光伏组件工作温度的确定方法及热平衡模型的构建方法技术

本发明专利技术提供了一种光伏组件工作温度的确定方法及热平衡模型的构建方法，包括：获取光伏组件对应的各性能参数的特征值、该光伏组件所处工作环境对应的各环境参数的特征值；基于预先构建的热平衡模型，将上述各特征值作为该热平衡模型的输入值，计算得到所述光伏组件的工作温度；其中，所述热平衡模型是通过将所述光伏组件划分为若干子单元，并根据各子单元对应的热传输平衡公式所获得的。上述方法能够更精确地获取光伏组件不同材料层及位置区域的工作温度，测试结果更好地反映待测光伏组件工作状况，有助于评估光伏组件及相关生产物料的性能，亦利于保证光伏系统运行的安全性和可靠性，也为光伏组件定型和光伏系统的设计提供更有效的参考。

Determination method of PV module working temperature and construction method of heat balance model

【技术实现步骤摘要】
光伏组件工作温度的确定方法及热平衡模型的构建方法
本专利技术涉及光伏测试
，特别涉及一种光伏组件工作温度的确定方法及热平衡模型的构建方法。
技术介绍
当今社会对能源的需求日益增长，而太阳能作为一种清洁、潜力巨大的可持续能源，其开发应用受到越来越多的关注。近些年，国内外投建与运营的光伏电站逐年增多，市场对于光伏组件的性能及转换效率也提出了更高的要求，光伏组件工作的稳定性与可靠性问题亦需予以重视。周知地，光伏组件和电池片的效率会随着温度的变化出现明显的变化，所以光伏组件的工作温度是影响光伏组件输出的一个重要因素。光伏系统实际运行过程中，往往会出现温度偏高，从而导致光电转换效率的降低，还会对光伏组件的安全可靠性带来影响。因此，对光伏组件的实际工作温度进行模拟预估有助于光伏系统的设计。另一方面，厂商经常需对不同规格批次的光伏组件进行额定工作温度(NMOT)测试，但测试设备要求与测试条件较高，且测试周期较长，费用较高，不利于数据的收集。NMOT测试是指在标准参考环境条件下，即光伏组件安装角度为37.5±2°、整体辐照度为800W/m2、环境温度为20℃、风速为1m/s、连接电子负载使光伏组件在最大功率点(MPPT)附近工作，在此特定的条件下，测试得到的光伏组件的工作温度(NMOT)可以作为光伏组件在现场工作时的参考，对于光伏组件定型和系统设计具有较大参考价值。现有一种预测光伏组件工作温度的方法，通过采集环境参数，并建立光伏组件的能量平衡公式，进而计得相应光伏组件的工作温度。但上述方法未考量光伏组件中不同位置区域、不同材料层(盖板、第一封装层、电池串、第二封装层、背板)的温度差异；且当光伏组件板型规格或相关物料变换时，亦不能较好地测试分析其对工作温度的影响。因此，有必要提供一种新的光伏组件工作温度的确定方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种光伏组件工作温度的确定方法及热平衡模型的构建方法，能够更精确地模拟测试光伏组件的工作温度，并有助于评估光伏组件及相关生产物料的性能，也可为光伏组件定型和光伏系统的设计提供更有效的参考。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种光伏组件工作温度的确定方法，主要包括：获取光伏组件对应的各性能参数的特征值、该光伏组件所处工作环境对应的各环境参数的特征值；基于预先构建的热平衡模型，将上述各特征值作为该热平衡模型的输入值，计算得到所述光伏组件的工作温度；其中，所述热平衡模型是通过将所述光伏组件划分为若干子单元，并根据各子单元对应的热传输平衡公式所获得的。作为本专利技术的进一步改进，所述光伏组件划分为若干在层压方向上依次层叠的子单元。作为本专利技术的进一步改进，所述子单元包括盖板、第一封装层、电池片层、第二封装层及背板；所述性能参数包括光伏组件的总输出功率、和/或光伏组件的面积、和/或光伏组件的安装角度、和/或各子单元的反射率、和/或各子单元的透射率、和/或各子单元的厚度、和/或各子单元的导热系数、和/或各子单元的发射率、和/或相邻子单元之间的热阻；所述环境参数包括太阳辐照强度、和/或环境温度、和/或地面温度、和/或盖板表面的风速、和/或背板表面的风速、和/或天空的发射率、和/或地面的发射率。