给的半壁江山。太阳能的利用和研究是21世纪新型能源开发的重点课题之一。太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子能量转换为电能。目前硅太阳能电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已应用于许多民用领域：如太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。太阳能是一种清洁、“绿色”能源。因此，世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。一、实验目的 1、学习掌握硅光电池的工作原理。 2、学习掌握硅光电池的基本特性及其测试方法。 3、了解硅光电池的基本应用。二、实验仪器 1.光功率计 2.测试仪 3.光源 4.光电二极管（用专用连接线与光功率计相连接） 5.样品架（用于放置光电二极管传感器，以及待测太阳能电池样品，含遮光罩） 6. 导轨 7.单晶硅样品 7.多晶硅样品图1 太阳能电池特性测试仪

1、太阳能电池:单晶硅和多晶硅各1块：60×60mm 2，有效面积50×45mm 2 ，开路电压不低于4V ，闭路电流不小于15mA ；2、光功率计:三位半数显，量程200uw 、2mw 和20mW 三档，数字按键档位切换；光功率计传感器采用高灵敏度光电二极管；3、精密电阻负载：0～99999.9Ω；4、测试仪:电压表：2.000V 和20.00V 两档；电流表：2.000mA 和200.0mA 两档；0-5V 可调直流电源，带限流输出功能；5、光源功率：100W ；6、导轨：长75cm ；三、实验原理太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U 与通过电流I 的关系式为： )1(-=U o e I I β (1) (1)式中，Ｉ为通过二极管的电流，o I 和β是常数，o I 为反向饱和电流。由半导体理论，二极管主要是由能隙为E C －E V 的半导体构成，如图2所示。E C 为半导体电带，E V 为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对。电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流源）、一个理想二极管、一个并联电阻R Sh 与一个电阻R S 所组成，如图3所示。图3中，I Ph 为太阳能电池在光照时该等效电源输出电流，I d 为光照时,通过太阳能电池内部二极管的电流。由基尔霍夫定律得： 0)(=---+sh d ph s R I I I U IR (2) （2）式中，I 为太阳能电池的输出电流，U 为输出电压。由（1）式可得， d sh ph sh s I R U I R R I --=+ )1( (3)

光伏组件中旁路二极管之关键作用

光伏组件中旁路二极管之关键作用一、热斑效应一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。二、Bypassdiode的作用：当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。三、Bypassdiode选择原则： 1、耐压容量为最大反向工作电压的两倍； 2、电流容量为最大反向工作电流的两倍； 3、结温温度应高于实际结温温度； 4、热阻小； 5、压降小；四、实际结温温度测量方法：把组件放在75度烘箱中至热稳定，在二极管中通组件的实际短路电流，热稳定后（例如1h），测量二极管的表面温度，根据以下公式计算实际结温： Tj=Tcase+R*U*I 其中R为热阻系数，由二极管厂家给出，Tcase是二极管表面温度（用热电偶测出），U是二极管两端压降（实测值），I为组件短路电流。计算出的Tj不能超过二极管规格书上的结温范围。五、旁路二极管对电路影响示意图：当电池片正常工作时，旁路二极管反向截止，对电路不产生任何作用；若与旁路二极管并联的电池片组存在一个非正常工作的电池片时，整个线路电流将由最小电流电池片决定，而电流大小由电池片遮蔽面积决定，若反偏压高于电池片最小电压时，旁路二极管导通，此时，非正常工作电池片被短路。

太阳能电池组件的封装(精华)

