光伏（PV）系统的功率电源组件，比如电网逆变器，具有最大和最小输入电压值；因此，需要根据具体项目情况，相应调整电源组件的电压值，从而确保系统正常运行。在进行电压的校正和计算之前，重要的是，需要了解光伏组件电压和电流输出的基本知识，以及随气温、日照强度（辐射）变化的关系。

光伏组件有两个不同的电压值：开路电压（Voc）和最大功率电压（Vmp）。当光伏组件上没有接任何负载，并且没有电流通过的时候，我们称此时的电压为开路电压（Voc）。最大功率电压（Vmp）指的是，光伏组件处于最大功率时所产生的电压。

图1的黄色线是一条典型的电流—电压曲线，开路电压（Voc）最大值出现于黄色线右下方与横轴相交处。此时，电压最大，电流为零。最大功率电压（Vmp）则出现在图示两条曲线的拐点处。在光伏组件中，开路电压（Voc）值总是比最大功率电压（Vmp）值大。光伏组件制造商通常会在同一个图上显示功率—电压曲线，如图中蓝色线所示。

 

https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz/k7H7ryoxSLoVvZUac7nqwwOlHuvEWq9mnia3icLBe3XrHkJ8NdeTu6g1l5ZawV1KIFqLEfb41MLZ10Eib4j5h9ftQ/640?wx_fmt=png图1：一条典型的光伏组件电流－电压关系曲线，显示了在特定温度和辐射水平下，各因素之间关系。本图也显示了该光伏组件功率—电压的关系。从电流-电压曲线（IV  curve，黄色）的拐点处画一条垂线与横轴相交，得到最大功率电压（Vmp）。同样地，从拐点向左画一条垂线，与纵轴相交，得到最大功率电流（Imp）。最大功率电压（Vmp）和最大功率电流（Imp）相乘即为最大功率(Vmp × Imp)，单位为瓦特。电流-电压曲线（IV  curve，黄色）上的最后一个需要注意的数值是图1左上角的短路电流（Isc）值，它发生在光伏组件的正极和负极短路的情况下。虽然这种情况可能不会导致光伏组件损坏，但是由于光伏组件内仍有电流经过，因此，切断电流必须格外小心，不当的操作会产生难以熄灭的直流电弧。

所有的光伏组件会在出厂规格清单上列出五个数值，每一个光伏组件上必须有上述标签。标签上所显示的数值均为标准工况(standard test conditions, STC)条件。对于光伏组件电压和电流值而言，此时的标准工况(standard test conditions, STC)为25℃（77°F），辐照度为1000W/m2。

光伏组件的温度和环境温度存在函数关系。根据环境温度，可以利用文中提到的一些工具来估算光伏组件的温度；辐照度可以在晴天的海平线上测得。由于温度和辐照值在一天之中持续变化，因此，我们的工作是衡量这些因素如何影响光伏组件的电压和电流。

由于光伏组件所产生的电流与太阳辐射程度成正比，辐照度越高，有越多的电子从光伏电池中流向负载。光伏组件所产生的电压受辐照值的影响并不大。实际上，图2显示的就是一个与辐照相关的典型的光伏组件四曲线图，光伏组件的电压受辐照水平的影响很小。在200 W/m2的辐照条件下，晶体光伏组件会产生约90%的额定电压。随着辐照值的升高，电压升高相对缓慢。因此，本文的初衷和设计实践大致类似，都是基于安全的假设，如果周围有日光照射，那么光伏组件有能力输出全部额定电压。

https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz/k7H7ryoxSLoVvZUac7nqwwOlHuvEWq9mcc4ESxiazCET8d5ZEusGDsqVAibjrH6zqOVop7U8WEdiaFGXkAnIFsT9w/640?wx_fmt=png