作为本专利技术的进一步改进，各子单元对应的热传输平衡公式的确定包括：对于每一子单元，确定该子单元的各吸热途径对应的功率函数，并求和得到吸热总功率函数；对于每一子单元，确定该子单元的各放热途径对应的功率函数，并求和得到放热总功率函数；确定所述吸热总功率函数与所述放热总功率函数的相等关系，以得到每一子单元对应的热传输平衡公式。作为本专利技术的进一步改进，若子单元为盖板，其吸热途径包括：太阳辐照、盖板和第一封装层间热传导，其放热途径包括：盖板与天空之间的热辐射、盖板与地面之间的热辐射、盖板与空气之间的热对流、通过盖板透射的太阳辐照、通过盖板反射的太阳辐照，则盖板的热传输平衡公式如下：I+Rcond＝Rfs+Rfg+Rfa+Iρf+IτfI为太阳辐照值，ρf为盖板的反射率，τf为盖板的透射率，Rcond为盖板与第一封装层之间的热传导，Rfs为盖板与天空之间的热辐射，Rfg为盖板与地面之间的热辐射，Rfa为盖板与空气之间的热对流；若子单元为第一封装层，其吸热途径包括：通过盖板透射的太阳辐照、电池片层和第一封装层之间的热传导，其放热途径包括：盖板和第一封装层间热传导、通过第一封装层反射的太阳辐照、通过第一封装层透射的太阳辐照；则第一封装层的热传输平衡公式为：Iτf+Rce1＝Rcond+Iτfρe1+Iτfτe1Rce1为第一封装层与电池片层之间的热传导，ρe1为第一封装层的反射率，τe1为第一封装层的透射率；若子单元为电池片层，其吸热途径包括：通过第一封装层透射的太阳辐照，放热途径包括：光电输出功率、电池片层与第一封装层的热传导、电池片层与第二封装层的热传导、通过电池片层反射的太阳辐照；则电池片层的热传输平衡公式为：P为待测光伏组件的总输出功率，A为该待测光伏组件的面积，ρc为电池片层的反射率，Rce2为电池片层与第二封装层之间的热传导；若子单元为第二封装层，其吸热途径包括：电池片层和第二封装层的热传导，放热途径包括：第二封装层和背板的热传导，第二封装层的热传输平衡公式为：Rce2＝Rbe2Rbe2为背板与第二封装层之间的热传导；若子单元为背板，其吸热途径包括：第二封装层和背板的热传导，放热途径包括：背板和太空的热辐射、背板和地面的热辐射、背板和空气的热对流，其热传输平衡公式为：Rbe2＝Rbg+Rbs+RbaRbg为背板与与地面之间的热辐射，Rbs为背板与天空之间的热辐射，Rba为背板与与空气之间的热对流。作为本专利技术的进一步改进，TE1为第一封装层的温度，Tf为盖板的温度，R1为盖板与第一封装层之间的热阻，其中，δf为盖板的厚度，δE1为第一封装层的厚度，λf为盖板的导热系数，λE1为第一封装层的导热系数；σ为波兹曼常数，σ＝5.67×10-8，Ffs为盖板与天空之间的角系数，其中，θ为待测光伏组件的安装角度，εf为盖板的发射率，εs为天空的发射率，Tf为盖板的温度，Ts为天空的温度，其中Ta为环境温度；Ffg为盖板与地面之间的角系数，εg为地面发射率，Tg为地面温度；Rfa＝hfa(Tf-Ta)，其中hfa为盖板与空气之间的热对流系数；Tc为电池片的温度，R2为第一封装层与电池片之间的热阻，其中δc为电池片的厚度，λc为电池片的导热系数；TE2为第二封装层的温度，R3为电池片与第二封装层之间的热阻，其中δE2为第二封装层的厚度，λE2为第二封装层的导热系数；Tb为背板的温度，R4为第二封装层与背板之间的热阻，其中δb为背板的厚度，λb为背板的导热系数；Rbg＝σFbg(εbTb4-εgTg4)，Fbg为背板与地面之间的角系数，εb为背板发射率；Rbs＝σFbs(εbTb4-εsTs4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏组件工作温度的确定方法，其特征在于，/n获取光伏组件对应的各性能参数的特征值、该光伏组件所处工作环境对应的各环境参数的特征值；/n基于预先构建的热平衡模型，将上述各特征值作为该热平衡模型的输入值，计算得到所述光伏组件的工作温度；其中，所述热平衡模型是通过将所述光伏组件划分为若干子单元，并根据各子单元对应的热传输平衡公式所获得的。/n