太阳能电池组件的封装（精华）导读：单件电池片由于输出功率太小，难以满足常规用电需求，因此需要将其封装为组件以提高其输出功率。封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，再好的电池也生产不出好的组件。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得客户满意的关键，所以组件的封装质量非常重要。具有外部封装及内部连接、能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳能电池组合装置，叫太阳能电池组件，即多个单体太阳能电池互联封装后成为组件。太阳能电池组件是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。 1.防止太阳能电池破损。晶体硅太阳能电池易破损的原因：晶体硅呈脆性；硅太阳能电池面积大；硅太阳能电池厚度小。 2.防止太阳能电池被腐蚀失效。太阳能电池的自然抗性差：太阳电池长期暴露在空气中会出现效率的衰减；太阳电池对紫外线的抵抗能力较差；太阳电池不能抵御冰雹等外力引起的过度机械应力所造成的破坏；太阳电池表面的金属化层容易受到腐蚀；太阳电池表面堆积灰尘后难以清除。 3.满足负载要求，串联或并联成一个能够独立作为电源使用的最小单元。由于单件太阳电池输出功率难以满足常规用电需求，需要将它们串联或者并联后接入用电器进行供电。太阳能电池组件的种类较多，根据太阳能电池片的类型不同可分为晶体硅(单、多晶硅)太阳能电池组件、非晶硅薄膜太阳能电池组件及砷化镓电池组件等；按照封装材料和工艺的不同可分为环氧树脂封装电池板和层压封装电池组件；按照用途的不同可分为普通型太阳能电池组件和建材型

太阳能电池组件。其中建材型太阳能电池组件又分为单面玻璃透光型电池组件、双面夹胶玻璃电池组件和双面中空玻璃电池组件。由于用晶体硅太阳能电池片制作的电池组件应用占到市场份额的85％以上，在此就主要介绍用晶体硅太阳能电池片制作的电池组件。单晶硅组件多晶硅组件非晶硅组件第一代室温硫化硅橡胶封装第二代聚乙烯醇缩丁醛（PVB ）封装第三代乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA ）封

光伏特性曲线实验报告

绪论一实验目的本实验课程的目的，旨在通过课内实验教学，使学生掌握太阳能发电技术方面的基本实验方法和实验技能，帮助和培养学生建立利用所学理论知识测试、分析和设计一般光伏发电电路的能力，使学生巩固和加深太阳能发电技术理论知识，为后续课程和新能源光伏发电技术相关专业中的应用打好基础。二实验前预习每次实验前，学生须仔细阅读本实验指导书的相关内容，明确实验目的、要求；明确实验步骤、测试数据及需观察的现象；复习与实验内容有关的理论知识；预习仪器设备的使用方法、操作规程及注意事项；做好预习要求中提出的其它事项。三注意事项 1、实验开始前，应先检查本组的仪器设备是否齐全完备，了解设备使用方法及线路板的组成和接线要求。 2、实验时每组同学应分工协作，轮流接线、记录、操作等，使每个同学受到全面训练。 3、接线前应将仪器设备合理布置，然后按电路图接线。实验电路走线、布线应简洁明了、便于测量。 4、完成实验系统接线后，必须进行复查，按电路逐项检查各仪表、设备、元器件的位置、极性等是否正确。确定无误后，方可通电进行实验。 5、实验中严格遵循操作规程，改接线路和拆线一定要在断电的情况下进行。绝对不允许带电操作。如发现异常声、味或其它事故情况，应立即切断电源，报告指导教师检查处理。 6、测量数据或观察现象要认真细致，实事求是。使用仪器仪表要符合操作规程，切勿乱调旋钮、档位。注意仪表的正确读数。． 7、未经许可，不得动用其它组的仪器设备或工具等物。 8、实验结束后，实验记录交指导教师查看并认为无误后，方可拆除线路。最后，应清理实验桌面，清点仪器设备。 9、爱护公物，发生仪器设备等损坏事故时，应及时报告指导教师，按有关实验管理规定处理。 10、自觉遵守学校和实验室管理的其它有关规定。四实验总结每次实验后，应对实验进行总结，即实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。实验报告除写明实验名称、日期、实验者姓名、同组实验者姓名外，还包括： 1．实验目的； 2．实验仪器设备（名称、型号）； 3．实验原理； 4．实验主要步骤及电路图； 5．实验记录（测试数据、波形、现象）； 6．实验数据整理（按每项实验的实验报告要求进行计算、绘图、误差分析等）；．回答每项实验的有关问答题。7．

