图2：实际太阳能电池等效电路图

在理想太阳能电池中（见图1），把光照下的P-N结看做一个恒流源G和理想二极管并联，光生电流Iph，R为外负载。而在实际太阳能电池中（见图2），将电池材料本身以及不可避免引入的附加电阻用串联电阻Rs来表示，将漏电流等其他缺陷造成的电阻用并联电阻Rsh来表示，电路中电流之间的关系为：

当外负载电阻趋于无穷大，即电池两端开路，此时流过R的电流I=0，此时V即为开路电压Voc，因此：

由此可以看出，开路电压Voc随着并联电阻Rsh的增大而增大，不受串联电阻Rs的影响。

当外负载电阻趋于0，即电池两端短路，此时I即为短路电流Isc，因此短路电流Isc随着Rs的减小而增大，而不会受到并联电阻的影响。

根据电池的转换效率公式：

要想增大光伏组件的输出功率，如何做到减小串联电阻Rs而增大其并联电阻Rsh是至关重要的。下图展示了华阳检测的分析研究结果：

图3：并联电阻对输出性能的影响

图4：串联电阻对输出性能的影响

除了理论分析，华阳检测也考察了大量的实际检测数据，结果的确与上述分析一致（由于行业保密制度，此处不展示实际数据），但在下图中展示了新南威尔士大学晶硅太阳电池的数据，从图可知，在标准光强下，当Rsh＜100Ω时，对开路电压的影响非常大；随着Rsh的增大，电池片的填充因子FF和最大输出功率均在变大。

图5：标准光强下并联电阻对开路电压的影响对比（T=300K）

因此，为了提升光伏组件在标准条件下的功率，电池和组件厂家一直在提升并联电阻Rsh的同时降低串联电阻Rs。

三、串、并联电阻对光伏组件在弱光条件下电性能的影响

前面分析了串、并联电阻对光伏组件在STC条件下输出功率的影响，但是在实际环境中，大部分地区户外的实际辐照度都要小于1000W/m2，一般将辐照度低于1000W/m2的光照定义为弱光，晶硅组件在弱光条件的发电能力称为弱光性能。下图为南京地区年水平辐照强度的分布，可以看出辐照度低于200W/m2约占38.18%，在400-600 W/m2之间约占20%，600-800 W/m2约占11%，所以光伏系统全年发电量的大小取决于组件在弱光下的发电能力，尤其对于辐照度水平较低的国家和地区。因此，对于光伏电站投资者，不单单要关注光伏组件的铭牌参数（STC条件下的电性能参数），更要关注光伏组件在弱光条件下的发电性能。

图6：南京地区年水平辐照度分布（%）（数据来源：Meteonorm6.1气象软件）

晶硅组件在弱光下主要体现在电池片的开路电压Voc的降低，进而导致电池片的效率降低，下图是不同并联电阻值的多晶组件在户外测试条件下组件开路电压Voc随辐照的变化趋势，结果表明，高辐照度下Voc相差较小的6块组件，当处在相同的弱光条件下时，Rsh越低，Voc下降幅度越大。

图7：弱光下多晶组件的Voc随太阳辐照的变化趋势（供参考）

接下来我们使用PVsyst 6.8.5软件，分析探讨Rsh和Rs这两个参数对组件弱光条件下输出功率的影响。直接调用软件数据库中XXX-380M组件，将Rsh（Gref）固定为800Ω，Rsh（0）默认为Rsh(Gref)的4倍，Rsh（exp）=5.5，将Rs（module）值分别手动设置为0.25Ω和0.30Ω和0.35Ω，使用PVsyst软件可得到不同辐照度下组件的峰值功率Pmax，结果参考下表。

图8：Rs对光伏组件弱光性能的影响（Rsh=800Ω）

从以上结果可以发现，当Rs（module）以0.05Ω变化时，弱光损失的变化幅度约在1%左右（400W/m²），即Rs（module）的对光伏组件弱光性能的影响很大，Rs越大，弱光性能越好。

仍以XXX-380M为例，当Rs（module）固定为0.30Ω不变，Rsh（Gref）分别取为400Ω，600Ω和800Ω，Rsh (0)是Rsh(Gref)的4倍，Rsh（exp）=5.5，使用PVsyst软件可得到不同辐照度下的峰值功率Pmax，结果参考下表。

图9：Rsh对光伏组件弱光性能的影响（Rs=0.30Ω）

从以上模拟结果可知提高并联电阻Rsh后，组件的弱光性能有一定的改善，但是提升幅度非常小。

综上所述，并联电阻增大、串联电阻提高均有利于组件弱光性能的提升。而并联电阻主要与电池结构有关，如单晶PERC电池由于更高的并联电阻因而弱光发电能力优于多晶组件。但对于同类型电池，且并联电阻大于400Ω时，并联电阻对弱光性能的影响则较小，此时串联电阻的影响则非常显著。光伏电站实际运行中，绝大部分时间工作在弱光条件下，低辐照度下组件的输出特性，很大程度上影响系统的发电能力，因此，低辐照度下组件的性能测试就显得更加重要，应该作为光伏组件选型时的重要指标之一。

下图为光伏组件脉冲模拟器实物照片。

来源：华阳检测；略有修改

免责声明：本公众号原创或转载文章仅代表作者本人观点，公众号平台对文中观点不持态度。如内容有不实或者侵权，请留言与本站联系。 返回搜狐，查看更多