6.1　光伏组件性能

光伏组件的电力输出特征在于其电气特性以及这些特性（即性能特征）如何受到外部因素的影响。光伏电池的核心电气特性见第4章，总结如下：

（1）最大功率点（MPP）。I—V曲线上光伏电池将产生最大功率的点。

（2）最大功率（PMP）。光伏电池的最大输出功率。

（3）最大功率点的电压（VMP）。在I—V曲线的最大功率点的光伏电池电压。

（4）最大功率点的电流（IMP）。在I—V曲线的最大功率点的光伏电池电流。

（5）开路电压（VOC）。光伏电池的最大电压。在无负载连接到电池，因此无电流输出时实现最大电压。

（6）短路电流（ISC）。光伏电池的最大可用电流。当电池端子连接在一起（短路），因此无电压穿过电池时实现最大电流。

光伏电池的这些电气特性和输出功率受以下外部因素影响：辐照度（6.1.1节）、温度（6.1.2节）。

为标准化组件制造商给出的电气特性，光伏组件的性能将在标准测试条件（STC）下进行测量。一些制造商也将提供电池标称工作温度（NOCT）下的性能数据。但NOCT并不是组件工作温度或性能的标准，所以其不是比较不同组件性能特征的一个有效方法，仅仅用于表示组件性能。标准测试条件和电池标称工作温度的说明见6.1.3节。

光伏电池或组件如何在标准测试条件下有效地将太阳光转化为电力是组件选择的一个重要因素，相关说明载于6.1.4节。

所有这些信息应列于组件制造商的规格表中，并应考虑所提供的制造商的容差（6.1.5节）。

对光伏系统设计和组件选择至关重要的非电气因素包括：组件成本、组件寿命或质保期（年）、组件尺寸、光伏组件制造商的声誉。

6.1.1　辐照度影响

光伏组件接收的辐照度（太阳能）与组件的电力输出之间的关系的特征在于辐照度对短路电流和开路电压的影响。这两个关键电气参数决定了I—V曲线的形状，从而决定了组件最大功率点（MPP）和最大功率输出（PMP）；这两个参数受辐照度影响：

（1）ISC。辐照度与组件短路电流之间的关系几乎是线性的。例如，如果太阳能电池接收两倍太阳辐射，短路电流将增加一倍。

（2）VOC。开路电压不随辐照度发生显著变化；但随着辐照度升高，开路电压略有增加。

这一关系的结果是最大功率增加，如图6.1所示。

要点

随着辐照度增加，ISC增加，VOC增幅较小。其结果是PMP和VMP增加。

6.1.2　温度影响

太阳能电池的温度与太阳能电池组件的输出之间的关系的特征在于电池温度对短路电流和开路电压有影响：

（1）ISC。随着电池温度增加，短路电流增幅较小。

（2）VOC。随着电池温度增加，开路电压降低。

其结果是，最大功率（PMP）和该最大功率的电压（VMP）随着温度的增加而降低（图6.2）。

要点

随着温度增加，VOC降低，ISC增幅较小。其结果是PMP和VMP降低。

电池温度与得到的电气特性之间的关系被称为温度系数。制造商将为组件的ISC、VOC和PMP提供一个温度系数，通常作为组件规格表（表6.1）的一部分。

这些温度系数可用来确定电压和最大功率的减少（或增加），以及在电池温度高于（或低于）25℃（标准测试温度）时电流的增加（或减少）。相关介绍和关于如何使用这些参数的例子见第12章。

在一般情况下，高于或低于标准测试温度的温度每变化1℃，晶硅电池的输出电压变化约为0.4%～0.5%VMP。温度高于25℃的电池电压输出降低，温度低于25℃的电池电压输出增加（太阳能电池的额定电池温度为25℃）。电池温度对组件电流影响很小（图6.2）。也就是说温度对功率的整体影响与温度对电压的影响成比例。

澳大利亚标准

系统设计中用于预估光伏组件的电池温度的一个常用方法是，如AS/NZS 4509.2 第3.4.3.7条所建议的，在现场的平均环境温度上增加25℃。

然而，AS/NZS 5033：2014 第2.1.9条提出需要针对不同类型的装置提供预期电池温度。

光伏阵列如何进行实际安装，即使用何种安装结构，会影响电池的温度，从而影响阵列的输出功率。如果光伏组件平铺屋顶安装（嵌入式安装），热量难以消散，因此输出功率可能会降低。可使用一个远离屋顶支撑组件的安装框架，以便在组件周围形成空气流，提高散热性。