防反充和旁路二极管

防反充(防逆流)和旁路二极管在太阳能电池方阵中，二极管是很重要的器件，常用的二极管基本都是硅整流二极管，在选用时要注意规格参数留有余量，防止击穿损坏。一般反向峰值击穿电压和最大工作电流都要取最大运行工作电压和工作电流的2倍以上。二极管在太阳能光伏发电系统中主要分为两类。 ①防反充(防逆流)二极管防反充二极管的作用之一是防止太阳能电池组件或方阵在不发电时，蓄电池的电流反过来向组件或方阵倒送，不仅消耗能量，而且会使组件或方阵发热甚至损坏；作用之二是在电池方阵中，防止方阵各支路之间的电流倒送。这是因为串联各支路的输出电压不可能绝对相等，各支路电压总有高低之差，或者某一支路因为故障、阴影遮蔽等使该支路的输出电压降低，高电压支路的电流就会流向低电压支路，甚至会使方阵总体输出电压降低。在各支路中串联接人防反充二极管ds就可避免这一现象的发生。在独立光伏发电系统中，有些光伏控制器的电路中已经接入了防反充二极管，即控制器带有防反充功能时，组件输出就不需要再接二极管了。防反充二极管存在有正向导通压降，串联在电路中会有一定的功率消耗，一般使用的硅整流二极管管压降为0.7v左右，大功率管可达1～2v。肖特基二极管虽然管压降较低，为0.2～0.3v，但其耐压和功率都较小，适合小功率场合应用。 ②旁路二极管当有较多的太阳能电池组件串联组成电池方阵或电池方阵的一个支路时，需要在每块电池板的正负极输出端反向并联1个(或2～3个)二极管db，这个并联在组件两端的二极管就叫旁路二极管。旁路二极管的作用是防止方阵串中的某个组件或组件中的某一部分被阴影遮挡或出现故障停止发电时，在该组件旁路二极管两端会形成正向偏压使二极管导通，组件串工作电流绕过故障组件，经二极管旁路流过，不影响其他正常组件的发电，同时也保护被旁路组件受到

光伏组件中电池遮挡与伏安特性曲线变化的关系

体硅太阳电池组件有指导作用，而且也有利于人们正确判断光伏发电系统输 ... 配等因素是导致输出功率降低的主要原因，研究这些因素的影响不仅对制造晶体硅太阳电池组件有指导作用，而且也有利于人们正确判断光伏发电系统输出降低或失效的原因。国外曾经有人报道一些在现场用了10到15年的组件电特性已经恶化。其I-V特性曲线已经和一些普通的光伏组件差别很大，而这种变化的I-V曲线可以用来分析晶体硅太阳电池组件输出降低的原因。本文主要讨论了遮挡部分电池组件输出特性的影响，并用计算机对核过程进行了模拟。一、模拟方法在晶体硅太阳电池组件中，当有电池被遮挡时，组件的输出特性可以用下式表示：这些参数估算时可以用一下参数代替：n=1.96，I0=3.86X10-5（A）,Rsh=15.29（Ω）。a=2.0x10-3，Vbr=-21.29（V），nn=3.R3=0.008. 组件中有电池被遮盖时的电路可以用图片三来表示，正常的电池和被遮盖住的电池在组建中是串联关系，因此电压V和电流I满足以下等式：

组件中电池被遮挡时的模拟电路其中，Iph1代表组件中普通电池的光电流，Iph2代表遮挡电池产生的光电流，与等式（2）中的遮挡透过率有关系，例如，当遮挡透过率为35%时，Iph2是Iph1的0.35倍。通过解（3）-（6）式可以计算出I-V的特性。二、实验图2（a）和（b）是通过改变阴影透过率的情况下分别计算和实际测量的I-V 特性曲线。当组件上的一个电池用不同的透过率（一个组件由36块电池组成）时，短路电流大致变化不大。结果是透过率越低，电流随着电压的升高下降越快。另一方面，开路电压基本上相同。由图可看出：测量结果与计算的结果相吻合。

