CN106066916A - 一种光伏组件热斑温度计算方法 - Google Patents

一种光伏组件热斑温度计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106066916A
CN106066916A CN201610391326.0A CN201610391326A CN106066916A CN 106066916 A CN106066916 A CN 106066916A CN 201610391326 A CN201610391326 A CN 201610391326A CN 106066916 A CN106066916 A CN 106066916A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cell piece
blocked
photovoltaic module
hot spot
sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610391326.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106066916B (zh
Inventor
张臻
吴军
贾朋
王磊
宁楚珺
祝曾伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou Campus of Hohai University
Original Assignee
Changzhou Campus of Hohai University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changzhou Campus of Hohai University filed Critical Changzhou Campus of Hohai University
Priority to CN201610391326.0A priority Critical patent/CN106066916B/zh
Publication of CN106066916A publication Critical patent/CN106066916A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106066916B publication Critical patent/CN106066916B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/36—Circuit design at the analogue level
    • G06F30/367—Design verification, e.g. using simulation, simulation program with integrated circuit emphasis [SPICE], direct methods or relaxation methods
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Abstract

本发明公开了一种光伏组件热斑温度计算方法，包括以下步骤：1）使用ANSYS软件模拟出光伏组件；2）输入各材料的导热系数；3）模拟太阳电池中的任意1片电池片被遮挡，表现为均匀产热是引起热斑效应的第一内热源；4）设置边界条件，改变被遮挡比例；5）输入第一内热源的发热功率，计算其发热强度和温度上限值；6）模拟该片被遮挡电池片存在缺陷处，缺陷处是非均匀产热引起热斑效应的第二内热源；7）设置边界条件，改变存在缺陷处的该片被遮挡电池片的被遮挡比例；8）输入第一内热源和第二内热源之和的总发热功率，计算存在缺陷处的该片被遮挡电池片的发热强度和温度上限值。实现快速简便计算光伏组件热斑温度从而降低热斑发生的风险。

