光伏發電系統在實際應用中,其發電性能受自然環境條件的影響較大,其中系統主要部件———太陽電池組件和蓄電池的工作溫度是影響光伏發電系統性能的重要因素之一。

　　1、硅太陽能電池的溫度效應

　　太陽能光伏發電核心單元為太陽能電池,目前投入大規模商業化應用的主要是硅系太陽能電池:單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池.溫度對硅太陽能電池的影響,主要反映在太陽能電池的開路電壓、短路電流、峰值功率等參數隨溫度的變化而變化。

　　1.1、溫度對單體太陽能電池的影響

　　單體太陽能電池的開路電壓隨溫度的升高而降低,電壓溫度系數為—(210～212)mv/℃,即溫度每升高1℃,單體太陽能電池開路電壓降低210～212mv;太陽能電池短路電流隨溫度的升高而升高;太陽能電池的峰值功率隨溫度的升高而降低(直接影響到效率),即溫度每升高1℃,太陽能電池的峰值功率損失率約為0135～0145%.例如:工作在20℃的硅太陽能電池,其輸出功率要比工作在70℃的高20%。

　　1.2、溫度對太陽能電池組件的影響

　　單塊太陽能電池組件通常由36片單體太陽能電池串聯組成.根據在西寧地區實地測量的結果,夏天時太陽能電池組件背表面溫度可以達到70℃,而此時的太陽能電池工作結溫可以達到100℃(額定參數標定均在25℃條件下),此時該組件的開路電壓與額定值相比將降低約。

　　213×(100-25)×36=6210mv

　　峰值功率損失率約：

　　14%×(100-25)=30%

　　由此可以看出,硅太陽能電池工作在溫度較高情況下,開路電壓隨溫度的升高而大幅下降,同時導致充電工作點的嚴重偏移,易使系統充電不足而損壞;硅太陽能電池的輸出功率隨溫度的升高也大幅下降,致使太陽能電池組件不能充分發揮最大性能。

　　2、蓄電池的溫度特性

　　在獨立運行的太陽能光伏發電系統中,蓄電池是關鍵部件,其主要作用是存貯和調節電能.目前我國還沒有專門用于太陽能光伏發電系統的蓄電池,而是使用常規的鉛酸蓄電池,主要類型有:固定式鉛酸電池、工業型密封電池、小型密封電池、啟動型蓄電池等.溫度是影響蓄電池使用壽命的主要因素之一。

　　2.1、鉛酸蓄電池溫度特性的本質

　　鉛酸蓄電池屬于化學電池,由極群組插入稀硫酸溶液中構成,正極板為二氧化鉛,負極板為海綿狀鉛.放電時兩電極的有效物質和硫酸反應,轉變為硫酸鉛;充電時,又恢復為原來的鉛和二氧化鉛.所以當電解液溫度高時(在允許的溫度范圍內),離子運動速度加快、獲得的動能增加,因此滲透力增強,從而使蓄電池內阻減小、擴散速度加快、電化反應加強;當電解液溫度下降時,滲透力降低,蓄電池內阻增大、擴散速度降低、電化反應滯緩。

　　2.2、充電電壓與溫度的關系

　　蓄電池無論在浮充狀態或在循環狀態下運行,為了保證蓄電池的性能,都需要隨蓄電池的溫度變化來改變充電電壓,單體電壓溫度補償系數為—(3～7)mv/℃.通常蓄電池在循環狀態使用時,單體電壓溫度補償系數可取—4mv/℃;在浮充狀態使用時,單體電壓溫度補償系數取—315mv/℃;在進行均充時,單體電壓溫度補償系數為—5mv/℃。

　　2.3、蓄電池容量與溫度的關系

　　蓄電池的運行溫度對電池容量的影響較大,在不同的溫度范圍內,溫度對容量的影響系數不一樣,在低溫時電池的容量隨溫度的升高而提高,然而過高的溫度也會對蓄電池產生不利的影響,從而導致蓄電池容量下降,壽命縮短.下表是某鉛酸蓄電池廠提供的在不同溫度條件下,蓄電池有效放電容量與額定容量的比率(額定容量是25℃時,蓄電池放電終止電壓118V的條件下電池的10小時放電容量)：

　　另一方面由上表可以看出,鉛酸蓄電池不易長時間工作在較低溫度,比如-30℃時放電容量僅達到額定容量的30%,不能發揮蓄電池的最大效能.低溫應用時應考慮其它類型的蓄電池.

　　2.4、蓄電池壽命與溫度的關系

　　蓄電池的浮充壽命隨溫度的變化而變化,基本上是每升高10℃,浮充壽命減少約一半.高溫對蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形等都起到加速作用,低溫會引起負極鈍化失效,溫度波動會加速鉛酸蓄電池內部短路等等，這些都將影響蓄電池壽命。

　　2.5、自放電與溫度的關系

　　蓄電池的自放電除與制造材料、存貯時間有關外,溫度是影響電池自放電的主要因素,溫度越高,蓄電池自放電率越高.因此,蓄電池要避免在高溫環境下長期儲存。

　　3、結論

　　太陽能光伏發電應用的溫度影響,主要表現在太陽能電池和蓄電池的電性能隨溫度的變化而變化,從而影響整個光伏系統的發電性能,但是這些影響基本可以通過合理的系統設計和充放電控制器的設計來改善。

　　3.1、通過合理設計和安裝太陽能電池組件來降低溫度影響

　　系統設計(尤其是存在太陽能電池組件串并聯組成太陽能方陣)時,應根據使用環境的不同,適當增加太陽能電池組件數量,以補償由溫度的升高而引起的電壓損失和功率損失,保證系統正常使用;同時在太陽電池組件的安裝應充分考慮散熱問題,尤其是將太陽電池組件與建筑物相結合安裝時,應留出足夠的散熱空間。

　　3.2、設計合理的太陽能光伏發電用充放電控制器

　　實現太陽能電池方陣最大功率跟蹤(MPPT)功能,來精確跟蹤工作電壓和功率波動,發揮太陽能電池最大效能.增加溫度補償功能,在不同的溫度條件下,自動調整蓄電池充電電壓和放電終止電壓,如果可能盡量根據蓄電池容量設置過放電控制,合理發揮蓄電池的性能。

　　3.3、設計合理的機房,盡量控制室內溫度在合適的范圍內

　　尤其在高寒地區應采用被動式太陽能采暖房,盡量使蓄電池工作5℃～35℃的環境溫度下。

　　3.4、在太陽能光伏發電應用中,溫度除了影響太陽能電池和蓄電池的電性能外,在獨立光伏電站建設中,太陽房的施工、電線電纜的鋪設、陣列基礎的施工等都應考慮溫度的影響。