知识点

阵列与屋顶结构之间通常至少有50mm间隙以确保空气流动。

6.1.3　引用测试条件：标准测试条件与电池标称工作温度

由于工作条件对组件性能有影响，因此，需要使用一组标准的工作条件，从而认可不同组件之间的性能比较。主要有两组工作条件，用于表示组件的性能：标准测试条件（STC）和电池标称工作温度（NOCT）。

1.标准测试条件（STC）

根据国际标准，所有组件均在以下标准测试条件下进行测试：

（1）电池温度25℃。

（2）辐照度1000W/m2。

（3）空气质量1.5。

2.电池标称工作温度（NOCT）

太阳能电池的温度通常比环境温度高约25℃。这意味着，在正常工作温度条件下（假设温度＞0℃），当组件处于全日照下时，太阳能电池的温度将超过STC电池温度25℃。

为此，许多组件制造商还提供了电池标称工作温度（NOCT）和组件在该电池温度下的性能。可见由于电池温度较高，组件性能降低，可以更准确的体现电池的实际性能（图6.3）。

国际标准

STC和NOCT测试参考IEC 61215：2005和IEC 61646：2008，测试装置参考IEC 60904。

NOCT基于以下参照条件引述：

（1）环境空气温度20℃。

（2）辐照度800W/m2。

（3）空气质量1.5。

（4）风速1m/s。

组件制造商提供的NOCT可能能够用于估计该特定组件电池温度与环境温度之间的期望差。但应记住，NOCT是在特定的环境温度和风速下计算所得，而这些可能明显不同于现场工作条件。如上所述，基于光伏系统的设计目的，电池温度与环境温度之差的一般估计值为25℃。

注意

切记澳大利亚的现场工作条件一般都会不同于NOCT参考条件。

6.1.4　电池和组件效率

电池和组件的效率反映了能够转化为电力的太阳辐射能的量。这些效率数字等于吸收的能量（太阳辐射）与所产生的能量（电能）之间的比率。根据电池技术，太阳能电池仅将某些波长的阳光转化为电能。所以，存在一个每种太阳能电池技术均可达到的理论最大效率。第4章扩展资料中载有电池如何将太阳光转化成电能的详细信息。

组件效率会比电池效率略低，因为通过组件时会有一些额外损失。然而，相较于电池效率，组件效率更准确地反映了光伏系统中将太阳能转化为电能的量；因此，计算时应使用组件效率而非电池效率。

组件效率不影响组件的额定（最大）输出功率，因此与具有相同的输出功率的低效率组件相比，最常见的特征是高效组件外形尺寸减小。因此，对于安装空间有限的系统而言，组件效率可能是一个重要参数。因给定太阳能装机容量所需组件更少，所有采用高效率组件的系统可能会降低系统平衡的成本。

知识点

一个组件的额定功率是该组件在STC下可产生的最大电能。因此，已说明组件技术的效率。

实例

系统设计师要设计一个1kW的光伏阵列。设计师有两个不同组件可供选择。待选组件具有不同的额定功率和效率，但两者具有相似的外形尺寸。请问阵列的功率输出有何不同？

（1）组件1的额定功率为200W，效率为10%。

（2）组件2的额定功率为250W，效率为12.5%。

解答：

（1）阵列1由5×200W组件组成，额定功率1kW。

（2）阵列2由4×250W组件组成，额定功率1kW。

因此，无论使用哪个组件，阵列的额定功率将为1kW，并在STC下产生1kW电能。但是，使用低效率组件意味着需要一个额外组件，以达到1kW的功率，因此很可能需要额外成本以及更大的空间和更多的安装设备。

6.1.5　组件规格表和制造商的容差

上述关键电气和性能特征应列于制造商提供（经常在线提供）的光伏组件规格表中或根据要求可提供。制造商还应提供规格容差，即因制造变化可能导致的规格变化量。

知识点

制造商将以许多不同的形式规定其产品的制造容差。

实例

制造商可以以多种不同的形式提供容差。制造商仅以正数显示的容差并不一定是指组件质量较好，只是说给出了最低性能值。

不同制造商提供的其产品的一些容差实例如下：

（1）加拿大太阳能CS6P-225M：功率容差=0～+5W。

这就是说额定功率（255W）可能会变化+5W，即在255W和260W之间。

（2）Sunpower E20-327：功率容差=+5%/-3%。

这就是说额定功率（327W）可能会变化+5%，即在327 W和343.35W之间。

（3）Q Cells Q Pro-G3 250：STC测量容差：±3%（PMPP）。

这就是说额定功率（250W）可能会上下变化3%，即在242.5W和257.5W之间。

根据国际标准，组件标签上需列明一些电气规格，包括：VOC、ISC、最大过电流保护等级、建议最大串联和并联组件配置、产品的应用类别。