Description

一种光伏组件热斑温度计算方法
技术领域
本发明涉及一种温度计算方法，特别是涉及一种光伏组件热斑温度计算方法，属于光伏组件技术领域。
背景技术
随着这几年国内太阳能光伏工业迅速发展，然后，随着光伏系统安装容量的快速增长，光伏系统的运行安全性和可靠性问题逐渐显露。在众多光伏失效模式中，由于各种动态阴影遮挡、局部积尘(雪)以及自动太阳跟踪系统故障等引起的光伏组件表面辐照非均匀分布，进而产生太阳电池高温热斑等问题，成为光伏组件失效的重要原因。非均匀辐照下，较低辐照下的单体太阳电池输出电流变小，使得其两端处于反向偏置，从而产生局部过热现象，这就是热斑现象，这种现象会消耗光伏组件的功率，严重的话甚至可能造成光伏组件的永久失效。
为深入研究光伏热斑可靠性问题，一些研究人员结合非均匀辐照下光伏组件电学模型与传热模型，对太阳电池反偏漏电流不均匀分布引起的组件温升效应进行理论与实验研究。
然而，针对不同太阳电池反偏漏电流分布类型的热斑温升研究尚未系统开展。典型太阳电池缺陷如机械载荷引起的电池微裂纹、低纯材料与电池工艺引起的电池黑片、晶体位错引起的点缺陷等，均可能引起非均匀辐照分布情况下光伏组件的局部高温。因此，提供一种计算光伏组件热斑温度方法，对进一步明晰非均匀辐照分布下光伏组件失效机理非常重要。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种光伏组件热斑温度计算方法，实现快速简便的模拟计算出光伏组件热斑温度从而降低热斑发生的风险，提高光伏组件的可靠性。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种光伏组件热斑温度计算方法，包括以下步骤：
1)使用ANSYS软件模拟出光伏组件，光伏组件包括自上而下叠状分布的玻璃盖板、上层EVA、太阳电池、下层EVA和TPT背板，其中太阳电池由S片电池片组成；
2)输入太阳电池光伏组件各部分材料的导热系数；
3)模拟太阳电池中的任意1片电池片被遮挡，该片被遮挡电池片表现为均匀产热而成为引起热斑效应的第一内热源；
计算第一内热源的消耗功率，即为均匀发热部分消耗功率P1＝Vr×Ish，其中，Vr为被遮挡电池片两端的反向偏置电压，Ish为被遮挡电池片的短路电流；
4)设置边界条件，改变该片被遮挡电池片的被遮挡比例；
5)输入第一内热源的发热功率，计算该被遮挡比例下该片被遮挡电池片的发热强度和温度上限值；
6)模拟该片被遮挡电池片存在缺陷处，该片被遮挡电池片的缺陷处表现为非均匀产热而成为引起热斑效应的第二内热源；
计算第二内热源的消耗功率，即为非均匀发热部分消耗功率P2＝Vr×(Impp2-Ish)，其中，Impp2为(S-1)片电池片与被遮挡电池片串联后的最大功率点电流；
7)设置边界条件，改变存在缺陷处的该片被遮挡电池片的被遮挡比例；
8)输入第一内热源和第二内热源之和的总发热功率，计算该被遮挡比例下存在缺陷处的该片被遮挡电池片的发热强度和温度上限值；
本发明进一步设置为：所述步骤6)中的该片被遮挡电池片的缺陷处，根据缺陷类型包括点缺陷、线缺陷和面缺陷，分为电池片点缺陷、电池片线缺陷和电池片面缺陷。
本发明进一步设置为：所述电池片点缺陷，使用ANSYS软件模拟绘制1mm*1mm正方形作为电池片点缺陷。
本发明进一步设置为：所述电池片线缺陷，使用ANSYS软件模拟绘制1mm*100mm长方形作为电池片线缺陷。
本发明进一步设置为：所述步骤4)和步骤7)中的边界条件均为，包括将光伏组件正面和背面的对流换热系数均设置为10W/m2·℃，设置光伏组件的正面有750W/m2的热流，设置光伏组件的玻璃盖板的发射率为0.95，设置TPT背板的发射率为0.89，设置环境温度为22℃。
本发明进一步设置为：所述步骤3)中的计算第一内热源的消耗功率和所述步骤6)中的计算第二内热源的消耗功率均使用PVsyst软件。
本发明进一步设置为：所述步骤5)中的第一内热源的发热功率为PVsyst中模拟的数值，所述步骤8)中的第一内热源和第二内热源之和的总发热功率为PVsyst中模拟的数值。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
(1)利用ANSYS软件模拟绘制与计算，可以快速简便的模拟出太阳能电池组件可能产生的热斑的温度，节省时间，结果可靠。
(2)通过光伏组件热斑计算方法可以降低热斑发生的风险，从而提高光伏组件的可靠性。
上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为本发明模拟的光伏组件的结构示意图；
图2为本发明的光伏组件中1片电池片被遮挡的电池IV特性图；
图3为本发明的存在点缺陷的电池片示意图；
图4为本发明的存在线缺陷的电池片示意图；
图5为本发明的存在面缺陷的电池片示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
本发明提供一种光伏组件热斑温度计算方法，包括以下步骤：
1)使用ANSYS软件模拟出光伏组件，如图1所示，光伏组件包括自上而下叠状分布的玻璃盖板、上层EVA、太阳电池、下层EVA和TPT背板，其中太阳电池由S片电池片组成。
2)输入太阳电池光伏组件各部分材料的导热系数，其中，ANSYS软件模拟所采用的太阳电池组件主要材料的导热系数如下表1所示。
表1
3)模拟太阳电池中的任意1片电池片被遮挡，该片被遮挡电池片表现为均匀产热而成为引起热斑效应的第一内热源；
使用PVsyst软件计算第一内热源的消耗功率，即为均匀发热部分消耗功率P1＝Vr×Ish，其中，Vr为被遮挡电池片两端的反向偏置电压，Ish为被遮挡电池片的短路电流；
4)设置边界条件，改变该片被遮挡电池片的被遮挡比例；
5)输入第一内热源的发热功率(PVsyst中模拟的数值)，计算该被遮挡比例下该片被遮挡电池片的发热强度和温度上限值；
6)模拟该片被遮挡电池片存在缺陷处，该片被遮挡电池片的缺陷处表现为非均匀产热而成为引起热斑效应的第二内热源；
使用PVsyst软件计算第二内热源的消耗功率，即为非均匀发热部分消耗功率P2＝Vr×(Impp2-Ish)，其中，Impp2为(S-1)片电池片与被遮挡电池片串联后的最大功率点电流；
7)设置边界条件，改变存在缺陷处的该片被遮挡电池片的被遮挡比例；
8)输入第一内热源和第二内热源之和的总发热功率(PVsyst中模拟的数值)，计算该被遮挡比例下存在缺陷处的该片被遮挡电池片的发热强度和温度上限值。