图2。一个光伏组件的电流-电压曲线随太阳辐射强度而变化。如图所示，尽管电流随着辐照值大幅波动，电压却相对稳定。光伏组件的电压输出实际上是一个变量，它主要受环境温度影响。光伏组件电压和环境温度成反比：温度升高，电压值减小，反之亦然。你可以在图3中看到这种关系。在系统设计的时候，必须考虑这两个因素。当温度很低时，光伏组件电压将升高；当温度升高时，光伏组件的电压将下降。这是光伏系统设计中所不可回避的两个要素，只要正确地将这两个因素考虑进去，阵列中就不会出现运行问题- 至少不会出现电压问题。https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz/k7H7ryoxSLoVvZUac7nqwwOlHuvEWq9mtmmGPRd9bePtCvVHauxjmM35FnOZJQAAzK0K7qmsGuiayicbnkrFAt4w/640?wx_fmt=png图3：随着温度的变化，光伏组件的电流与电压曲线也将改变，尤其是电压。光伏组件制造商会用温度系数（TCs）来表示光伏组件随温度的变化的情况，通常由一个百分数表示：例如TC VOC = -0.35% /°C，即，温度每变化1°C，光伏组件的开路电压会反向发生0.35％的变化。例如，光伏组件的温度降低1°C，电压则升高0.35%。这是晶体光伏组件的基本参数。
关于温度系数（TC），有两个需要额外注意的点：一、对每一个光伏组件来说，开路电压（Voc）和最大功率电压（Vmp）均与温度系数的变化有关，需要分别计算。其次，光伏组件制造商将额定温度设为25°C。这意味着在使用温度系数的时候，需要算出光伏组件在标准工况(standard test conditions, STC)为 25°C下的温度。每天早晨，即使是微弱的阳光也能将光伏组件“唤醒”。由于光伏组件的阵列被安装在室外，其工作温度跟夜间空气温度完全一样。当太阳还未升起时，光伏组件不会产生任何电流，这意味着其电压直接进入了开路电压（Voc）模式。如果光伏组件工作温度低于标准工况(standard test conditions, STC)为25°C环境温度值，那么，该光伏组件的开路电压（Voc）值实际上大于光伏组件标准的电压值。为了讨论方便，我们假定光伏组件的温度与室外黎明的环境温度相等。您将需要估测一个新的光伏组件电压值，以便对没有排列在一起，并且电源电流最大输入值超过额定最大值的光伏组件进行验证。
当太阳升高到可以照射到光伏组件阵列时，将会产生足够的辐照以产生电流，这将导致光伏组件电压从开路电压（Voc）降至最大功率电压（Vmp）附近。这时光伏组件的电压值是温度的函数。随着时间的推移，光伏组件暴露在太阳辐照下的时间加长，温度将持续上升。最终温度不仅取决于周围的环境温度，也取决于光伏组件附近任何可以导热的物体，比如屋顶。所以，如果要在下午估测光伏组件的温度，可以参考以下数值：a当光伏组件和屋顶表面之间距离小于6英尺时：光伏组件温度 =室温+35℃。b当光伏组件和屋顶表面之间距离超过6英尺时：光伏组件温度 =室温+30℃。c杆顶或高架的光伏组件上：光伏组件温度 =室温+25℃。这些数值被业内广泛接受，并且被许多光伏组件制造商用来测试不同温度下光伏组件的电压。这种算法有助于检测阵列中的光伏组件是否足够保证夏季的电力运行。
在我们的讨论中，你可能想知道，计算中什么样的温度才合适。答案是，你自己觉得舒服就好。有的人在计算中会将历史最高和最低气温作为基础数据，这可能过于保守，但肯定不会受到主管部门 (AHJs) 质疑。更常见的做法是采用由美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）提供的数据。他们收集并公布了一年中不同季节的平均气温值。对于光伏发电系统而言，设计师们寻找的就是最低预测气温值和2％最高气温。2％最高气温在夏季14个小时后会被超过。 2011年美国国家电气规范（NEC）在690.7中引用了美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）的数据。你可以在美国太阳能规范与标准协会（Solar ABCs）的网站：www.solarabcs.org上找到这样的气候数据。网站的快速通道里有一个互动地图，可以找到更多有价值的资源。不管怎么说，没有什么比实例更有说服力了。
