【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電 點(diǎn)”是等效的池試圖以高于“壞”電池所能承載的電流導(dǎo)通“壞”電池，即使在短路的情況下同樣如此） 對(duì)于熱點(diǎn)問題和失諧電池，一個(gè)解決辦法是在原電路基礎(chǔ)上加裝旁路二極管（《澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)》 ，2022） 。通常情況下，例如光線不被遮擋時(shí)，每個(gè)二極管處于反偏壓，每個(gè)電池都在產(chǎn)生電能。當(dāng)一個(gè)電池被遮擋時(shí)會(huì)停止產(chǎn)生電能，成為一個(gè)高阻值電阻，同時(shí)其他電池促使其反偏壓，導(dǎo)致連接電池兩端的二極管導(dǎo)通，原本流過被遮擋的電池的電流被二極管分流。有旁路二極管和故障電池的電路如圖 512 所示。具有故障電池的電池陣列的輸出出現(xiàn)見圖 513. 實(shí)際上，將每個(gè)電池配備一個(gè)旁路二極管會(huì)過于昂貴，所以二極管通常會(huì)連接于一組電池的兩端。被遮擋的家電池的最大功率消耗大約等于該電池所在電池組的總發(fā)電能力。 對(duì)于硅太陽能電池，在不引起損壞的情況下，一個(gè)旁路二極管最多連接10~15 個(gè)電池。因此對(duì)于通常情況的 36 電池組件，至少需要 3 個(gè)旁路二極管以保證不被熱點(diǎn)損壞。 不是所有的商業(yè)組件都具有旁路二極管。如果它們沒有配備，要保證組件不會(huì)被長(zhǎng)時(shí)間短接，并且那部分組件不會(huì)被周邊建筑物或臨近的電池陣列所遮擋。在每個(gè)太陽能電池內(nèi)部集成一枚二極管的方案也是可行的。它是確保各個(gè)電池都不被損壞的一個(gè)低成本方法（Green，1980） 。 對(duì)于并聯(lián)組件，另外的問題是當(dāng)使用旁路二極管是會(huì)發(fā)生熱失控——一串電池的旁路二極管比其余的熱，承載了很大一部分電流，因此導(dǎo)致更熱。因此應(yīng)當(dāng)選用能夠承受組件合并所產(chǎn)生的并聯(lián)電流的二極管。 《澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)》 （2022）表明了非嵌入式二極管的規(guī)范。合格的二極管應(yīng)當(dāng)能夠承受受其保護(hù)組件的 2 倍的開路電壓或者 倍的短路電流的工作條件。 一些組件包含阻塞二極管，保證電流只會(huì)從組件里流出。例如，它可以防止夜間時(shí)蓄電池對(duì)太陽能電池放電。 因?yàn)樽枞O管會(huì)消耗一部分收集的電能，所以不是所有電池串都具有（Albers，2022 ） 。當(dāng)使用阻塞二極管時(shí)，與旁路二極管像是，應(yīng)當(dāng)可以承受其所保護(hù)組件 2 倍開路電壓或者 倍短路電路的情況（《澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)》 ，2022） 。 抗候性 組件必須能夠經(jīng)受像灰塵、鹽、沙子、風(fēng)雪、潮濕、雨、冰雹、鳥、濕氣的冷凝和蒸發(fā)、大氣氣體污染物、每日和季節(jié)溫度的變化，以及能在長(zhǎng)時(shí)間紫外光照射下保持性能（繼 Treble，1980；King 等，2022；BV ，2022） 。 頂部蓋板必須具有并且保持對(duì)于 350~1200nm 波段太陽的良好的透過率。它必須具有好的抗沖擊性能，具有堅(jiān)硬、光滑、平坦、耐磨，以及能利用風(fēng)、雨或噴灑的水進(jìn)行自我清潔的抗污表面。整個(gè)結(jié)構(gòu)必須沒有能使水、灰塵或其他物質(zhì)存留的突出物體。 大部分時(shí)間濕氣的滲入是組件失效的原因。水蒸氣在電池板或者電路上的冷凝會(huì)導(dǎo)致電路或者腐蝕。因此密封組件必須對(duì)氣體、蒸汽或者液體有很強(qiáng)的抵御性。