在本发明模拟的S片电池片组成的电池串中，其中1片电池片被遮挡的电池I-V(电流-电压)特性图如图2所示，其中均匀产热部分是由于电池片本身的电阻引起的(图2中斜纹阴影部分)，另一部分非均匀产热的则是由于电池片本身的缺陷造成的，例如隐裂等会在缺陷处产生非均匀反偏漏电流，因而消耗功率(图2中深色阴影部分)。
可使用PVsyst软件先把两个内热源的消耗功率计算出来，然后再带入ANSYS软件来计算。TSM-250P05Aof Trina Solar的光伏组件在短路的单块电池片被遮挡时产生的各部分热如下表2所示。
表2
步骤4)和步骤7)中的边界条件均为，包括将光伏组件正面和背面的对流换热系数均设置为10W/m2·℃，设置光伏组件的正面有750W/m2的热流，设置光伏组件的玻璃盖板的发射率为0.95，设置TPT背板的发射率为0.89，设置环境温度为22℃。
步骤6)中的该片被遮挡电池片的缺陷处，根据缺陷类型包括点缺陷、线缺陷和面缺陷，分为电池片点缺陷、电池片线缺陷和电池片面缺陷，分别如图3、图4和图5所示。
针对电池片面缺陷，因为缺陷呈现面分布，所以缺陷的发热效率是均匀分布的，而且缺陷部分的热效率比较小，此时仅计算被遮挡电池片的均匀发热即可；计算单片电池片不同被遮挡比例下，该片被遮挡电池片的发热强度和温度上限值，如下表3所示。
表3
针对电池片点缺陷，使用ANSYS软件模拟绘制1mm*1mm正方形作为电池片点缺陷，其他部分的设置和均匀发热的模型一样，计算单片电池片不同被遮挡比例下，存在点缺陷的该片被遮挡电池片的发热强度和温度上限值，如下表4所示。
表4
针对电池片线缺陷，使用ANSYS软件模拟绘制1mm*100mm长方形作为电池片线缺陷，其他部分的设置和均匀发热的模型一样，计算单片电池片不同被遮挡比例下，存在线缺陷的该片被遮挡电池片的发热强度和温度上限值，如下表5所示。
表5
分析上述表中数据可得，当单片电池片被遮挡时，电池片有缺陷的地方是温度最高的地方，即使在有缺陷的地方发热的效率非常小，但是因为一般电池片的有缺陷部分大小也非常小，所以即使是很小的热也会让电池片的局部温度非常高。而且不同遮挡情况下，电池片的最大温度点是影响组件可靠性的关键因素。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)使用ANSYS软件模拟出光伏组件，光伏组件包括自上而下叠状分布的玻璃盖板、上层EVA、太阳电池、下层EVA和TPT背板，其中太阳电池由S片电池片组成；
2)输入太阳电池光伏组件各部分材料的导热系数；
3)模拟太阳电池中的任意1片电池片被遮挡，该片被遮挡电池片表现为均匀产热而成为引起热斑效应的第一内热源；
计算第一内热源的消耗功率，即为均匀发热部分消耗功率P1＝Vr×Ish，其中，Vr为被遮挡电池片两端的反向偏置电压，Ish为被遮挡电池片的短路电流；
4)设置边界条件，改变该片被遮挡电池片的被遮挡比例；
5)输入第一内热源的发热功率，计算该被遮挡比例下该片被遮挡电池片的发热强度和温度上限值；
6)模拟该片被遮挡电池片存在缺陷处，该片被遮挡电池片的缺陷处表现为非均匀产热而成为引起热斑效应的第二内热源；
计算第二内热源的消耗功率，即为非均匀发热部分消耗功率P2＝Vr×(Impp2-Ish)，其中，Impp2为(S-1)片电池片与被遮挡电池片串联后的最大功率点电流；
7)设置边界条件，改变存在缺陷处的该片被遮挡电池片的被遮挡比例；
8)输入第一内热源和第二内热源之和的总发热功率，计算该被遮挡比例下存在缺陷处的该片被遮挡电池片的发热强度和温度上限值。
2.根据权利要求1所述的一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于：所述步骤6)中的该片被遮挡电池片的缺陷处，根据缺陷类型包括点缺陷、线缺陷和面缺陷，分为电池片点缺陷、电池片线缺陷和电池片面缺陷。
3.根据权利要求2所述的一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于：所述电池片点缺陷，使用ANSYS软件模拟绘制1mm*1mm正方形作为电池片点缺陷。
4.根据权利要求2所述的一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于：所述电池片线缺陷，使用ANSYS软件模拟绘制1mm*100mm长方形作为电池片线缺陷。
5.根据权利要求1所述的一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于：所述步骤4)和步骤7)中的边界条件均为，包括将光伏组件正面和背面的对流换热系数均设置为10W/m2·℃，设置光伏组件的正面有750W/m2的热流，设置光伏组件的玻璃盖板的发射率为0.95，设置TPT背板的发射率为0.89，设置环境温度为22℃。
6.根据权利要求1所述的一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于：所述步骤3)中的计算第一内热源的消耗功率和所述步骤6)中的计算第二内热源的消耗功率均使用PVsyst软件。
7.根据权利要求6所述的一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于：所述步骤5)中的第一内热源的发热功率为PVsyst软件中模拟的数值，所述步骤8)中的第一内热源和第二内热源之和的总发热功率为PVsyst软件中模拟的数值。
CN201610391326.0A 2016-06-03 2016-06-03 一种光伏组件热斑温度计算方法 Active CN106066916B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610391326.0A CN106066916B (zh) 2016-06-03 2016-06-03 一种光伏组件热斑温度计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610391326.0A CN106066916B (zh) 2016-06-03 2016-06-03 一种光伏组件热斑温度计算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106066916A true CN106066916A (zh) 2016-11-02
CN106066916B CN106066916B (zh) 2019-04-05