我们假设，光伏组件额定电压、温度系数（TCs）和预期温度值如下：a开路电压=44.4b最大功率电压 =35.4c开路电压温度系数= -0.33/°Cd最大功率电压温度系数= -0.45％/℃e光伏阵列安装在加利福尼亚的萨克拉门托，距离屋顶表面5英尺的地方（依据solarabcs.org，其最低气温为- 3°C，2%最高气温为37°C）
我们首先要计算的是调整后的开路电压（VOC）。2011年美国国家电气规范（NEC）690.7部分中列出了用于调节开路电压（VOC）的组件要求。简言之，如果光伏组件的制造商提供了温度系数，那么你就用这个系数来计算光伏组件在低温条件下的电压值。
如果制造商没有提供温度系数，而且你所使用的光伏组件基于一种结晶技术，那么你可以使用表690.7来估测光伏组件的电压。美国国家电气规范（NEC）的估算总是会比实际值保守，所以，在实际计算中将会是有用的。如果你所使用的不是结晶技术，那么你需要重新进行计算，因为这时表中所列数值将不再适用。
要计算光伏组件的调整电压，可以使用下列公式：Vadj = Voc × {100% + [(Tmod - 25°C) × TC Voc]}其中，•Vadj是依温度变化而调节的电压• Voc是光伏组件额定开路电压•Tmod是光伏组件的温度•25°C是标准工况（STC）下的温度•TC Voc =开路电压温度调整系数，单位是%/°C代入上述数值，可以得出以下结论：Vadj =44.4V×{100％+（-3°C - 25°C）×-.33％/°C]}=44.4V×{100％+[（-28°C）×-.33％/°C]}=44.4V×{100％+9.24％}=44.4V×{109.24％}=48.5V
上面的公式说明，当我们决定在一个特定的逆变器或其他电源设备上安置光伏组件时，我们要用一个48.5V的开路电压（而不是44.4V）。这与美国国家电气规范（NEC）有关，如果设备承载的电压过大，不仅会对设备造成损坏，也会对人产生伤害。
另外一个需要计算的是高温条件下的最大功率电压（Vmp）。由于美国国家电气规范（NEC）里没有说明这一点，因此要使用公式来进行计算，比如，没有相应的参考表格来计算光伏组件的低温电压值，在这种计算中，公式完全相同，只需要将不同的值代入即可。
首先要考虑的变量是光伏组件的温度。如前所述，光伏组件的温度是环境温度的函数，可以通过光伏阵列的公式计算。在这种情况下，因为光伏阵列安装在距离屋顶表面5英尺的地方，因此，这里估算光伏组件的温度应比环境温度高35°C，即，光伏组件温度 = 37°C + 35°C = 72°CVadj = Vmp × {100% + [(Tmod - 25°C) × TC Vmp]}其中，•Vadj是依温度变化而调节的电压•Vmp是最大功率电压•Tmod是光伏组件的温度•25°C是标准工况（STC）下的温度•TC Vmp =最大功率电压温度调整系数，单位是%/°C同样的，代入上述数值，可以得出以下结论：Vadj =35.4V×{100％+（72°C - 25°C）×-.45％/°C]}=35.4V×{100％+（47℃）×-.45％/℃]}=35.4V×{100％+-21.15％}=35.4V×{78.85}％=27.9V
这一结果导致光伏组件在夏季只能产生27.9V电压。因此，需要确保有足够的光伏组件串联在一起，从而保证调试后的电压值在低温情况下也能保持在最低额定电压和最高额定电压之间。
如果你使用可以承受200V~500V之间的逆变器，光伏组件的数量可以这样计算：500V÷48.5V=10.3然后，你可以放置最多不超过10个光伏组件的阵列，并使它的温度保持在该地区预期最高温度值之下。最低温度条件下所需要的光伏组件的数量为：200V÷27.9V=7.2
因此，你需要至少八个排列在一起的光伏组件，以高于该地区的最低温度。
正如你所看到的，这些计算过程是光伏能源系统设计的一个重要部分。事实上，许多电气制造商，特别是电网逆变器制造商，会提供一些在线的计算程序以便选择。然而，我们不应该完全依赖它，因为这并不是这些网站的主要用途。在使用这些计算器之前，经常需要点一个“确认”按钮，承认他们提供的信息可能不太准确。然而，在检查的时候，它们确实是一个好工具。

注梅菲尔德（Mayfield）是美国俄勒冈州科瓦利斯可再生能源协会（Energy Associates）的主要负责人之一

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