一种光伏组件热斑温度计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种光伏组件热斑温度计算方法，包括以下步骤：1）使用ANSYS软件模拟出光伏组件；2）输入各材料的导热系数；3）模拟太阳电池中的任意1片电池片被遮挡，表现为均匀产热是引起热斑效应的第一内热源；4）设置边界条件，改变被遮挡比例；5）输入第一内热源的发热功率，计算其发热强度和温度上限值；6）模拟该片被遮挡电池片存在缺陷处，缺陷处是非均匀产热引起热斑效应的第二内热源；7）设置边界条件，改变存在缺陷处的该片被遮挡电池片的被遮挡比例；8）输入第一内热源和第二内热源之和的总发热功率，计算存在缺陷处的该片被遮挡电池片的发热强度和温度上限值。实现快速简便计算光伏组件热斑温度从而降低热斑发生的风险。
【专利说明】
-种光伏组件热斑溫度计算方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种溫度计算方法，特别是设及一种光伏组件热斑溫度计算方法，属 于光伏组件技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着运几年国内太阳能光伏工业迅速发展，然后，随着光伏系统安装容量的快速 增长，光伏系统的运行安全性和可靠性问题逐渐显露。在众多光伏失效模式中，由于各种动 态阴影遮挡、局部积尘(雪）W及自动太阳跟踪系统故障等引起的光伏组件表面福照非均匀 分布，进而产生太阳电池高溫热斑等问题，成为光伏组件失效的重要原因。非均匀福照下， 较低福照下的单体太阳电池输出电流变小，使得其两端处于反向偏置，从而产生局部过热 现象，运就是热斑现象，运种现象会消耗光伏组件的功率，严重的话甚至可能造成光伏组件 的永久失效。
[0003] 为深入研究光伏热斑可靠性问题，一些研究人员结合非均匀福照下光伏组件电学 模型与传热模型，对太阳电池反偏漏电流不均匀分布引起的组件溫升效应进行理论与实验 研究。
[0004] 然而，针对不同太阳电池反偏漏电流分布类型的热斑溫升研究尚未系统开展。典 型太阳电池缺陷如机械载荷引起的电池微裂纹、低纯材料与电池工艺引起的电池黑片、晶 体位错引起的点缺陷等，均可能引起非均匀福照分布情况下光伏组件的局部高溫。因此，提 供一种计算光伏组件热斑溫度方法，对进一步明晰非均匀福照分布下光伏组件失效机理非 常重要。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种光伏组件热斑溫度计 算方法，实现快速简便的模拟计算出光伏组件热斑溫度从而降低热斑发生的风险，提高光 伏组件的可靠性。
[0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0007] -种光伏组件热斑溫度计算方法，包括W下步骤：
[000引1)使用ANSYS软件模拟出光伏组件，光伏组件包括自上而下叠状分布的玻璃盖板、 上层EVA、太阳电池、下层EVA和TPT背板，其中太阳电池由S片电池片组成；
[0009] 2)输入太阳电池光伏组件各部分材料的导热系数；
[0010] 3)模拟太阳电池中的任意1片电池片被遮挡，该片被遮挡电池片表现为均匀产热 而成为引起热斑效应的第一内热源；
[001。 计算第一内热源的消耗功率，即为均匀发热部分消耗功率Pi = Vr X Ish，其中，Vr为 被遮挡电池片两端的反向偏置电压，Ish为被遮挡电池片的短路电流；
[0012] 4)设置边界条件，改变该片被遮挡电池片的被遮挡比例；
[0013] 5)输入第一内热源的发热功率，计算该被遮挡比例下该片被遮挡电池片的发热强 度和溫度上限值；
[0014] 6)模拟该片被遮挡电池片存在缺陷处，该片被遮挡电池片的缺陷处表现为非均匀 产热而成为引起热斑效应的第二内热源；
[001引计算第二内热源的消耗功率，即为非均匀发热部分消耗功率P2 = VrX(Impp2-Ish)， 其中，Impp2为(S-1)片电池片与被遮挡电池片串联后的最大功率点电流；
[0016] 7)设置边界条件，改变存在缺陷处的该片被遮挡电池片的被遮挡比例；
[0017] 8)输入第一内热源和第二内热源之和的总发热功率，计算该被遮挡比例下存在缺 陷处的该片被遮挡电池片的发热强度和溫度上限值；
[0018] 本发明进一步设置为:所述步骤6)中的该片被遮挡电池片的缺陷处，根据缺陷类 型包括点缺陷、线缺陷和面缺陷，分为电池片点缺陷、电池片线缺陷和电池片面缺陷。
[0019]本发明进一步设置为:所述电池片点缺陷，使用ANSYS软件模拟绘制正方 形作为电池片点缺陷。
[0020] 本发明进一步设置为:所述电池片线缺陷，使用ANSYS软件模拟绘制长 方形作为电池片线缺陷。
[0021] 本发明进一步设置为:所述步骤4)和步骤7)中的边界条件均为，包括将光伏组件 正面和背面的对流换热系数均设置为10W/V · Γ，设置光伏组件的正面有750W/V的热流， 设置光伏组件的玻璃盖板的发射率为0.95，设置TPT背板的发射率为0.89，设置环境溫度为 22 °C。
