根據(jù)光伏電站設(shè)計(jì)規(guī)范，光伏組件串的最大串聯(lián)數(shù)應(yīng)按下列公式計(jì)算，Vdcmax為系統(tǒng)最大電壓，VOC為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的開(kāi)路電壓，t為光伏組件工作條件下的極端低溫。Kv為光伏組件開(kāi)路電壓溫度系數(shù)。由于光伏組件工作條件下的極端低溫很難獲得，所以行業(yè)一般按極端的環(huán)境溫度代入公式進(jìn)行VOC的溫度修正。
據(jù)相關(guān)學(xué)者或研究機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，按此設(shè)計(jì)組件串聯(lián)數(shù)，在實(shí)際工況下，組串的最高串電壓有一定的設(shè)計(jì)冗余，具有一定的提升空間，并且增加組件串聯(lián)數(shù)量后，可以節(jié)省系統(tǒng)成本。究其原因主要來(lái)自?xún)牲c(diǎn)，一是光伏組件處于運(yùn)行工況時(shí)的極端低溫與太陽(yáng)輻照強(qiáng)度、環(huán)境溫度有關(guān)。二是組件的開(kāi)路電壓并非固定不變，而是隨輻照強(qiáng)度的高低動(dòng)態(tài)變化，當(dāng)輻照強(qiáng)度降低，開(kāi)路電壓也隨著降低。
因此，基于VOC的影響因素，組件串聯(lián)數(shù)的優(yōu)化需要從VOC的輻照與溫度修正入手。
一、組件溫度與環(huán)境溫度的關(guān)系
行業(yè)對(duì)光伏組件溫度（一般是電池的溫度）的理論研究較多，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了不同的計(jì)算公式，如下面提到的NOCT法和熱傳遞模型計(jì)算法，其他的計(jì)算公式就不再一一介紹。
1）NOCT法：參考相關(guān)學(xué)者的研究，組件電池溫度、環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻照存在以下關(guān)系，
針對(duì)具體光伏電站設(shè)計(jì)，ta可取當(dāng)?shù)貥O端最低環(huán)境溫度。tNOC、ta確定以后，可通過(guò)上式計(jì)算出不同太陽(yáng)輻照強(qiáng)度（0-1000W/m2）下的tc值。當(dāng)組件在開(kāi)路狀態(tài)下，根據(jù)能量守恒，上式修正如下，η為組件的轉(zhuǎn)換效率。
2)PVsyst熱傳遞模型：
熱傳遞模型在之前的文章介紹多次，組件電池溫度與環(huán)境溫度，熱傳遞系數(shù)，太陽(yáng)輻照強(qiáng)度，組件效率等均有關(guān)系。其表達(dá)式如下。
式中，α為電池的吸收系數(shù)，默認(rèn)值94%。當(dāng)UC=25,Uv=1.2，風(fēng)速3m/s，即熱傳遞系數(shù)U等于29時(shí)，開(kāi)路狀態(tài)下效率為0，代入上式可得tc = ta + 0.033*G。
二、VOC輻照修正公式
基于光伏電池的單二極管物理模型，可推導(dǎo)出開(kāi)路電壓與輻照度之間的函數(shù)關(guān)系。忽略并聯(lián)電阻的影響（一般并聯(lián)電阻很大，并聯(lián)電阻的倒數(shù)對(duì)結(jié)果影響較?。敲撮_(kāi)路電壓與輻照的關(guān)系表達(dá)式可簡(jiǎn)化為：
將G=1000，Uoc=Uoc0代入上式，可求解得：
再重新代入公式可得到開(kāi)路電壓與輻照強(qiáng)度的關(guān)系式。
式中q為電子電荷，k為玻爾茲曼常數(shù)，A為二極管理想因子。一般取1-1.25之間，G0為STC條件下的標(biāo)準(zhǔn)輻照光強(qiáng)；T為絕對(duì)溫度。I0為二極管反向飽和電流。ISC0為STC條件下的短路電流。UOC0為STC條件下的開(kāi)路電壓。G為任意的輻照強(qiáng)度。Uoc為任意輻照強(qiáng)度下的開(kāi)路電壓。
三、任意輻照、任意環(huán)境溫度下的VOC修正公式
使用PVsyst熱傳遞溫度模型，結(jié)合VOC輻照修正公式可得到最終的表達(dá)式：
四、組件串聯(lián)數(shù)優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益
以某中東項(xiàng)目案例進(jìn)行評(píng)估分析，如下表所示，按上述公式，組件串聯(lián)數(shù)從27塊優(yōu)化到30塊一串，帶來(lái)支架樁基套數(shù)、電纜長(zhǎng)度的節(jié)省，系統(tǒng)成本可節(jié)省0.6美分/W（具體可根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目和造價(jià)水平進(jìn)行計(jì)算）。
結(jié)合組串逆變器不同組串電壓時(shí)的轉(zhuǎn)換效率曲線(xiàn)，如下圖可知，更高的運(yùn)行電壓有助于提升逆變器的轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)PV模擬以后發(fā)現(xiàn)，30塊一串時(shí)對(duì)應(yīng)逆變器轉(zhuǎn)換效率損失為1.2%，而27塊一串對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換效率損失率為1.4%，體現(xiàn)在首年發(fā)電小時(shí)數(shù)上，前者約增加5h，發(fā)電小時(shí)數(shù)相對(duì)提升0.2%，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
五、小結(jié)
上文提出了一種光伏組件串聯(lián)數(shù)的優(yōu)化修正方法，通過(guò)更精確地考慮輻照與溫度對(duì)開(kāi)路電壓（VOC）的動(dòng)態(tài)影響，突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的冗余限制。研究表明，結(jié)合輻照強(qiáng)度修正法與PVsyst熱模型溫度修正，可較準(zhǔn)確預(yù)估組件在實(shí)際運(yùn)行條件下的電氣行為，從而在保證系統(tǒng)安全的前提下，適當(dāng)增加每串組件數(shù)量。
該優(yōu)化方法在經(jīng)濟(jì)效益方面表現(xiàn)明顯：通過(guò)減少電纜、支架樁基等使用量及人工成本，有效降低初始投資（CAPEX），同時(shí)略微提升系統(tǒng)發(fā)電效率。因此，本方法尤其適用于大型光伏電站的精細(xì)化設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。