太阳能光伏(PV)电池将阳光转换为电能，在充足阳光下大约可以产生1瓦特的电力。光伏模块由互联的电池组成，其输出特性通过I-V曲线表示。开路电压、短路电流和最大功率点等参数对于系统设计至关重要。光伏模块的效率由其将太阳能转化为电能的能力决定，受阳光强度和电池温度等因素的影响。

　　光伏系统的主要组件是太阳能电池(见图1)：

图1

　　光伏电池将阳光转换成直流(DC)电力。一个平均的光伏太阳能电池大约为1/100英寸(¼毫米)厚，6英寸(153毫米)宽。这些电池在充足的阳光下可以产生大约1瓦特的功率，电压约为½伏特DC。光伏电池寿命极长，可以持续从太阳中发电25年或更长。

　　光伏模块(见图2)是由多个太阳能电池互联而成，旨在产生特定的电压和电流。模块的电流输出取决于模块中太阳能电池的表面积。

图2

　　光伏模块的输出特性可以在I-V曲线中找到(见图3)。I-V曲线代表特定模块在标准工作条件下的所有不同电压和电流值。这些值通常基于1000瓦每平方米的太阳辐射强度和77°F(25°C)的电池温度。模块I-V曲线的信息用于评估模块性能，并帮助确定光伏系统阵列的尺寸。

图3

　　开路电压(Voc)是指在没有从模块抽取电流时可获得的最大电压。它确定了模块和阵列的最大电路电压。您可以通过让阳光照射到模块或阵列上，然后使用电压表测量输出端子之间的电压来验证开路电压。请记住，电压是直流的，因此请相应地设置您的仪表。

　　短路电流(Isc)是指在没有阻力(短路)条件下模块的最大电流输出。在I-V曲线的这一点上，电压为0，功率输出也是0。安装人员需要知道短路电流，因为它用于确定光伏系统中可用的最大电路电流以及过电流保护设备和系统导线的尺寸。您可以使用电流表进行测量以验证短路电流。如果Isc小于或等于10安培，大多数测量电流的多用表可以直接连接到模块引线。直接在模块上测量电流是安全的，因为短路电流较低。如果Isc大于10安培，您必须使用夹式电流表附件与多用表或单独的夹式电流表。请记住，测量的电流是直流的，因此仪表必须相应设置。大多数夹式电流表只能用于交流(AC)电路。

　　最大功率点(MPP)(Pmp)(Pmax)表示光伏模块的最大输出，是最大电压(Vmp)与最大电流(Imp)的乘积。最大功率有时被称为峰值功率或峰值瓦特。当模块的功率输出达到最大时，Vmp是工作电压;Imp是模块功率输出达到最大时的工作电流。例如，如果模块的Vmp为25伏特，Imp为6安培，则Pmp将为150瓦特。

　　光伏模块工作点

　　电气负载或所使用的电池组决定了模块在I-V曲线上的工作点。如I-V曲线所示，短路电流(Isc)基于0欧姆负载电阻，而开路电压(Voc)基于无限负载电阻。模块I-V曲线上的任何点都有一个特定的负载电阻，对应于特定的工作电压和工作电流。随着从左向右沿着I-V曲线移动，负载电阻值增加。使用欧姆定律可以找出在I-V曲线的任何一点上操作光伏模块所需的电阻。

　　太阳能电池在最大功率点工作时效率最高。温度变化和太阳辐射强度变化意味着最大功率点经常变化。因此，大多数安装人员选择在其光伏系统中使用提供最大功率点跟踪(MPPT)功能的设备。该功能将最大化光伏模块的性能，通常包含在大多数并网逆变器和一些用于独立系统的充电控制器中。

　　光伏模块效率

　　光伏模块的效率基于进入的太阳能如何转化为可用的电能。要找出电气机器(如电动机)的百分比效率，将输出功率除以输入功率，然后乘以100。例如，如果一台1HP的电动机输入功率为1800瓦，输出功率为1500瓦，则电动机的效率为83.3%：

　　光伏模块(或阵列)的效率的计算方式与此类似。太阳辐射强度乘以模块(或阵列)的面积得到以瓦特为单位的太阳能功率，然后将其除以模块(或阵列)的最大功率输出。例如，一个面积为1.5平方米、最大功率输出为170瓦的光伏模块暴露在每平方米1000瓦的太阳辐射强度下。该模块的百分比效率为11.3%：

　　阳光强度的影响

　　光伏模块的电流输出与太阳辐射的强度成正比(见图4)。光强越大，模块输出越大，光强越小，输出越小。随着阳光强度降低，I-V曲线保持不变，但会下移，表示电流和功率输出降低。然而，即使电流和总功率下降，电压变化很小。

图4

　　光伏模块电池温度

　　当模块电池的温度高于标准工作温度77°F(25°C)时，模块的效率降低，电压下降(见图5)。随着电池温度超过77°F(25°C)，I-V曲线保持不变，但向左移动，表示电压和功率输出降低。然而，即使电压和总功率下降，电流变化不大。模块上下的气流对保持电池温度尽可能低至关重要。

　　请记住，光伏模块的功率评级是基于标准测试条件(STC)下77°F(25°C)时的1000 W/m²太阳辐射强度。然而，由于屋顶上或阳光照射数小时导致的高温，模块评级必须进行调整。一种称为PTC(PV USA测试条件)的评级系统被开发出来，以考虑通常较高的模块温度。PTC评级同样基于1000 W/m²的太阳辐射，但使用68°F(20°C)的环境温度，而不是电池温度。这意味着PTC评级约为STC评级的88%。例如，标称200瓦的STC模块的PTC评级为176瓦。光伏系统设计师通常使用PTC评级来补偿在STC系统下评级的模块的性能下降。

　　发挥光伏技术的全部潜力

　　理解光伏模块的性能特点和效率对于有效利用太阳能至关重要。这些见解是设计最大化能源输出的太阳能系统的基础，考虑到阳光强度和电池温度等因素。了解开路电压和短路电流等参数可以帮助正确选择过电流保护设备和系统导线。此外，采用最大功率点跟踪技术可以提高光伏模块的效率，确保最佳的能量转移。

　　随着太阳能在可持续发电中的重要性日益增加，掌握这些原理对工程师、安装人员和设计师至关重要，以便在各种应用中充分发挥光伏技术的潜力。通过有效利用这些知识，能够设计出更高效、更可靠的光伏系统，推动绿色能源的使用和发展。

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