太陽能光伏(PV)電池將陽光轉換為電能，在充足陽光下大約可以產生1瓦特的電力。光伏模塊由互聯的電池組成，其輸出特性通過I-V曲線表示。開路電壓、短路電流和最大功率點等參數對于系統設計至關重要。光伏模塊的效率由其將太陽能轉化為電能的能力決定，受陽光強度和電池溫度等因素的影響。

　　光伏系統的主要組件是太陽能電池(見圖1)：

圖1

　　光伏電池將陽光轉換成直流(DC)電力。一個平均的光伏太陽能電池大約為1/100英寸(?毫米)厚，6英寸(153毫米)寬。這些電池在充足的陽光下可以產生大約1瓦特的功率，電壓約為?伏特DC。光伏電池壽命極長，可以持續從太陽中發電25年或更長。

　　光伏模塊(見圖2)是由多個太陽能電池互聯而成，旨在產生特定的電壓和電流。模塊的電流輸出取決于模塊中太陽能電池的表面積。

圖2

　　光伏模塊的輸出特性可以在I-V曲線中找到(見圖3)。I-V曲線代表特定模塊在標準工作條件下的所有不同電壓和電流值。這些值通常基于1000瓦每平方米的太陽輻射強度和77°F(25°C)的電池溫度。模塊I-V曲線的信息用于評估模塊性能，并幫助確定光伏系統陣列的尺寸。

圖3

　　開路電壓(Voc)是指在沒有從模塊抽取電流時可獲得的最大電壓。它確定了模塊和陣列的最大電路電壓。您可以通過讓陽光照射到模塊或陣列上，然后使用電壓表測量輸出端子之間的電壓來驗證開路電壓。請記住，電壓是直流的，因此請相應地設置您的儀表。

　　短路電流(Isc)是指在沒有阻力(短路)條件下模塊的最大電流輸出。在I-V曲線的這一點上，電壓為0，功率輸出也是0。安裝人員需要知道短路電流，因為它用于確定光伏系統中可用的最大電路電流以及過電流保護設備和系統導線的尺寸。您可以使用電流表進行測量以驗證短路電流。如果Isc小于或等于10安培，大多數測量電流的多用表可以直接連接到模塊引線。直接在模塊上測量電流是安全的，因為短路電流較低。如果Isc大于10安培，您必須使用夾式電流表附件與多用表或單獨的夾式電流表。請記住，測量的電流是直流的，因此儀表必須相應設置。大多數夾式電流表只能用于交流(AC)電路。

　　最大功率點(MPP)(Pmp)(Pmax)表示光伏模塊的最大輸出，是最大電壓(Vmp)與最大電流(Imp)的乘積。最大功率有時被稱為峰值功率或峰值瓦特。當模塊的功率輸出達到最大時，Vmp是工作電壓;Imp是模塊功率輸出達到最大時的工作電流。例如，如果模塊的Vmp為25伏特，Imp為6安培，則Pmp將為150瓦特。

　　光伏模塊工作點

　　電氣負載或所使用的電池組決定了模塊在I-V曲線上的工作點。如I-V曲線所示，短路電流(Isc)基于0歐姆負載電阻，而開路電壓(Voc)基于無限負載電阻。模塊I-V曲線上的任何點都有一個特定的負載電阻，對應于特定的工作電壓和工作電流。隨著從左向右沿著I-V曲線移動，負載電阻值增加。使用歐姆定律可以找出在I-V曲線的任何一點上操作光伏模塊所需的電阻。

　　太陽能電池在最大功率點工作時效率最高。溫度變化和太陽輻射強度變化意味著最大功率點經常變化。因此，大多數安裝人員選擇在其光伏系統中使用提供最大功率點跟蹤(MPPT)功能的設備。該功能將最大化光伏模塊的性能，通常包含在大多數并網逆變器和一些用于獨立系統的充電控制器中。

　　光伏模塊效率

　　光伏模塊的效率基于進入的太陽能如何轉化為可用的電能。要找出電氣機器(如電動機)的百分比效率，將輸出功率除以輸入功率，然后乘以100。例如，如果一臺1HP的電動機輸入功率為1800瓦，輸出功率為1500瓦，則電動機的效率為83.3%：

　　光伏模塊(或陣列)的效率的計算方式與此類似。太陽輻射強度乘以模塊(或陣列)的面積得到以瓦特為單位的太陽能功率，然后將其除以模塊(或陣列)的最大功率輸出。例如，一個面積為1.5平方米、最大功率輸出為170瓦的光伏模塊暴露在每平方米1000瓦的太陽輻射強度下。該模塊的百分比效率為11.3%：

　　陽光強度的影響

　　光伏模塊的電流輸出與太陽輻射的強度成正比(見圖4)。光強越大，模塊輸出越大，光強越小，輸出越小。隨著陽光強度降低，I-V曲線保持不變，但會下移，表示電流和功率輸出降低。然而，即使電流和總功率下降，電壓變化很小。

圖4

　　光伏模塊電池溫度

　　當模塊電池的溫度高于標準工作溫度77°F(25°C)時，模塊的效率降低，電壓下降(見圖5)。隨著電池溫度超過77°F(25°C)，I-V曲線保持不變，但向左移動，表示電壓和功率輸出降低。然而，即使電壓和總功率下降，電流變化不大。模塊上下的氣流對保持電池溫度盡可能低至關重要。

　　請記住，光伏模塊的功率評級是基于標準測試條件(STC)下77°F(25°C)時的1000 W/m2太陽輻射強度。然而，由于屋頂上或陽光照射數小時導致的高溫，模塊評級必須進行調整。一種稱為PTC(PV USA測試條件)的評級系統被開發出來，以考慮通常較高的模塊溫度。PTC評級同樣基于1000 W/m2的太陽輻射，但使用68°F(20°C)的環境溫度，而不是電池溫度。這意味著PTC評級約為STC評級的88%。例如，標稱200瓦的STC模塊的PTC評級為176瓦。光伏系統設計師通常使用PTC評級來補償在STC系統下評級的模塊的性能下降。

　　發揮光伏技術的全部潛力

　　理解光伏模塊的性能特點和效率對于有效利用太陽能至關重要。這些見解是設計最大化能源輸出的太陽能系統的基礎，考慮到陽光強度和電池溫度等因素。了解開路電壓和短路電流等參數可以幫助正確選擇過電流保護設備和系統導線。此外，采用最大功率點跟蹤技術可以提高光伏模塊的效率，確保最佳的能量轉移。

　　隨著太陽能在可持續發電中的重要性日益增加，掌握這些原理對工程師、安裝人員和設計師至關重要，以便在各種應用中充分發揮光伏技術的潛力。通過有效利用這些知識，能夠設計出更高效、更可靠的光伏系統，推動綠色能源的使用和發展。

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