PV组件之旁路二极管知识总结

旁路二极管知识：半导体介绍：一、半导体介绍几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，应用也非常广泛。下面首先对半导体做个介绍： 1本征半导体纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。常用的半导体材素是元素周期表中的4价元素，如：硅（si）、锗（Ge）。其原子结构中最外层轨道上有4个电子；纯净的晶体中相邻的两个原子的一对最外层电子（价电子）结合成为共有电子，组成共价键；原子可以形成稳定的8原子壳层，如下图所示。共价键中的价电子在热运动中能获得能量形成自由电子和空穴（价电子摆脱共价键束缚后成为自由电子，此时在共价键中留有了空位，称为空穴，空穴带正电）。本征半导体中存在的两种载流子即自由电子和空穴，由于其两者是成对产生，所以在本征半导体中两者浓度是相同的，因此本征半导体本身称电中性。本征半导体材料中载流子的浓度除了和其本身的性能有关外，还和温度有关，随着温度的升高称指数规律上升，硅材料的温度每升高8摄氏度，本征载流子的浓度增加一倍，锗材料的温度每升高12摄氏度，载流子的浓度增加一倍。另外，半导体载流子的浓度与光照有关。 2P型半导体如果在纯净的硅晶体中掺入3价杂质，如硼（或鋁、镓或铟等），这些3价杂质原子的最外层只有3个价电子，当它与相邻的硅原子形成共价键时，还缺少1个价电子，因而其它共价键电子只要少量能量摆脱原子核束缚，即可填充之，而在其本身位置形成空穴，在一个共价键上要出现一个空穴，此种半导体主要靠空穴导电；此种半导体称之为P型半导体。P型半导体材料中，空穴数目很多,称为多数载流子，而电子数目很少,称为少数载流子。P型半导体只有一种多子――空穴，对外呈电中性，导电特性与掺杂的杂质浓度有关。P型半导体如下图所示： 3N型半导体如果在纯净的硅晶体中掺入少量的5价杂质磷（或砷，锑等），由于磷原子具有5个价电子，所以1个磷原子同相邻的4个硅原子结成共价键时，还多余1个价电子，这个价电子很容易挣脱磷原子核的吸引束缚而变成自由电子，此种半导体主要靠自由电子导电；此种半导体称之为N型半导体。N型半导体材料中，空穴数目很少,称为少数载流子，而电子数目很多,称为多数载流子。N型半导体只有一种多子――自由电子，对外呈电中性，导电特性与掺杂的杂质浓度有关。P型半导体如下图所示：

电池组件技术参数功率输出特性分析

电池组件技术参数功率输出特性分析 1.电池主要参数指标与硅太阳能电池的主要性能参数类似，太阳能电池组件的性能参数也主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。这些性能参数的概念与前面所定义的硅太阳能电池的主要性能参数相同，只是在具体的数值上有所区别。 (1)短路电流I S 当将太阳能电池组件的正负极短路，使U=0时，此时的电流就是电池组件的短路电流，短路电流的单位是A，短路电流随着光强的变化而变化。 (2)开路电压Uo 当太阳能电池组件的正负极不接负载时，组件正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是V。太阳能电池组件的开路电压随电池片串联数量的增减而变化。 (3)峰值电流I m 峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池组件输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是A。 (4)峰值电压U m 峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是V。 (5)峰值功率Pm 峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳能电池组件在正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：Pm =I m×U m。峰值功率的单位是W。太阳能电池组件的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和组件的工作温度，因此太阳能电池组件的测量要在标准条件下进行，测量标准为：辐照度lkW/mz、光谱AMl.5、测试温度25℃。 (6)填充因子填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池组件的最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值。填充因子是反应太阳能电池组件所用电池片输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明所用太阳能电池组件输出特性越趋于矩形，电池组件的光电转换效率越高。太阳能电池组件的填充因子系数一般在0.5～0.8之间，也可以用百分数表示。

