鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:9149次 | 2021年06月16日
溫度對(duì)太陽能電池組件會(huì)有影響嗎?
光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中,其發(fā)電性能受自然環(huán)境條件的影響較大,其中系統(tǒng)重要部件太陽電池組件和蓄電池的工作溫度是影響光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的重要因素之一。
1、硅太陽能電池的溫度效應(yīng)
太陽能光伏發(fā)電核心單元為太陽能電池,目前投入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的重要是硅系太陽能電池:?jiǎn)尉Ч杼柲茈姵?、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。溫度?duì)硅太陽能電池的影響,重要反映在太陽能電池的開路電壓、短路電流、峰值功率等參數(shù)隨溫度的變化而變化。
1.1、溫度對(duì)單體太陽能電池的影響
單體太陽能電池的開路電壓隨溫度的升高而降低,電壓溫度系數(shù)為(210~212)mv/℃,即溫度每升高1℃,單體太陽能電池開路電壓降低210~212mv;太陽能電池短路電流隨溫度的升高而升高;太陽能電池的峰值功率隨溫度的升高而降低(直接影響到效率),即溫度每升高1℃,太陽能電池的峰值功率損失率約為0135~0145%.例如:工作在20℃的硅太陽能電池,其輸出功率要比工作在70℃的高20%。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1.2、溫度對(duì)太陽能電池組件的影響
單塊太陽能電池組件通常由36片單體太陽能電池串聯(lián)組成。根據(jù)在西寧地區(qū)實(shí)地測(cè)量的結(jié)果,夏天時(shí)太陽能電池組件背表面溫度可以達(dá)到70℃,而此時(shí)的太陽能電池工作結(jié)溫可以達(dá)到100℃(額定參數(shù)標(biāo)定均在25℃條件下),此時(shí)該組件的開路電壓與額定值相比將降低約。
213(100-25)36=6210mv
峰值功率損失率約:
14%(100-25)=30%
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
由此可以看出,硅太陽能電池工作在溫度較高情況下,開路電壓隨溫度的升高而大幅下降,同時(shí)導(dǎo)致充電工作點(diǎn)的嚴(yán)重偏移,易使系統(tǒng)充電不足而損壞;硅太陽能電池的輸出功率隨溫度的升高也大幅下降,致使太陽能電池組件不能充分發(fā)揮最大性能。
2、蓄電池的溫度特性
在獨(dú)立運(yùn)行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中,蓄電池是關(guān)鍵部件,其重要用途是存貯和調(diào)節(jié)電能。目前我國(guó)還沒有專門用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池,而是使用常規(guī)的鉛酸蓄電池,重要類型有:固定式鉛酸電池、工業(yè)型密封電池、小型密封電池、啟動(dòng)型蓄電池等。溫度是影響蓄電池使用壽命的重要因素之一。
2.1、鉛酸蓄電池溫度特性的本質(zhì)
鉛酸蓄電池屬于化學(xué)電池,由極群組插入稀硫酸溶液中構(gòu)成,正極板為二氧化鉛,負(fù)極板為海綿狀鉛。放電時(shí)兩電極的有效物質(zhì)和硫酸反應(yīng),轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U;充電時(shí),又恢復(fù)為原來的鉛和二氧化鉛。所以當(dāng)電解液溫度高時(shí)(在允許的溫度范圍內(nèi)),離子運(yùn)動(dòng)速度加快、獲得的動(dòng)能新增,因此滲透力增強(qiáng),從而使蓄電池內(nèi)阻減小、擴(kuò)散速度加快、電化反應(yīng)加強(qiáng);當(dāng)電解液溫度下降時(shí),滲透力降低,蓄電池內(nèi)阻增大、擴(kuò)散速度降低、電化反應(yīng)滯緩。
2.2、充電電壓與溫度的關(guān)系