[0022] 本发明进一步设置为:所述步骤3)中的计算第一内热源的消耗功率和所述步骤6) 中的计算第二内热源的消耗功率均使用PVsyst软件。
[0023] 本发明进一步设置为:所述步骤5)中的第一内热源的发热功率为PVsyst中模拟的 数值，所述步骤8)中的第一内热源和第二内热源之和的总发热功率为PVsyst中模拟的数 值。
[0024] 与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
[0025] (1)利用ANSYS软件模拟绘制与计算，可W快速简便的模拟出太阳能电池组件可能 产生的热斑的溫度，节省时间，结果可靠。
[0026] (2)通过光伏组件热斑计算方法可W降低热斑发生的风险，从而提高光伏组件的 可靠性。
[0027] 上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下 面结合附图对本发明作进一步的描述。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明模拟的光伏组件的结构示意图；
[0029] 图2为本发明的光伏组件中1片电池片被遮挡的电池 IV特性图；
[0030] 图3为本发明的存在点缺陷的电池片示意图；
[0031] 图4为本发明的存在线缺陷的电池片示意图；
[0032] 图5为本发明的存在面缺陷的电池片示意图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
[0034] 本发明提供一种光伏组件热斑溫度计算方法，包括W下步骤：
[0035] 1)使用ANSYS软件模拟出光伏组件，如图1所示，光伏组件包括自上而下叠状分布 的玻璃盖板、上层EVA、太阳电池、下层EVA和TPT背板，其中太阳电池由S片电池片组成。
[0036] 2)输入太阳电池光伏组件各部分材料的导热系数，其中，ANSYS软件模拟所采用的 太阳电池组件主要材料的导热系数如下表1所示。
[0037]
[00；3引 表1
[0039] 3)模拟太阳电池中的任意1片电池片被遮挡，该片被遮挡电池片表现为均匀产热 而成为引起热斑效应的第一内热源；
[0040] 使用PVsyst软件计算第一内热源的消耗功率，即为均匀发热部分消耗功率Pi = Vr Xlsh，其中，Vr为被遮挡电池片两端的反向偏置电压，Ish为被遮挡电池片的短路电流；
[0041] 4)设置边界条件，改变该片被遮挡电池片的被遮挡比例；
[0042] 5)输入第一内热源的发热功率(PVsyst中模拟的数值），计算该被遮挡比例下该片 被遮挡电池片的发热强度和溫度上限值；
[0043] 6)模拟该片被遮挡电池片存在缺陷处，该片被遮挡电池片的缺陷处表现为非均匀 产热而成为引起热斑效应的第二内热源；
[0044] 使用PVsyst软件计算第二内热源的消耗功率，即为非均匀发热部分消耗功率P2 = VrX(Impp2-Ish)，其中，Impp2为(S-1)片电池片与被遮挡电池片串联后的最大功率点电流；
[0045] 7)设置边界条件，改变存在缺陷处的该片被遮挡电池片的被遮挡比例；
[0046] 8)输入第一内热源和第二内热源之和的总发热功率(PVsyst中模拟的数值），计算 该被遮挡比例下存在缺陷处的该片被遮挡电池片的发热强度和溫度上限值。
[0047] 在本发明模拟的S片电池片组成的电池串中，其中1片电池片被遮挡的电池 I-V(电 流-电压)特性图如图2所示，其中均匀产热部分是由于电池片本身的电阻引起的（图2中斜 纹阴影部分），另一部分非均匀产热的则是由于电池片本身的缺陷造成的，例如隐裂等会在 缺陷处产生非均匀反偏漏电流，因而消耗功率(图2中深色阴影部分）。
[004引可使用PVsyst软件先把两个内热源的消耗功率计算出来，然后再带入ANSYS软件 来计算。TSM-250P05Aof化ina Solar的光伏组件在短路的单块电池片被遮挡时产生的各 部分热如下表2所示。
[0049]
[(Κ)加]表2
[0051] 步骤4)和步骤7)中的边界条件均为，包括将光伏组件正面和背面的对流换热系数 均设置为10W/V · Γ，设置光伏组件的正面有750W/V的热流，设置光伏组件的玻璃盖板的 发射率为0.95，设置ΤΡΤ背板的发射率为0.89，设置环境溫度为22 Γ。
[0052] 步骤6)中的该片被遮挡电池片的缺陷处，根据缺陷类型包括点缺陷、线缺陷和面 缺陷，分为电池片点缺陷、电池片线缺陷和电池片面缺陷，分别如图3、图4和图5所示。
[0053] 针对电池片面缺陷，因为缺陷呈现面分布，所W缺陷的发热效率是均匀分布的，而 且缺陷部分的热效率比较小，此时仅计算被遮挡电池片的均匀发热即可;计算单片电池片 不同被遮挡比例下，该片被遮挡电池片的发热强度和溫度上限值，如下表3所示。
[0化4]
[Ο化5] 表3
[0056]针对电池片点缺陷，使用ANSYS软件模拟绘审正方形作为电池片点缺陷， 其他部分的设置和均匀发热的模型一样，计算单片电池片不同被遮挡比例下，存在点缺陷 的该片被遮挡电池片的发热强度和溫度上限值，如下表4所示。
