CN107478335A - 一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，具体为，选择微缺陷电池片，并将其分为点缺陷、线缺陷、面缺陷分别组装在组件中；将微缺陷电池片进行不同比例的遮挡，产生热斑效应；计算微缺陷电池片的温度。本发明可以快速对光伏组件热斑温度进行计算与预测，节省时间，有助于对组件的及时维护与检修，最终提高经济收益。
Description
技术领域
本发明涉及一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，属于光伏组件技术领域。
背景技术
随着光伏电站的不断发展和创新，国内外对光伏的发展都受到了许多的关注包括光伏公司以及科研工作者。光伏组件是利用太阳能发电，所以大多是在户外进行工作，户外的条件较为严酷，一方面比如鸟屎，树叶的遮挡，这些遮挡会造成组件的局部失效现象，最突出的表现就是热斑现象，该效应导致组件的温度上升，若不及时处理将会烧坏组件，造成严重的后果。另一方面，组件在户外的使用过程中，由于外力等因素的作用，会使得组件产生一些缺陷，比如裂纹等。缺陷的产生会导致组件中电池片的性能不匹配，进而使得电池片在户外工作时产生反偏电压，消耗功率，产生热斑效应。
目前根据标准IEC61215的定义，目前许多研究者在光伏热斑效应方面研究了组件中的电池片参数之间的不匹配和阴影遮挡，并未对两者的共同作用对热斑的影响进行相关的研究。因此，提供一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，对进一步分析缺陷电池片和遮挡对光伏组件热斑失效机理非常重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，实现利用模型对微缺陷光伏组件热斑温度的计算，提高光伏组件的可靠性，增加组件户外寿命，减少相应的成本。
为解决上述技术问题，本发明提供一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，包括以下步骤：
1)选择缺陷类型为点缺陷、线缺陷、面缺陷的微缺陷电池片各一片，然后分别组装在组件中，一个组件中包含一种缺陷类型；
2)将每个组件中的微缺陷电池片进行不同比例的遮挡，产生热斑效应；
3)计算产生热斑效应的微缺陷电池片的温度；
前述的点缺陷、线缺陷、面缺陷的判定方法为：在被测电池片两端施加12V反偏电压，采用红外热像仪进行温度测量，观测太阳电池表面沿着发热源形成的温度场，温度场场集中发热为一个点为点缺陷；温度场场集中发热为一条线为线缺陷；温度场场集中发热为面为面缺陷。
前述的步骤2)中，遮挡比例选取为20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％。
前述的步骤3)中，微缺陷电池片的温度的计算式为：
其中，T热斑为产生热斑效应的微缺陷电池片的温度，Ta为环境温度，Irad为辐射，K、K1、K2均为常数系数，P1为遮挡产生的功率，A1为微缺陷电池片被遮挡的面积，P2为缺陷产生的功率，A2为缺陷的面积。
前述的遮挡产生的功率P1的计算式为：
P1＝Vr*Ish (2)
其中，Vr为微缺陷电池片两端反偏电压，Ish为微缺陷电池片的光生电流；
所述缺陷产生的功率P2的计算式为：
P2＝Vr*Ire (3)
其中，Ire为微缺陷电池片的反偏漏电流。
前述的常数系数K的取值为0.035。
前述的在进行温度计算前，采用红外热像仪对组件温度进行拍摄，结合实际温度，通过大量的测试数据，拟合出常数系数K1和K2，再对产生热斑效应的微缺陷电池片温度进行计算。
本发明所达到的有益效果：
(1)利用所提出的模型可以快速对光伏组件热斑温度进行计算与预测，节省时间，有助于对组件的及时维护与检修，最终提高经济收益。
(2)利用模型所提出的计算方法可以减少组件发生热斑的概率，避免高温影响系统的发电量，提高组件户外的可靠性。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2是点缺陷电池片EL图像；
图3是线缺陷电池片EL图像；
图4是面缺陷电池片EL图像；
图5为点缺陷电池片计算温度与试验测试值对比图；
图6为线缺陷电池片计算温度与试验测试值对比图；
图7为面缺陷电池片计算温度与试验测试值对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式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。
本发明的微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，如图1所示，具体如下：
1)选择点缺陷、线缺陷、面缺陷电池片各一片，然后分别组装在组件中，一个组件中包含一种缺陷类型，组件中其余为正常电池片。点、线、面缺陷电池片的EL图像分别如图2、3、4所示；在被测电池片两端施加12V反偏电压，采用红外热像仪进行温度测量，观测太阳电池表面沿着发热源形成的温度场，提出面、线、点漏电流三种分布方式的热源能量密度分布假设。点缺陷：温度场场集中发热为一个点；线缺陷：温度场场集中发热为一条线；面缺陷：温度场场集中发热为面。EL图像中，缺陷出位置表现为发黑。
2)将微缺陷电池片进行不同比例的遮挡，遮挡比例为20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％，热斑效应产生；
3)计算产生热斑效应的微缺陷电池片的温度，计算式如下：