光伏组件问题系列总结——部分遮挡对组件输出特性的影响

光伏组件问题系列总结——部分遮挡对组件输出特性的影响 1.0绪论众所周知，晶体硅太阳电池组件的表面阴影、焊接不良及单体电池功率不匹配等因素是导致输出功率降低的主要原因，研究这些因素的影响不仅对制造晶体硅太阳电池组件有指导作用，而且也有利于人们正确判断光伏发电系统输出降低或失效的原因。国外曾经有人报道一些在现场用了10到15年的组件电特性已经恶化。其I-V特性曲线已经和一些普通的光伏组件差别很大，而这种变化的I-V曲线可以用来分析晶体硅太阳电池组件输出降低的原因。本文主要讨论了遮挡部分电池组件输出特性的影响，并用计算机对核过程进行了模拟。 2.0模拟方法在晶体硅太阳电池组件中，当有电池被遮挡时，组件的输出特性可以用下式表示：这些参数估算时可以用一些参数代替：n=1.96，I0=3.86X10-5（A）,Rsh=15.29（Ω）。 a=2.0x10-3，Vbr=-21.29（V），nn=3.R3=0.008. 组件中有电池被遮盖时的电路可以用图片三来表示，正常的电池和被遮盖住的电池在组件中是串联关系，因此电压V和电流I满足以下等式：

组件中电池被遮挡时的模拟电路其中，Iph1代表组件中普通电池的光电流，Iph2代表遮挡电池产生的光电流，与等式（2）中的遮挡透过率有关系，例如，当遮挡透过率为35%时，Iph2是Iph1的0.35倍。通过解（3）-（6）式可以计算出I-V的特性。二、实验图2（a）和（b）是通过改变阴影透过率的情况下分别计算和实际测量的I-V特性曲线。当组件上的一个电池用不同的透过率（一个组件由36块电池组成）时，短路电流大致变化不

太阳能电池基本特性测定实验

太阳能电池基本特性测定实验目对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。太阳能是一种新能源，一是利利用太阳能发电目前有两种方法，前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究二是太阳能电池。用热能产生蒸气驱动发电机发电，为此，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。是21 世纪的热门课题，介绍太阳能电池的电学性质我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验，联系科并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的普通物理实验，和光学性质，技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣。】实验目的【无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线1. IPU FF、开路电压及填充因子、最大输出功率2. 测量太阳能电池的短路电流SCaxmOC IJJU的关系，求出它与相对光强3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SC0OC们的近似函数关系。【实验仪器】光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱

】【实验原理, 在没有光照时太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。UI的关系为可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压与通过的电流qU???? 1?I?Ie nKT (1) ??0??In qK,1。是二极管的反向饱和电流,是玻尔兹曼常量是理想二极管参数,理论值为其中0q T为热力学温度。（可令）为电子的电荷量,??nKT EEE?由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为的半导体所构成。CVC E当入射光子能量大于能隙时，光子被半导体所吸为半导体价电带。为半导体导电带，V空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一电子-收，并产生电子-空穴对。现象称为光伏效应。光电流示意图 IPU, 和外太阳能电池的基本技术参数除短路电流和开路电压还有最大输出功率 SCaxOCm P IUFFFF。最大输出功率也就是定义为的最大值。填充因子填充因子axm P?FF max (2) UI OCSC FFFF,说明太阳能电池对光的利用值越大是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。率越高。】【实验内容及步骤U?I特性（直流偏压从1.在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的V00?3.））设计测量电路图，并连接。（1 1 图q I UI?I?U的值。和曲线并求出常数关系数据，利用测得的正向偏压时（2）画出??0nKT 注意此时光源到太阳能电池距在不加偏压时，用白色光照射，测量太阳能电池一些特性。2.cm20

旁路二极管在光伏组件中的作用

一、热斑效应一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。二、Bypass diode的作用：当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。二、Bypass diode 选择原则：１、耐压容量为最大反向工作电压的两倍；２、电流容量为最大反向工作电流的两倍；３、结温温度应高于实际结温温度；４、热阻小；５、压降小；三、实际结温温度测量方法：把组件放在75度烘箱中至热稳定，在二极管中通组件的实际短路电流，热稳定后（例如1h），测量二极管的表面温度，根据以下公式计算实际结温： Tj=Tcase + R*U*I 其中R为热阻系数，由二极管厂家给出，Tcase是二极管表面温度（用热电偶测出），U是二极管两端压降（实测值），I为组件短路电流。计算出的Tj不能超过二极管规格书上的结温范围。

