太阳能光伏电池将阳光转化为电力，在充足阳光下产生大约1瓦特的电力。光伏模块由相互连接的电池组成，其输出特性在I-V曲线上表示。开路电压、短路电流和最大功率点是系统设计的关键参数。光伏模块的效率取决于它们将太阳能转化为电能的能力，受阳光强度和电池温度等因素的影响。

　　光伏系统的核心组件是太阳能电池(图1)：

图1

　　PV电池将阳光转化为直流(DC)电。一个平均的光伏电池大约有1/100英寸(0.25毫米)厚，直径6英寸(153毫米)。这些电池在充足阳光下大约产生1瓦特的功率，电压约为0.5伏特直流。它们具有非常长的使用寿命，可以继续从太阳产生电力25年或更长时间。

　　光伏模块(图2)是由设计用来产生特定电压和电流的太阳能电池相互连接而成的。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(图3)中找到。I-V曲线表示特定模块在标准运行条件下所有不同的电压和电流值。这些值通常基于标准运行条件，即每平方米1000瓦特的太阳辐照度和电池温度为77°F(25°C)。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大小。

图3

　　开路电压(Voc)是在没有电流从模块中流出时可用的最大电压。它决定了模块和阵列的最大电路电压。你可以通过让阳光照射在模块或阵列上，然后用电压表测量输出端子之间的电压来验证开路电压。记住电压是直流的，所以相应地设置你的仪表。

　　短路电流(Isc)是在无电阻(短路)条件下模块的最大电流输出。在I-V曲线上的这一点，电压为0，功率输出也为0。短路电流对安装人员来说很重要，因为它用于确定光伏系统中可用的最大电路电流和过电流保护装置及系统导体的尺寸。你可以使用电流表来测量短路电流。如果Isc为10安培或以下，大多数测量电流的万用表可以直接连接到模块引线上。使用万用表直接在模块线路中测量电流是安全的，因为短路电流较低。如果Isc大于10安培，你必须使用带有万用表的夹式电流表附件或单独的夹式电流表。记住测量的电流是直流的，所以仪表必须相应设置。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)乘以最大电流(Imp)的结果。最大功率有时被称为峰值功率或峰值瓦特。Vmp是模块功率输出最大时的运行电压。Imp是模块功率输出最大时的运行电流。例如，如果一个模块的Vmp为25伏特，Imp为6安培，那么Pmp将是150瓦特。

　　PV模块运行点

　　电气负载或使用的电池银行决定了模块在I-V曲线上的运行点。如在I-V曲线上所见，短路电流(Isc)基于0欧姆的负载电阻，开路电压(Voc)基于无限大的负载电阻。模块I-V曲线上的任何点都有对应的特定负载电阻，对应于特定的运行电压和运行电流。从左到右沿着I-V曲线移动，负载电阻值增加。使用欧姆定律来找到在I-V曲线上任何点运行光伏模块所需的电阻。

　　太阳能电池在运行在其最大功率点时效率最高。温度的变化和太阳辐照度的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他们的光伏系统中使用提供最大功率点跟踪(MPPT)的设备。这个功能将最大化光伏模块的性能，并包含在大多数并网逆变器和一些独立系统使用的充电控制器中。

　　PV模块效率

　　光伏模块的效率基于输入的太阳能转化为可用电能的能力。为了找到一个像电机这样的电气设备的百分比效率，将输出功率除以输入功率，然后乘以100。例如，如果一个1马力的电动电机输入为1800瓦特，输出为1500特，电机的效率将是83.3%：

　　光伏模块(或阵列)的效率以类似的方式找到。太阳辐照度乘以模块(或阵列)的面积得到太阳功率(单位为瓦特)。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瓦特的太阳辐照度下。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强度成正比(图4)。更强烈的光等于模块输出更大，而较弱的光等于输出更小。随着阳光强度下降，I-V曲线保持不变，但它向下移动，表示电流和功率输出较低。然而，即使电流和总功率下降，电压变化也很小。

图4

　　PV模块电池温度

　　当模块电池的温度升高到标准运行温度77°F(25°C)以上时，模块的运行效率降低，电压下降(图5)。随着电池温度升高到77°F(25°C)以上，I-V曲线保持不变，但它向左移动，表示电压和功率输出较低。然而，即使电压和总功率下降，电流变化也不大。模块下方和上方的气流对于帮助保持电池温度尽可能低至关重要。

　　请记住，光伏模块的瓦特数评级是基于每平方米1000瓦特的太阳辐照度在标准测试条件(STC)温度77°F(25°C)下的。然而，由于屋顶上的高温或阳光加热模块数小时，模块评级必须进行调整。已经开发出一种称为PTC(PV USA测试条件)的评级系统，以考虑通常较高的模块温度。PTC评级也是基于每平方米1000瓦特的太阳辐照度，但它使用68°F(20°C)的环境温度而不是电池温度。这意味着PTC评级大约是STC评级的88%。例如，一个额定200瓦的STC模块将有176瓦的PTC评级。光伏系统设计师经常使用PTC评级来补偿在STC系统下评级模块的性能降低。

　　利用光伏技术的全部潜力

　　理解光伏模块的性能特性和效率对于有效的太阳能利用至关重要。这些见解对于设计最大化能源输出的太阳能系统是基本的，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使人们能够正确地确定过电流保护装置和系统导体的尺寸。此外，采用最大功率点跟踪技术增强了光伏模块的效率，确保最优的能量转换。

　　随着太阳能成为可持续电力发电越来越重要的组成部分，工程师、安装人员和设计师掌握这些原则的知识对于在各种应用中利用光伏技术的全部潜力至关重要。

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