其中，T热斑为产生热斑效应的微缺陷电池片的温度；Ta为环境温度；Irad为辐射，其值通过测量可知；K、K1、K2分别为常数系数；P1为遮挡产生的功率；A1为微缺陷电池片被遮挡的面积；P2为缺陷产生的功率；A2为缺陷的面积。
公式(1)中，各参数量的计算如下：
P1＝Vr*Ish (2)
其中，Vr为该缺陷电池片两端反偏电压，Ish为该微缺陷电池片的光生电流，为可测值。
P2＝Vr*Ire (3)
其中，Vr为该缺陷电池片两端反偏电压，Ire为该微缺陷电池片的反偏漏电流，为可测值。
具体分别对点缺陷、线缺陷、面缺陷电池片进行相关计算说明：
(3-1)点缺陷电池片
依据图2，假设点缺陷的面积A2＝1*1mm，表1是实验时点缺陷电池片的相关数据：
表1点缺陷电池片相关数据
根据相关数值，我们可以计算出K1和K2，相关结果如表2所示：
表2点缺陷电池片计算结果
K采用文献中给的数值，文献中K取值范围为：0.028～0.035，这里取0.035。
利用软件Excel进行拟合，得出K1和K2的值。
从表2中可以得出，K＝0.035，K1＝0.0018，K2＝0.00014；
将表2的计算结果带入公式(1)中，即可得出不同遮挡面积下的产生热斑效应的点缺陷电池片的温度，将计算值与试验测试值对比如图5所示。
(3-2)线缺陷电池片
依据图3，假设线缺陷电池片的面积A2＝1*80mm，表3是实验时线缺陷电池片的相关数据：
表3线缺陷电池片相关数据
根据相关数值，我们可以计算出K1和K2，相关结果如表4所示：
表4线缺陷电池片计算结果
K采用文献中给的数值，文献中K取值范围为：0.028～0.035，这里取0.035。
利用软件Excel进行拟合，得出K1和K2的值。
从表4中可以得出K＝0.035，K1＝0.025，K2＝0.001；
将表4的计算结果带入公式(1)中，即可得出不同遮挡面积下的产生热斑效应的线缺陷电池片的温度，将计算值与试验测试值对比如图6所示。
(3-3)面缺陷电池片
依据图4，假设面缺陷电池片的面积A2＝5*5mm，表5是实验时面缺陷电池片的相关数据：
表5面缺陷电池片相关数据
根据相关数值，我们可以计算出K1和K2，相关结果如表6所示：
表6线缺陷电池片计算结果
K采用文献中给的数值，文献中K取值范围为：0.028～0.035，这里取0.035。
利用软件Excel进行拟合，得出K1和K2的值。
从表6中可以得出K＝0.035，K1＝0.018，K2＝0.00098；
将表6的计算结果带入公式(1)中，即可得出不同遮挡面积下的产生热斑效应的面缺陷电池片的温度，将计算值与试验测试值对比如图7所示。
本发明中，在进行温度计算前，采用红外热像仪对组件温度进行拍摄，根据实际温度再对系数K1和K2进行校正，即选择更多的测试数据进行实验，拟合出更加精确的系数K1和K2，减少与实际温度的误差；修正温度计算公式式(1)后，再对产生热斑效应的微缺陷电池片温度进行计算。
Claims (7)
1.一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选择缺陷类型为点缺陷、线缺陷、面缺陷的微缺陷电池片各一片，然后分别组装在组件中，一个组件中包含一种缺陷类型；
2)将每个组件中的微缺陷电池片进行不同比例的遮挡，产生热斑效应；
3)计算产生热斑效应的微缺陷电池片的温度。
2.根据权利要求1所述的一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，其特征在于，所述点缺陷、线缺陷、面缺陷的判定方法为：在被测电池片两端施加12V反偏电压，采用红外热像仪进行温度测量，观测太阳电池表面沿着发热源形成的温度场，温度场场集中发热为一个点为点缺陷；温度场场集中发热为一条线为线缺陷；温度场场集中发热为面为面缺陷。
3.根据权利要求1所述的一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，其特征在于，所述步骤2)中，遮挡比例选取为20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％。
4.根据权利要求1所述的一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，其特征在于，所述步骤3)中，微缺陷电池片的温度的计算式为：
其中，T热斑为产生热斑效应的微缺陷电池片的温度，Ta为环境温度，Irad为辐射，K、K1、K2均为常数系数，P1为遮挡产生的功率，A1为微缺陷电池片被遮挡的面积，P2为缺陷产生的功率，A2为缺陷的面积。
5.根据权利要求4所述的一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，其特征在于，所述遮挡产生的功率P1的计算式为：
P1＝Vr*Ish (2)
其中，Vr为微缺陷电池片两端反偏电压，Ish为微缺陷电池片的光生电流；
所述缺陷产生的功率P2的计算式为：
P2＝Vr*Ire (3)
其中，Ire为微缺陷电池片的反偏漏电流。
6.根据权利要求4所述的一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，其特征在于，所述常数系数K的取值为0.035。
7.根据权利要求1所述的一种微缺陷太阳电池组件热斑温度计算的方法，其特征在于，在进行温度计算前，采用红外热像仪对组件温度进行拍摄，结合实际温度，通过大量的测试数据，拟合出常数系数K1和K2，再对产生热斑效应的微缺陷电池片温度进行计算。
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