最易受侵入的地方是電池和封裝材料之間的界面，以及所有不同材料相接觸的界面。用于黏結(jié)的材料必須精心選擇以保證能在極限環(huán)境下保持附著。通常封裝材料是乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA） 、持氟綸（ Teflon）和鑄件樹脂。EVA 被普遍應(yīng)用以標(biāo)準(zhǔn)組件，通常在真空室中處理，也應(yīng)用于真空室中。Teflon 用于小型特殊組件上，它的前面不再需要覆蓋玻璃。樹脂封裝有時(shí)被用在建筑一體化的大型組件上。 回火過的低鐵含量卷制玻璃是當(dāng)前作為頂層表面的最佳選擇，因?yàn)樗鄬?duì)便宜、堅(jiān)固、穩(wěn)定、具有高透光率、密封性和良好的自清潔能力?；鼗鹗共Ａ軌虻钟鶡釕?yīng)力。低鐵玻璃可以讓透光率達(dá)到 91%。一個(gè)最新的進(jìn)展是具有抗反射涂層玻璃的成功研制，利用腐蝕處理過浸漬涂布，從而達(dá)到了高達(dá) 96%的透光率。Tedlar、Mylar 或玻璃一般被用于組件的背面以防止?jié)駳馇秩?。但是所有聚合物在一定程度上都具有可浸透性。典型的組建短期性能損失是由于城市和鄉(xiāng)村環(huán)境中灰塵的堆積和污染。 溫度因素 對(duì)于晶體硅材料，尤其 需要組件盡可能在較低的溫度運(yùn)行，這是因?yàn)椋? 在低溫下電池的輸出會(huì)增加；? 熱循環(huán)和熱應(yīng)力將會(huì)減少；? 溫度每升高 10℃，降格速率會(huì)增長(zhǎng)大約 1 倍。 為了減少組件的降格速率，最好能夠排除紅外輻射，因?yàn)榧t外線的波長(zhǎng)太長(zhǎng)而不能被電池很好的吸收；然而還沒有十分經(jīng)濟(jì)合理的方法可以解決這個(gè)問題。組件和太陽能電池陣列要很好地利用輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流等經(jīng)濟(jì)等機(jī)制進(jìn)行冷卻，并最小化對(duì)無用輻射的吸收。通常情況下，在組件的熱量散失中，對(duì)流和輻射各占一半。對(duì)于不同的封裝類型，具有截然不同的熱特性，制造者利用這點(diǎn)制作出不同的產(chǎn)品來滿足不同的市場(chǎng)需求。一個(gè)典型制造商可能提供以下一些特性不同的組件：? 海洋組件；? 注塑成型組件；? 袖珍型組件；? 層壓式組件；? 光伏屋頂瓦片；? 建筑一體化薄膜板。 當(dāng)溫度升高到環(huán)境溫度以上時(shí)組件類型的選擇。組件溫度與環(huán)境之差與照射強(qiáng)度的增加大約成線性關(guān)系。 額定電池工作溫度（NOCT）的定義為，當(dāng)組件中電流處于開路狀態(tài)，并在以下具有代表性的情況時(shí)所達(dá)到的溫度：? 電池表面光照強(qiáng)度=800W/m 2；? 空氣溫度=20℃；? 風(fēng)速=1m/s ；? 支架結(jié)構(gòu)=后背面打開。 比較典型的組件運(yùn)行在 48℃。用來估算電池溫度的近似表達(dá)式為（Rossamp。Smokler，1986） (℃) (12)SNOCTTaircel ????802式中 Tcell 是電池溫度，T air 是空氣溫度或環(huán)境溫度。S 是光照強(qiáng)度，用 W/m2 來表示。當(dāng)風(fēng)速很大時(shí)，組件的溫度將會(huì)比這個(gè)值低，但是在靜態(tài)情況之下溫度會(huì)較高。對(duì)于建筑一體化組件，溫度效應(yīng)尤其應(yīng)該值得重視。必須確保使盡可能多的空氣流經(jīng)組件的背面，以防止溫度過高。電池包裝密度（既有效電池面積的比值）同樣對(duì)操作溫度有影響，包裝密度較低的電池具有較低的 NOCT，例如：? 50%的電池包裝密度→41℃（NOCT） ；? 100%的電池包裝密度 →48℃（NOCT） 。 圖 520 示意了圓形和正方形電池的相對(duì)包裝密度。 