蓄電池?zé)o論在浮充狀態(tài)或在循環(huán)狀態(tài)下運(yùn)行,為了保證蓄電池的性能,都要隨蓄電池的溫度變化來改變充電電壓,單體電壓溫度補(bǔ)償系數(shù)為(3~7)mv/℃。通常蓄電池在循環(huán)狀態(tài)使用時(shí),單體電壓溫度補(bǔ)償系數(shù)可取4mv/℃;在浮充狀態(tài)使用時(shí),單體電壓溫度補(bǔ)償系數(shù)取315mv/℃;在進(jìn)行均充時(shí),單體電壓溫度補(bǔ)償系數(shù)為5mv/℃。
2.3、蓄電池容量與溫度的關(guān)系
蓄電池的運(yùn)行溫度對(duì)電池容量的影響較大,在不同的溫度范圍內(nèi),溫度對(duì)容量的影響系數(shù)不相同,在低溫時(shí)電池的容量隨溫度的升高而提高,然而過高的溫度也會(huì)對(duì)蓄電池出現(xiàn)不利的影響,從而導(dǎo)致蓄電池容量下降,壽命縮短。下表是某鉛酸蓄電池廠供應(yīng)的在不同溫度條件下,蓄電池有效放電容量與額定容量的比率(額定容量是25℃時(shí),蓄電池放電終止電壓118V的條件下電池的10小時(shí)放電容量):
20150212-21
蓄電池有效放電容量與額定容量的比率
另一方面由上表可以看出,鉛酸蓄電池不易長(zhǎng)時(shí)間工作在較低溫度,比如-30℃時(shí)放電容量?jī)H達(dá)到額定容量的30%,不能發(fā)揮蓄電池的最大效能。低溫應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮其它類型的蓄電池。
2.4、蓄電池壽命與溫度的關(guān)系
蓄電池的浮充壽命隨溫度的變化而變化,基本上是每升高10℃,浮充壽命減少約一半。高溫對(duì)蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形等都起到加速用途,低溫會(huì)引起負(fù)極鈍化失效,溫度波動(dòng)會(huì)加速鉛酸蓄電池內(nèi)部短路等等,這些都將影響蓄電池壽命。
2.5、自放電與溫度的關(guān)系
蓄電池的自放電除與制造材料、存貯時(shí)間有關(guān)外,溫度是影響電池自放電的重要因素,溫度越高,蓄電池自放電率越高。因此,蓄電池要防止在高溫環(huán)境下長(zhǎng)期儲(chǔ)存。
3、結(jié)論
太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用的溫度影響,重要表現(xiàn)在太陽能電池和蓄電池的電性能隨溫度的變化而變化,從而影響整個(gè)光伏系統(tǒng)的發(fā)電性能,但是這些影響基本可以通過合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和充放電控制器的設(shè)計(jì)來改善。
3.1、通過合理設(shè)計(jì)和安裝太陽能電池組件來降低溫度影響
系統(tǒng)設(shè)計(jì)(尤其是存在太陽能電池組件串并聯(lián)組成太陽能方陣)時(shí),應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境的不同,適當(dāng)新增太陽能電池組件數(shù)量,以補(bǔ)償由溫度的升高而引起的電壓損失和功率損失,保證系統(tǒng)正常使用;同時(shí)在太陽電池組件的安裝應(yīng)充分考慮散熱問題,尤其是將太陽電池組件與建筑物相結(jié)合安裝時(shí),應(yīng)留出足夠的散熱空間。
3.2、設(shè)計(jì)合理的太陽能光伏發(fā)電用充放電控制器
實(shí)現(xiàn)太陽能電池方陣最大功率跟蹤(MPPT)功能,來精確跟蹤工作電壓和功率波動(dòng),發(fā)揮太陽能電池最大效能。新增溫度補(bǔ)償功能,在不同的溫度條件下,自動(dòng)調(diào)整蓄電池充電電壓和放電終止電壓,假如可能盡量根據(jù)蓄電池容量設(shè)置過放電控制,合理發(fā)揮蓄電池的性能。
3.3、設(shè)計(jì)合理的機(jī)房,盡量控制室內(nèi)溫度在合適的范圍內(nèi)
尤其在高寒地區(qū)應(yīng)采用被動(dòng)式太陽能采暖房,盡量使蓄電池工作5℃~35℃的環(huán)境溫度下。
3.4、在太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用中,溫度除了影響太陽能電池和蓄電池的電性能外,在獨(dú)立光伏電站建設(shè)中,太陽房的施工、電線電纜的鋪設(shè)、陣列基礎(chǔ)的施工等都應(yīng)考慮溫度的影響。