太陽能光伏電池將陽光轉化為電力，在充足陽光下產生大約1瓦特的電力。光伏模塊由相互連接的電池組成，其輸出特性在I-V曲線上表示。開路電壓、短路電流和最大功率點是系統設計的關鍵參數。光伏模塊的效率取決于它們將太陽能轉化為電能的能力，受陽光強度和電池溫度等因素的影響。

　　光伏系統的核心組件是太陽能電池(圖1)：

圖1

　　PV電池將陽光轉化為直流(DC)電。一個平均的光伏電池大約有1/100英寸(0.25毫米)厚，直徑6英寸(153毫米)。這些電池在充足陽光下大約產生1瓦特的功率，電壓約為0.5伏特直流。它們具有非常長的使用壽命，可以繼續從太陽產生電力25年或更長時間。

　　光伏模塊(圖2)是由設計用來產生特定電壓和電流的太陽能電池相互連接而成的。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(圖3)中找到。I-V曲線表示特定模塊在標準運行條件下所有不同的電壓和電流值。這些值通?；跇藴蔬\行條件，即每平方米1000瓦特的太陽輻照度和電池溫度為77°F(25°C)。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大小。

圖3

　　開路電壓(Voc)是在沒有電流從模塊中流出時可用的最大電壓。它決定了模塊和陣列的最大電路電壓。你可以通過讓陽光照射在模塊或陣列上，然后用電壓表測量輸出端子之間的電壓來驗證開路電壓。記住電壓是直流的，所以相應地設置你的儀表。

　　短路電流(Isc)是在無電阻(短路)條件下模塊的最大電流輸出。在I-V曲線上的這一點，電壓為0，功率輸出也為0。短路電流對安裝人員來說很重要，因為它用于確定光伏系統中可用的最大電路電流和過電流保護裝置及系統導體的尺寸。你可以使用電流表來測量短路電流。如果Isc為10安培或以下，大多數測量電流的萬用表可以直接連接到模塊引線上。使用萬用表直接在模塊線路中測量電流是安全的，因為短路電流較低。如果Isc大于10安培，你必須使用帶有萬用表的夾式電流表附件或單獨的夾式電流表。記住測量的電流是直流的，所以儀表必須相應設置。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)乘以最大電流(Imp)的結果。最大功率有時被稱為峰值功率或峰值瓦特。Vmp是模塊功率輸出最大時的運行電壓。Imp是模塊功率輸出最大時的運行電流。例如，如果一個模塊的Vmp為25伏特，Imp為6安培，那么Pmp將是150瓦特。

　　PV模塊運行點

　　電氣負載或使用的電池銀行決定了模塊在I-V曲線上的運行點。如在I-V曲線上所見，短路電流(Isc)基于0歐姆的負載電阻，開路電壓(Voc)基于無限大的負載電阻。模塊I-V曲線上的任何點都有對應的特定負載電阻，對應于特定的運行電壓和運行電流。從左到右沿著I-V曲線移動，負載電阻值增加。使用歐姆定律來找到在I-V曲線上任何點運行光伏模塊所需的電阻。

　　太陽能電池在運行在其最大功率點時效率最高。溫度的變化和太陽輻照度的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他們的光伏系統中使用提供最大功率點跟蹤(MPPT)的設備。這個功能將最大化光伏模塊的性能，并包含在大多數并網逆變器和一些獨立系統使用的充電控制器中。

　　PV模塊效率

　　光伏模塊的效率基于輸入的太陽能轉化為可用電能的能力。為了找到一個像電機這樣的電氣設備的百分比效率，將輸出功率除以輸入功率，然后乘以100。例如，如果一個1馬力的電動電機輸入為1800瓦特，輸出為1500特，電機的效率將是83.3%：

　　光伏模塊(或陣列)的效率以類似的方式找到。太陽輻照度乘以模塊(或陣列)的面積得到太陽功率(單位為瓦特)。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瓦特的太陽輻照度下。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強度成正比(圖4)。更強烈的光等于模塊輸出更大，而較弱的光等于輸出更小。隨著陽光強度下降，I-V曲線保持不變，但它向下移動，表示電流和功率輸出較低。然而，即使電流和總功率下降，電壓變化也很小。

圖4

　　PV模塊電池溫度

　　當模塊電池的溫度升高到標準運行溫度77°F(25°C)以上時，模塊的運行效率降低，電壓下降(圖5)。隨著電池溫度升高到77°F(25°C)以上，I-V曲線保持不變，但它向左移動，表示電壓和功率輸出較低。然而，即使電壓和總功率下降，電流變化也不大。模塊下方和上方的氣流對于幫助保持電池溫度盡可能低至關重要。

　　請記住，光伏模塊的瓦特數評級是基于每平方米1000瓦特的太陽輻照度在標準測試條件(STC)溫度77°F(25°C)下的。然而，由于屋頂上的高溫或陽光加熱模塊數小時，模塊評級必須進行調整。已經開發出一種稱為PTC(PV USA測試條件)的評級系統，以考慮通常較高的模塊溫度。PTC評級也是基于每平方米1000瓦特的太陽輻照度，但它使用68°F(20°C)的環境溫度而不是電池溫度。這意味著PTC評級大約是STC評級的88%。例如，一個額定200瓦的STC模塊將有176瓦的PTC評級。光伏系統設計師經常使用PTC評級來補償在STC系統下評級模塊的性能降低。

　　利用光伏技術的全部潛力

　　理解光伏模塊的性能特性和效率對于有效的太陽能利用至關重要。這些見解對于設計最大化能源輸出的太陽能系統是基本的，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使人們能夠正確地確定過電流保護裝置和系統導體的尺寸。此外，采用最大功率點跟蹤技術增強了光伏模塊的效率，確保最優的能量轉換。

　　隨著太陽能成為可持續電力發電越來越重要的組成部分，工程師、安裝人員和設計師掌握這些原則的知識對于在各種應用中利用光伏技術的全部潛力至關重要。

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