具有白色背面并在組件中稀疏排列的電池，通過“零深度聚光效應(yīng)” ，同樣可以使輸出少量地增加（SERL，1984） ，部分光線照射到電池的電極部分以及電池之間的組件區(qū)域，這些光被散射后最終照射到組件的有效區(qū)域。熱膨脹是另一個(gè)設(shè)計(jì)組件時(shí)必須考慮到的溫度效應(yīng)。電池隨溫度升高所發(fā)生的熱膨脹。電池之間的空間可以增加一定量 δ，公式如下： (13)??TDaCcg????其中 ag、a c分別表示玻璃和電池的膨脹系數(shù)，Ｃ是相鄰電池間中心之間的距離，Ｄ是表示電池的長(zhǎng)度。通常情況下，電池與電池之間采取環(huán)形互聯(lián)，是為了減少循環(huán)應(yīng)力。雙重互聯(lián)是為了降低在這樣的應(yīng)力下而自然疲勞失效的概率。除了相互連接的應(yīng)力，所有的組件界面會(huì)受到溫度相關(guān)的循環(huán)應(yīng)力，甚至最終導(dǎo)致脫層。 電絕緣封裝系統(tǒng)應(yīng)該至少能夠承受系統(tǒng)電壓。除了在特殊指定環(huán)境，金屬框架必須接地，因?yàn)閮?nèi)部的和終端的電勢(shì)會(huì)遠(yuǎn)高于大地的電勢(shì)（《澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)》 ，2022） 。 《澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)》 （2022）說明了需安裝接地泄露安全裝置的情況：（1）陣列 Voc50V——無需安裝。（2）50VV oc120V——如果系統(tǒng)是接地并絕緣的，那么在鎮(zhèn)流端需要安裝接地故障保護(hù)，或者非絕緣情況下在交流端安裝直流敏感剩余電流裝置。（3）陣列 Voc120V——除了上述措施外，需要為浮置的、絕緣的陣列安裝一個(gè)絕緣監(jiān)視器。 機(jī)械保護(hù) 太陽能組件必須具有足夠的強(qiáng)度和剛性，以便在安裝前和安裝時(shí)能夠正常地搬用。如果玻璃被用于最外表面，必須已經(jīng)經(jīng)過退火處理。因?yàn)榻M件的中心區(qū)域比框架附近區(qū)域的溫度高，由此而產(chǎn)生的框架邊緣的張力會(huì)導(dǎo)致裂縫。在太陽能陣列中，組件必須能夠承受支架結(jié)構(gòu)中一定程度的扭曲，以及抵抗風(fēng)所引起的振動(dòng)和大風(fēng)、雪、冰造成的載荷（IEC，1993 ） 。 對(duì)這種機(jī)械損傷最敏感的點(diǎn)位于組件的角、邊緣、電池的邊緣以及所有的襯地支架。 降格與失效 組件的操作壽命主要是由于封裝的耐久性決定的（Czandernaamp。Pern，1996） 。雖然光致退化能夠引起硼摻雜硅電池的降格（Schmidtamp。Cuevas，1999） 。實(shí)際應(yīng)用表明，在 20~30 年預(yù)期壽命之后，太陽能組件就會(huì)以不同的形式降格或者失效。長(zhǎng)期的性能研究表明，典型的想能損傷耗范圍每年在 1%~2%之間（King等，2022） 。Ross(1980)給出了在每年運(yùn)行時(shí)由各種降格所引起的預(yù)期輸出減少量：（1）前表面污損——隨著前表面灰塵的積累會(huì)降低組件的性能。組件的玻璃表面通過風(fēng)雨的洗刷實(shí)現(xiàn)自我清潔，而將這些損傷保持在 10%以下；然而對(duì)于其他材料的表面而言這個(gè)損失的百分比可能更高。（2）電池的降格——組件中逐漸的降格主要是有以下因素引起的：? 由于金屬接觸附著力的降低或者腐蝕引起 Rn 變大；? 由于金屬遷移透過 PN 結(jié)導(dǎo)致 Rah 減?。? 抗反射涂層的老化；? 電池中活躍的 P 型材料硼形成硼氧化合物而造成衰減（Schmidtamp。Cuevas，1999） 。（3）組件的光化學(xué)老化——封裝材料的變色可導(dǎo)致性能逐漸下降（Czandernaamp。Pern，1996 ） 。暴露于紫外線、溫度或濕氣會(huì)造成通體變黃現(xiàn)象。（4）電池短路——短路容易在電池互聯(lián)的地方出現(xiàn)。對(duì)薄膜電池這是個(gè)比較常見