[0化7]
[0化引 表4
[0059] 针对电池片线缺陷，使用ANSYS软件模拟绘制长方形作为电池片线缺 陷，其他部分的设置和均匀发热的模型一样，计算单片电池片不同被遮挡比例下，存在线缺 陷的该片被遮挡电池片的发热强度和溫度上限值，如下表5所示。
[0060]
[0061] 表 5
[0062] 分析上述表中数据可得，当单片电池片被遮挡时，电池片有缺陷的地方是溫度最 高的地方，即使在有缺陷的地方发热的效率非常小，但是因为一般电池片的有缺陷部分大 小也非常小，所W即使是很小的热也会让电池片的局部溫度非常高。而且不同遮挡情况下， 电池片的最大溫度点是影响组件可靠性的关键因素。
[0063] W上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该 了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，运些变化和改进 都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界 定。
【主权项】
1. 一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 使用ANSYS软件模拟出光伏组件，光伏组件包括自上而下叠状分布的玻璃盖板、上层 EVA、太阳电池、下层EVA和TPT背板，其中太阳电池由S片电池片组成； 2) 输入太阳电池光伏组件各部分材料的导热系数； 3) 模拟太阳电池中的任意1片电池片被遮挡，该片被遮挡电池片表现为均匀产热而成 为引起热斑效应的第一内热源； 计算第一内热源的消耗功率，即为均匀发热部分消耗功率Pi = Vr X Ish，其中，Vr为被遮 挡电池片两端的反向偏置电压，Ish为被遮挡电池片的短路电流； 4) 设置边界条件，改变该片被遮挡电池片的被遮挡比例； 5) 输入第一内热源的发热功率，计算该被遮挡比例下该片被遮挡电池片的发热强度和 温度上限值； 6) 模拟该片被遮挡电池片存在缺陷处，该片被遮挡电池片的缺陷处表现为非均勾产热 而成为引起热斑效应的第二内热源； 计算第二内热源的消耗功率，即为非均匀发热部分消耗功率P2 = VrX (Impp2_Ish)，其中， ImPP2为(S-1 )片电池片与被遮挡电池片串联后的最大功率点电流； 7) 设置边界条件，改变存在缺陷处的该片被遮挡电池片的被遮挡比例； 8) 输入第一内热源和第二内热源之和的总发热功率，计算该被遮挡比例下存在缺陷处 的该片被遮挡电池片的发热强度和温度上限值。2. 根据权利要求1所述的一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于:所述步骤6)中 的该片被遮挡电池片的缺陷处，根据缺陷类型包括点缺陷、线缺陷和面缺陷，分为电池片点 缺陷、电池片线缺陷和电池片面缺陷。3. 根据权利要求2所述的一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于:所述电池片点 缺陷，使用ANSYS软件模拟绘制正方形作为电池片点缺陷。4. 根据权利要求2所述的一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于:所述电池片线 缺陷，使用ANSYS软件模拟绘制长方形作为电池片线缺陷。5. 根据权利要求1所述的一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于:所述步骤4)和 步骤7)中的边界条件均为，包括将光伏组件正面和背面的对流换热系数均设置为10W/m 2 · °C，设置光伏组件的正面有750W/m2的热流，设置光伏组件的玻璃盖板的发射率为0.95，设 置TPT背板的发射率为0.89，设置环境温度为22°C。6. 根据权利要求1所述的一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于:所述步骤3)中 的计算第一内热源的消耗功率和所述步骤6)中的计算第二内热源的消耗功率均使用 PVsyst 软件。7. 根据权利要求6所述的一种光伏组件热斑温度计算方法，其特征在于:所述步骤5)中 的第一内热源的发热功率为PVsyst软件中模拟的数值，所述步骤8)中的第一内热源和第二 内热源之和的总发热功率为PVsyst软件中模拟的数值。
【文档编号】G06F17/50GK106066916SQ201610391326
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月3日 公开号201610391326.0, CN 106066916 A, CN 106066916A, CN 201610391326, CN-A-106066916, CN106066916 A, CN106066916A, CN201610391326, CN201610391326.0
【发明人】张臻, 吴军, 贾朋, 王磊, 宁楚珺, 祝曾伟
【申请人】河海大学常州校区