四、旁路二极管对电路影响示意图：当电池片正常工作时，旁路二极管反向截止，对电路不产生任何作用；若与旁路二极管并联的电池片组存在一个非正常工作的电池片时，整个线路电流将由最小电流电池片决定，而电流大小由电池片遮蔽面积决定，若反偏压高于电池片最小电压时，旁路二极管导通，此时，非正常工作电池片被短路。五、每个旁路二极管并联电池片数目的计算１、旁路二极管电流容量最小应为：Ｉ＝４．７３×２＝８.４６Ａ２、选用１０ＳＱ０３０型二极管最大返偏电压为：V RRM=30vＩＡＶ＝１０ＡＶＦ＝０.５５ＶＴ＝-５５－２００℃ Ｊ３、耐压容量为３０Ⅴ的旁路二极管最多可保护１２５×１２５电池片数目为：Ｎ＝３０/（２×０.５１３）≈２９.２４即最多可保护２９片１２５×１２５电池片；４、旁路二极管截止状态时存在反向电流，即暗电流，一般小于０.２微安；原则上每个电池片应并联一个旁路二极管，以便更好保护并减少在非正常状态下无效电池片数目，但因为旁路二极管价格成本的影响和暗电流损耗以及工作状态下压降的存在，对于硅电池，每十五个电池片可并联一个旁路二极管为最佳。

光伏组件测试标准内容对比

光伏组件测试标准内容对比郭素琴李娜武耀忠傅冬华（阿特斯阳光电力科技有限公司测试中心，常熟215562 ）摘要：对光伏行业内主要的组件测试标准中预处理试验、基本检查试验、电击危害试验、火灾试验、机械应力试验、结构试验和性能测试的试验内容进行对比总结，包括IEC 61215:2005地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型、UL1703:2004平板组件安全测试、IEC 61730-2:2004 光伏组件安全鉴定。关键词：组件测试标准IEC 61215 IEC 61730 UL1703 Comparison of PV module test standards Suqin Guo, Na Li, Willon Wu, Albert Fu （Changshu CSI Advanced Solar Inc,Changshu 215562 ） Abstract：According to PV module test standards including IEC 61215:2005, UL1703:2004 and IEC 61730-2:2004 Comparation of the Preconditioning tests, General inspection test, Electrical shock hazard tests, Fire hazard tests, Mechanical stress tests, Component tests and performance test were studied in this paper. Keywords：Photovoltaic modules, Test standards, IEC 61215, IEC 61730, UL 1703 1.引言在低碳经济成为热点，节能减排成为目标时，使用光伏组件的进行发电能大量减少温室气体的排放。随着光伏电站建设的增多与光伏组件应用领域的扩大，越来越多的客户和光伏组件生产厂商认识到光伏组件使用时安全性能的重要性。现在已有很多国际知名的认证机构开展了对光伏组件的可靠性检测，而且也有很多的生产厂商在公司内部建立实验室对光伏组件进行可靠性检测。故本文对IEC 61215:2005、IEC 61730-2:2004、UL 1703:2004三份光伏组件测试标准的内容进行对比。 2.标准介绍 2.1 IEC 61215:2005《地面用晶体硅光伏组件:设计鉴定和定型》，该标准规定了地面用光伏组件设计鉴定和定型的要求，表明组件能够在规定的气候条件下长期使用。 2.2 IEC 61730-2:2004《光伏（PV）组件安全鉴定第二部分：试验要求》，IEC 61730-2部分规定了光伏组件的试验要求，以使其在预期的使用期内提供安全的电气和机械运行。对由机械或外界环境影响造成的电击、火灾和人身伤害的保护措施进行评估。 2.3 UL 1703:2004《平面组件安全测试》，该标准适用于安装在建筑物或与建筑物连为一体的平面光伏电池板，也适用于独立应用的太阳能电池平板。适用于在电压小于等于1000伏的系统中应用的光伏电池板，还适用于连接在或是装置在光伏电池板上的设备部分。不适于从组件中获得电压、电流的输出设备，任何追踪装置，在强光下照射下的应用的电池组件，光学集中器，光电热结合的模块及面板。 3.预处理试验对比 3.1 IEC 61215:2005有温度循环（50或200次循环、-40℃至+85℃）、湿冻试验（10次循环、-40℃至+85℃、85%RH）、湿热试验（1000小时、85℃，85%RH）、紫外预处理试验（15KWh/m2）、室外曝晒试验（60KWh/m2）。作者简介：郭素琴（1979-），女，江西兴国人，阿特斯光伏测试中心质量监督员，主要从事太阳能光伏组件可靠性检测室的监督工作。