Family

ID=57420371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610391326.0A Active CN106066916B (zh) 2016-06-03 2016-06-03 一种光伏组件热斑温度计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106066916B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106546626A (zh) * 2016-11-04 2017-03-29 无锡市产品质量监督检验中心 一种求解光伏组件温度系数的电池片温度修正方法
CN107478335A (zh) * 2017-08-08 2017-12-15 河海大学常州校区 一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法
CN108181015A (zh) * 2017-12-27 2018-06-19 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 半片光伏组件热斑温度测试方法
CN108680486A (zh) * 2018-05-02 2018-10-19 河海大学常州校区 一种光伏组件长期耐候性能测试方法
CN109284879A (zh) * 2017-07-19 2019-01-29 阿特斯阳光电力集团有限公司 光伏组件热斑评估方法
CN109375650A (zh) * 2018-10-12 2019-02-22 远景能源（南京）软件技术有限公司 不同屋面情况障碍物阴影遮挡计算方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104467663A (zh) * 2014-11-21 2015-03-25 河海大学常州校区 一种检测光伏热斑损害的太阳电池漏电流的系统及方法
CN104807776A (zh) * 2015-04-21 2015-07-29 苏州晟思奇检测技术服务有限公司 光伏组件红外成像分析的测试方法
CN105633187A (zh) * 2016-01-04 2016-06-01 河海大学常州校区 一种高发电性能光伏组件

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104467663A (zh) * 2014-11-21 2015-03-25 河海大学常州校区 一种检测光伏热斑损害的太阳电池漏电流的系统及方法
CN104807776A (zh) * 2015-04-21 2015-07-29 苏州晟思奇检测技术服务有限公司 光伏组件红外成像分析的测试方法
CN105633187A (zh) * 2016-01-04 2016-06-01 河海大学常州校区 一种高发电性能光伏组件

