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太陽(yáng)電池?zé)岚攥F(xiàn)象的研究

發(fā)布時(shí)間:2010-08-20

中心議題:

  • 太陽(yáng)電池?zé)岚叩某梢?/strong>
  • 熱斑與暗電流的關(guān)系
  • 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果分析

隨著社會(huì)對(duì)能源的需求量越來(lái)越大,“能源安全危機(jī)”的問(wèn)題也愈發(fā)突顯。對(duì)此,經(jīng)濟(jì)和社會(huì)學(xué)家舍爾赫爾曼曾提出“陽(yáng)光型世界經(jīng)濟(jì)”的概念,指出利用陽(yáng)光型能源和陽(yáng)光型原材料即可再生能源來(lái)滿足人類(lèi)對(duì)能源和原材料的總體需求,可為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供一個(gè)可持續(xù)增長(zhǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略和出路。因此,開(kāi)發(fā)利用可再生能源、實(shí)現(xiàn)能源工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的任務(wù)更加迫切,更具深遠(yuǎn)的意義。
  
太陽(yáng)輻射能具有取之不盡、用之不竭、無(wú)污染、廉價(jià)、能夠自由利用等特點(diǎn),引起了人們對(duì)研究太陽(yáng)電池的濃厚興趣。太陽(yáng)電池具有質(zhì)量輕、使用安全、不污染環(huán)境、工作時(shí)不產(chǎn)生熱量等優(yōu)點(diǎn),是一種電壓穩(wěn)定性良好的純直流電源。近年來(lái),太陽(yáng)電池應(yīng)用于太陽(yáng)光發(fā)電的技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)展,很可能成為人類(lèi)未來(lái)主要電力來(lái)源之一。因此,太陽(yáng)電池的研究有極其重要的意義。
  
隨著太陽(yáng)電池的廣泛應(yīng)用,一些影響電池壽命的不利因素也出現(xiàn)在我們面前。熱斑就是其中之一。
  
熱斑的成因
  
太陽(yáng)電池?zé)岚呤侵柑?yáng)電池組件在陽(yáng)光照射下,由于部分組件受到遮擋無(wú)法工作,使得被遮蓋的部分升溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未被遮蓋部分,致使溫度過(guò)高出現(xiàn)燒壞的暗斑,如圖1所示。熱斑可能導(dǎo)致整個(gè)電池組件損壞,造成損失。因此,需要研究造成熱斑的內(nèi)在原因,從而減小熱斑形成的可能性。太陽(yáng)電池?zé)岚叩男纬芍饕蓛蓚€(gè)內(nèi)在因素構(gòu)成,分別與內(nèi)阻和太陽(yáng)電池自身暗電流大小有關(guān)。
 


  
通常簡(jiǎn)化假定其溫度取決于下列幾個(gè)主要因素:日照強(qiáng)度L、環(huán)境溫度T,以及內(nèi)阻產(chǎn)生的溫升Ti,組件溫度(陣列溫度)T可近似地按下式計(jì)算:



式中:死為L(zhǎng)=0,Ts=0,Ti=0時(shí)陣列的溫度;
  
To、a1、a2為根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按最小二乘法處理后所得的系數(shù),與所使用的太陽(yáng)電池的類(lèi)型、安裝地點(diǎn)、支架形式等因素都有關(guān)系。
  
由式(1)可見(jiàn),當(dāng)光伏陣列中太陽(yáng)電池被云、樹(shù)葉或其它物體遮擋時(shí),由于光照的變化,其溫度將明顯不同于陣列中那些未被遮擋的部分。同樣,當(dāng)光伏電池處于開(kāi)路、短路或典型負(fù)載等不同工作狀態(tài)時(shí),由于流過(guò)的電流和內(nèi)阻均有變化,其溫度亦有所不同。當(dāng)太陽(yáng)電池組件中部分電池?fù)p壞時(shí),其溫度差異將更加明顯。

熱斑與暗電流的關(guān)系
  
由于一個(gè)太陽(yáng)電池組件一般包含36或72塊太陽(yáng)電池硅片,不同的硅片的暗電流是不一樣的,由圖2所示太陽(yáng)電池簡(jiǎn)略示意圖可分析如下。


  [page]
在短路情況下,當(dāng)太陽(yáng)電池組件其中某個(gè)硅片被遮擋時(shí),它就不再正常工作,發(fā)揮太陽(yáng)電池的作用,而是相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)阻,此時(shí)由其他太陽(yáng)電池組件進(jìn)行供電,由


可知,此硅片生熱主要取決于電流I的大小,而

式中:I為逆電流;
  Id為暗電流;
  Ish為流過(guò)并聯(lián)電阻的電流)對(duì)于不同的太陽(yáng)電池硅片來(lái)說(shuō),每一塊太陽(yáng)電池硅片的暗電流是不一樣的。
  
因此由式(2)我們可以得出結(jié)論,逆電流較大的太陽(yáng)電池硅片,在外界環(huán)境相同的條件下,其產(chǎn)生熱斑的可能性較大。
  
實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果
  
為了驗(yàn)證遮擋造成的溫度變化,我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行了測(cè)試來(lái)加以驗(yàn)證。如圖3(a)~圖3(g)所示,是在實(shí)驗(yàn)室模擬陽(yáng)光照射,對(duì)一塊多晶硅太陽(yáng)電池組件隨機(jī)挑選7塊硅片遮蓋所作的升溫實(shí)驗(yàn)曲線圖表,用Origin7.0軟件進(jìn)行的擬合:
  
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所列,在實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試條件為AM1.5,1000W/m2,25℃。
  
從上面分析的圖形中分別選出斜率最大和最小的兩組數(shù)據(jù):即圖3(e)與圖3(a)兩組,測(cè)量開(kāi)路電壓、短路電流、對(duì)比逆電流進(jìn)行比較,逆電流大的太陽(yáng)電池硅片產(chǎn)生熱斑的可能性較大,符合理論分析。

多晶硅太陽(yáng)電池用作地面上的電源時(shí),根據(jù)需要將單片電池先進(jìn)行串并聯(lián)組合,然后密封在透明外殼中以構(gòu)成太陽(yáng)能組件。外殼通常用強(qiáng)化玻璃和透明的耐水性樹(shù)脂構(gòu)成。多晶硅太陽(yáng)電池在構(gòu)成組件后,已裝有旁路二極管用以消除熱斑。
  
對(duì)于暗電流的分析,由于在此實(shí)驗(yàn)不易單獨(dú)區(qū)分出暗電流與逆電流。但二者所反映的函數(shù)特征是一致的。因?yàn)槟骐娏髟诂F(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中較暗電流容易測(cè)出,故可用逆電流代替暗電流,試驗(yàn)結(jié)果反映曲線的特性也是沒(méi)有改變的。通過(guò)對(duì)7片電池進(jìn)行遮擋,測(cè)量溫度變化率及電池的暗電流,進(jìn)行分析得出結(jié)論逆電流大的電池更易產(chǎn)生熱斑。

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