太阳能电池的特性测量

实验目的 1. 测量不同照度下太阳能电池的伏安特性、开路电压U 0和短路电流I s 。 2. 在不同照度下，测定太阳能电池的输出功率P 和负载电阻R 的函数关系。 3. 确定太阳能电池的最大输出功率P max 以及相应的负载电阻R max 和填充因数。原理当光照射在距太阳电池表面很近的pn 结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度E g ，则在p 区、n 区和结区光子被吸收会产生电子-空穴对（如图1）。那些在 pn 结附近n 区中产生的少数载流子由于浓度梯度而要扩散。只要少数载流子离pn 结的距离小于它的扩散长度，总有一定几率扩散到结界面处。在p 区与n 区交界面的两侧即结区，存在一空间电流区，也称为耗尽区。在耗尽区中，正负电荷间形成一电场，电场方向由n 区指向p 区，这个电场称为内建电场。只有p 区的光生电子和n 区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向n 区，光生空穴被拉向p 区，即电子空穴对被内建电场分离。这导致在n 区边界附近有光生电子积累，在p 区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡pn 结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由p 区指向n 区。这一现象称为光伏效应（Photovoltaic effect ）。图1 太阳能电池的工作原理太阳能电池的工作原理是基于光伏效应的。当光照射太阳电池时，将产生一个由n 区到p 区的光生电流I s 。同时，由于pn 结二极管的特性，存在正向二级管电流I D ，此电流方向从p 区到n 区，与光生电流相反。因此，实际获得的电流I 为两个电流之差： )()(D S U I ΦI I -= （1）如果连接一个负载电阻R ，电流I 可以被认为是两个电流之差，即取决于辐照度Φ的负方向电流I s ，以及取决于端电压U 的正方向电流I D 。由此可以得到太阳能电池伏安特性的典型曲线（见图2）。在负载电阻小的情况下，太阳能电池可以看成一个恒流源，因为正向电流I D 可以被忽略。在负载电阻大的情况下，太阳能电池相当于一个恒压源，因为如果电压变化略有下降那么电流I D （U ）迅速增加。

旁路二极管的选择

旁路二极管的选择旁路二极管的作用是防止热斑效应发热烧坏使组件。 1 工作电流（应大于单体电池的短路电流） 2 最大结温（应大于二极管工作时自身的温度） 3 热阻（热阻小能使二极管及时散热，不致于热失效） 4 压降（压降小能减少自身的发热） 5 反向击穿电压(大于与其并联的电池的开路电压的叠加值) 如图以现在的72片电池串联的组件为例:，6列，12行。图1为串联图。图2为电路图。图示的结构中一个二极管与两串电池片相连，每串电池片为12片单体电池相连。图1 图2 假设串联电池中第一组中有一块电池由于被遮挡，而短路电流小于流过它的电流，则该片电池成为负载。这时与该串电池并联的二极管D1由于两端电压等于正常工作的电池的开路电压的叠加值，且使D1处于正向偏置并大于其开启电压0.7V-0.4V，于是D1导通，这样与 D1并联的电池串就被短路了。二极管的反向击穿电压URM应大于与其并联的电池开路电压叠加值24*0.62= 14.88V。工作电流I 应大于单体电池的短路电流5.3A。二极管的自身压降越小越好，因为电流一定若压降大，则发热大，有可能使二极管失效。二极的热阻反应了二极管的散热能力，热阻越小，则散热越好，二极管因为过热失效的可能性就越小。最大结温反应了二极管的耐热能力，如果二极管的工作温度长期超过该温度则会导致该二极管的过热失效。结温要求大于150℃。常见的72片单体电池串联组件的接线盒中用10SQ050型肖特基二极管，其反向工作电压为50V大于14.88V，满足条件；最大平均电流10A大于5.3A，满足要求。最大结温度200℃大于150℃，故满足使用条件。还应按在IEC 61215测试二极管发散热量是否满足要求。