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
田琦等: ""光伏电池反向模型仿真分析及实验研究"", 《中 国 电 机 工 程 学 报》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106546626A (zh) * 2016-11-04 2017-03-29 无锡市产品质量监督检验中心 一种求解光伏组件温度系数的电池片温度修正方法
CN106546626B (zh) * 2016-11-04 2019-04-09 无锡市产品质量监督检验中心 一种求解光伏组件温度系数的电池片温度修正方法
CN109284879A (zh) * 2017-07-19 2019-01-29 阿特斯阳光电力集团有限公司 光伏组件热斑评估方法
CN109284879B (zh) * 2017-07-19 2022-03-01 阿特斯阳光电力集团股份有限公司 光伏组件热斑评估方法
CN107478335A (zh) * 2017-08-08 2017-12-15 河海大学常州校区 一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法
CN107478335B (zh) * 2017-08-08 2019-11-08 河海大学常州校区 一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法
CN108181015A (zh) * 2017-12-27 2018-06-19 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 半片光伏组件热斑温度测试方法
CN108680486A (zh) * 2018-05-02 2018-10-19 河海大学常州校区 一种光伏组件长期耐候性能测试方法
CN108680486B (zh) * 2018-05-02 2020-09-29 河海大学常州校区 一种光伏组件长期耐候性能测试方法
CN109375650A (zh) * 2018-10-12 2019-02-22 远景能源（南京）软件技术有限公司 不同屋面情况障碍物阴影遮挡计算方法
CN109375650B (zh) * 2018-10-12 2021-07-13 远景能源（南京）软件技术有限公司 不同屋面情况障碍物阴影遮挡计算方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106066916B (zh) 2019-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106066916A (zh) 一种光伏组件热斑温度计算方法
Sellami et al. Optical efficiency study of PV crossed compound parabolic concentrator
Kasaeian et al. Effects of forced convection on the performance of a photovoltaic thermal system: An experimental study
Zimmermann et al. A high-efficiency hybrid high-concentration photovoltaic system
Hedayatizadeh et al. Thermal and electrical assessment of an integrated solar photovoltaic thermal (PV/T) water collector equipped with a compound parabolic concentrator (CPC)
Shan et al. Dynamic performances modeling of a photovoltaic–thermal collector with water heating in buildings
Hussain et al. An improved design of photovoltaic/thermal solar collector
Baig et al. Numerical modelling and experimental validation of a low concentrating photovoltaic system
Luo et al. Comprehensive energy, economic, environmental assessment of a building integrated photovoltaic-thermoelectric system with battery storage for net zero energy building
Kalaiselvan et al. Solar PV active and passive cooling technologies-a review
Shadmehri et al. Numerical simulation of a concentrating photovoltaic-thermal solar system combined with thermoelectric modules by coupling Finite Volume and Monte Carlo Ray-Tracing methods
Liu et al. Design and simulation of a solar chimney PV/T power plant in northwest China
Touafek et al. Modeling and experimental validation of a new hybrid photovoltaic thermal collector
He et al. Analysis and discussion on the impact of non-uniform input heat flux on thermoelectric generator array
CN105787235B (zh) 一种光伏电池仿真模型建立方法及装置
Omer et al. Heat pipes thermoelectric solar collectors for energy applications
Yao et al. Research on the efficiency evaluation of heat pipe PV/T systems and its applicability in different regions of China
Chandan et al. Improved energy conversion of a photovoltaic module‐thermoelectric generator hybrid system with different cooling techniques: Indoor and outdoor performance comparison
Ge et al. Experimental research on the performance of BIPV/T system with water-cooled wall
Chanphavong et al. Enhancement of performance and exergy analysis of a water-cooling solar photovoltaic panel
Demircan et al. Artificial bee colony-based GMPPT for non-homogeneous operating conditions in a bifacial CPVT system
Wen et al. Evaluation of the phase change material in regulating all-day electrical performance in the PV-MCHP-TE system in winter
Fudholi et al. Photovoltaic thermal (PVT) air collector with monofacial and bifacial solar cells: a review
Luo et al. A novel active building envelope with reversed heat flow control through coupled solar photovoltaic-thermoelectric-battery systems
Gao et al. Electrical and thermomechanical evaluation of the bifacial PV-STEG and tandem PV-STEG units under uniform and nonuniform radiation conditions

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant