CN106546626A - 一种求解光伏组件温度系数的电池片温度修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种求解光伏组件温度系数的电池片温度修正方法的数学模型。利用传热学知识，在光伏组件的温度系数试验过程中，由热电偶测得的背板温度以及环境空气温度通过理论数学公式的推导修正得到电池片的温度，提高了组件工作温度测量的精确度，更准确的反映了组件的电性能参数和组件工作温度的关系，使得组件的短路电流I_sc、开路电压V_oc和峰值功率P_m的温度系数的精确度提高，提高了为判定温度对企业所生产的组件输出性能的影响的准确性。

Description

一种求解光伏组件温度系数的电池片温度修正方法

技术领域

本发明涉及一种求解光伏组件温度系数的电池片温度修正方法，属于太阳能光伏可靠性及检测技术领域。

背景技术

在过去的十年里，中国光伏产业得到了快速发展。光伏组件作为光伏系统的重要组成部分，在户外长期的运行过程中受到了多种环境因素的影响，其中以太阳辐照度、温度和湿度三大影响因素最为明显。组件的真实工作温度取决于安装方式、辐照度、风速、环境温度、地面和周围物体的反射辐射与发射辐射。研究表明晶体硅组件每升高1℃，输出功率将减少0.4％～0.5％，特别是组件在夏季高温地区下的发电量受到考量，因此对组件温度特性的研究即组件在不同工作温度下的组件输出性能的变化的研究是非常必要的。目前，光伏界广泛采用测量计算组件的温度系数来衡量温度对组件输出性能的影响。

温度对太阳能电池的影响，主要反映在太阳能电池的开路电压Voc、短路电流Isc、峰值功率Pm等参数随温度的变化而变化。温度系数试验的方法有“降温法”和“升温法”，其中采用“降温法”居多，即，将要试验的组件放在环境温度箱中均匀加热至一定温度(如80℃)并使组件温度稳定后，置于组件测试架上随组件温度的缓慢下降由太阳能模拟器测试组件的I-V性能曲线，得到组件的短路电流Isc、开路电压Voc和峰值功率Pm，且组件的温度范围≥30℃，取15个测试点左右，在试验过程中由热电偶测得缓慢变化的背板温度，最终得到组件电性能参数和温度的关系，计算组件的温度系数。

然而在“降温法”的试验过程中，是由热电偶粘贴在组件背板上来测得背板的温度来代替组件电池片的温度，并不能精确反映组件电池片温度和电性能参数的关系，在“降温法”过程中组件背板的温度和电池片温度是有一定的差异的，这就造成了组件温度系数计算的不确定度。

发明内容

本发明提供了一种在组件温度系数试验过程中由热电偶测得的组件背板温度修正为组件电池片温度的数学模型方法，通过这种方法，在组件的温度系数试验过程中得到较为精确的组件电池片温度，从而提高组件温度系数计算的精度，更能够准确的反映光伏组件的温度特性。

本发明是在“降温法”的组件温度系数试验方法中，利用传热学的知识，通过在试验过程中由热电偶测得的背板温度，采用理论数学公式计算推导得到组件电池片的温度，从而能够得到较高精度的组件真实工作温度，通过修正得到的电池片温度来反映其与组件的电性能参数的关系，提高了组件温度系数计算的精确度，能更好的反映组件的温度特性，衡量了温度对组件性能的影响。

本发明的技术方案如下：

一种求解光伏组件温度系数的电池片温度修正方法，包括如下步骤：

根据光伏组件的IEC测试标准，在I-V性能测试过程中，室内为25℃恒温且无风，即环境温度t_a＝25℃，在自然对流过程中，由热电偶测得光伏组件背板温度得到定性温度t_m：

其中t_t为热电偶测得的温度；

根据定性温度t_m查得空气的物性参数，由空气的物性参数表选取：

λ＝0.0276W/(m·k)，v＝1.696×10^-5m²/s，P_r＝0.699

其中，λ为导热率，v为运动粘度，P_r为普朗克数；

计算格拉晓夫数G_r：

其中，体胀系数β＝1/t_m，g为重力加速度，L表示光伏组件在测试时竖直放置的高度，得到背板和空气的自然对流换热系数h：

其中系数C和指数n由G_r数确定，得到背板与空气的换热密度为：

q＝h(t_t-t_a) (4)

根据能量守恒定律，电池片和背板材料之间的热传导量＝背板和环境空气的对流换热量，所以有：

其中，δ_e、δ_t分别表示密封剂和背板的导热系数，λ_e、λ_t为密封剂和背板的厚度，

所以有修正后的电池片温度t_c：

通过上述方法，在温度系数的试验过程中，只需输入每次热电偶测得的背板温度t_t就能得到修正后的组件电池片温度。

本发明所达到的有益效果：

1、给出了光伏组件在“降温法”的温度系数试验中组件的传热模型图，为组件的传热分析提供了基础条件；

2、在测试计算组件的温度系数时，无法直接测得组件电池片的温度，一般采用热电偶测得组件背板的温度来代替组件电池片的温度，这就造成了温度测量的不确定度，通过本发明方法的理论计算公式的推导可得到较为准确的电池片温度，提高了测量组件温度的精度；

3、用背板的温度代替组件电池片的温度来得到组件的温度系数，导致了所得到的温度系数是存在一定的偏差的，本发明的模型方法将背板的温度修正后得到组件电池片的温度可提高测量及计算组件温度系数的精度，更能够精确的反映组件的温度特性。提高了判定温度对组件输出性能影响的精度。