【技术特征摘要】
1.一种光伏组件工作温度的确定方法，其特征在于，
获取光伏组件对应的各性能参数的特征值、该光伏组件所处工作环境对应的各环境参数的特征值；
基于预先构建的热平衡模型，将上述各特征值作为该热平衡模型的输入值，计算得到所述光伏组件的工作温度；其中，所述热平衡模型是通过将所述光伏组件划分为若干子单元，并根据各子单元对应的热传输平衡公式所获得的。


2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述光伏组件划分为若干在层压方向上依次层叠的子单元。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述子单元包括盖板、第一封装层、电池片层、第二封装层及背板；所述性能参数包括光伏组件的总输出功率、和/或光伏组件的面积、和/或光伏组件的安装角度、和/或各子单元的反射率、和/或各子单元的透射率、和/或各子单元的厚度、和/或各子单元的导热系数、和/或各子单元的发射率、和/或相邻子单元之间的热阻；所述环境参数包括太阳辐照强度、和/或环境温度、和/或地面温度、和/或盖板表面的风速、和/或背板表面的风速、和/或天空的发射率、和/或地面的发射率。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，各子单元对应的热传输平衡公式的确定包括：
对于每一子单元，确定该子单元的各吸热途径对应的功率函数，并求和得到吸热总功率函数；
对于每一子单元，确定该子单元的各放热途径对应的功率函数，并求和得到放热总功率函数；
确定所述吸热总功率函数与所述放热总功率函数的相等关系，以得到每一子单元对应的热传输平衡公式。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若子单元为盖板，其吸热途径包括：太阳辐照、盖板和第一封装层间热传导，其放热途径包括：盖板与天空之间的热辐射、盖板与地面之间的热辐射、盖板与空气之间的热对流、通过盖板透射的太阳辐照、通过盖板反射的太阳辐照，则盖板的热传输平衡公式如下：
I+Rcond＝Rfs+Rfg+Rfa+Iρf+Iτf
I为太阳辐照值，ρf为盖板的反射率，τf为盖板的透射率，Rcond为盖板与第一封装层之间的热传导，Rfs为盖板与天空之间的热辐射，Rfg为盖板与地面之间的热辐射，Rfa为盖板与空气之间的热对流；
若子单元为第一封装层，其吸热途径包括：通过盖板透射的太阳辐照、电池片层和第一封装层之间的热传导，其放热途径包括：盖板和第一封装层间热传导、通过第一封装层反射的太阳辐照、通过第一封装层透射的太阳辐照；则第一封装层的热传输平衡公式为：
Iτf+Rce1＝Rcond+Iτfρe1+Iτfτe1
Rce1为第一封装层与电池片层之间的热传导，ρe1为第一封装层的反射率，τe1为第一封装层的透射率；
若子单元为电池片层，其吸热途径包括：通过第一封装层透射的太阳辐照，放热途径包括：光电输出功率、电池片层与第一封装层的热传导、电池片层与第二封装层的热传导、通过电池片层反射的太阳辐照；则电池片层的热传输平衡公式为：



P为待测光伏组件的总输出功率，A为该待测光伏组件的面积，ρc为电池片层的反射率，Rce2为电池片层与第二封装层之间的热传导；
若子单元为第二封装层，其吸热途径包括：电池片层和第二封装层的热传导，放热途径包括：第二封装层和背板的热传导，第二封装层的热传输平衡公式为：
Rce2＝R...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆悦，延刚，尉元杰，唐景，吴中海，邓士锋，
申请(专利权)人：阿特斯光伏科技苏州有限公司，苏州阿特斯阳光电力科技有限公司，常熟阿特斯阳光电力科技有限公司，阿特斯阳光电力集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32