附图说明

图1是普通晶体硅组件的结构示意图；

图2为本发明方法的传热模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示为普通晶体硅组件的结构示意图，在组件的传热模型中，以普通晶体硅组件为例，组件的结构主要包括：玻璃、密封剂(EVA)、电池片和TPT背板。在传统的晶体硅组件中，取玻璃的导热系数δ_g＝1.04W/m·k，厚度λ_g＝3.2mm；背板的导热系数δ_t＝0.14W/m·k，厚度λ_t＝0.3mm；EVA的导热系数δ_e＝1.7W/m·k，厚度为λ_e＝0.5mm。所以得到玻璃、背板和EVA的热阻分别为

所以有电池片到背板的热传递呈梯度下降。根据传热学知识，组件各层材料之间主要发生热传导，温度系数的I-V曲线测试环境为封闭室内基本无空气流动，可将背板和环境空气的换热视为自然对流换热，由能量守恒定律，电池片和背板材料之间的热传导量＝背板和环境空气的对流换热量。

如图2所示为组件传热模型的示意图，其中t_c为电池片温度，t₁为EVA和背板层间的温度，t_t为热电偶测得的温度，t_a为环境温度。

根据组件的IEC测试标准，在I-V性能测试过程中，室内为25℃恒温且无风，即t_a＝25℃。在自然对流过程中，由热电偶测得背板温度可得到定性温度t_m：

根据定性温度t_m可查得空气的物性参数，在试验过程中要求背板的温度变化范围要求≥30℃即可，因此t_m值的变化范围在20℃以内，由空气的物性参数表可选取：

λ＝0.0276W/(m·k)，v＝1.696×10^-5m²/s，P_r＝0.699

其中，λ为导热率，v为运动粘度，P_r为普朗克数；

计算格拉晓夫数G_r：

其中，体胀系数β＝1/t_m，g为重力加速度，L表示组件在测试时竖直放置的高度。得到背板和空气的自然对流换热系数h：

其中系数C和指数n可由G_r数确定，参数的选取可由下表1选取：

Gr数	C	n
			1.43×104～3×109	0.59	1/4
3×109～2×1010	0.0292	0.39
			＞2×1010	0.11	1/3

表1

所以可得到背板与空气的换热密度为：

q＝h(t_t-t_a) (4)

根据能量守恒定律，电池片和背板材料之间的热传导量＝背板和环境空气的对流换热量，所以有：

其中，δ_e、δ_t分别表示密封剂和背板的导热系数，λ_e、λ_t为密封剂和背板的厚度，

所以有修正后的电池片温度t_c：

通过上述方法，在温度系数的试验过程中，只需输入每次热电偶测得的背板温度t_t就可以得到修正后的组件电池片温度。

光伏组件温度系数反映了光伏组件的电性能参数包括Isc、Voc和Pm与组件工作温度之间的关系，而一般现在计算组件温度系数所采用的组件工作温度是组件背板温度，并不能准确反映组件的工作温度，而由背板温度修正得到的电池片温度更能准确的反应组件工作温度，提高了组件温度系数的计算的精度，更加准确的反映组件的温度特性。

以上的模型方法是以普通晶体硅组件为例，通过改变其中的条件参数可适用于其它类型的光伏组件。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种求解光伏组件温度系数的电池片温度修正方法，其特征在于包括如下步骤：

根据光伏组件的IEC测试标准，在I-V性能测试过程中，室内为25℃恒温且无风，即环境温度t_a＝25℃，在自然对流过程中，由热电偶测得光伏组件背板温度得到定性温度t_m：

$t_m=\frac{1}{2}(t_t+t_a)---\left(1\right)$

其中t_t为热电偶测得的温度；

根据定性温度t_m查得空气的物性参数，由空气的物性参数表选取：

λ＝0.0276W/(m·k)，v＝1.696×10^-5m²/s，P_r＝0.699

其中，λ为导热率，v为运动粘度，P_r为普朗克数；

计算格拉晓夫数G_r：

$G_r=\frac{\mathrm{\β}g(t_t-t_a)L^3}{v^2}=\frac{g(t_t-t_a)L^3}{t_m\·v^2}---\left(2\right)$

其中，体胀系数β＝1/t_m，g为重力加速度，L表示光伏组件在测试时竖直放置的高度，得到背板和空气的自然对流换热系数h：

$h=C\·\frac{\mathrm{\λ}}{L}{(G_r\·P_r)}^n---\left(3\right)$

其中系数C和指数n由G_r数确定，得到背板与空气的换热密度为：

q＝h(t_t-t_a) (4)

根据能量守恒定律，电池片和背板材料之间的热传导量＝背板和环境空气的对流换热量，所以有：

$q=h(t_t-t_a)=\frac{t_c-t_t}{\frac{{\mathrm{\δ}}_e}{{\mathrm{\λ}}_e}+\frac{{\mathrm{\δ}}_t}{{\mathrm{\λ}}_t}}---\left(5\right)$

其中，δ_e、δ_t分别表示密封剂和背板的导热系数，λ_e、λ_t为密封剂和背板的厚度，

所以有修正后的电池片温度t_c：

$t_c=h(t_t-t_a)(\frac{{\mathrm{\δ}}_e}{{\mathrm{\λ}}_e}+\frac{{\mathrm{\δ}}_t}{{\mathrm{\λ}}_t})+t_t---\left(6\right)$

通过上述方法，在温度系数的试验过程中，只需输入每次热电偶测得的背板温度t_t就能得到修正后的组件电池片温度。