CN103165701B - 光伏电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏电池组件，包括：基板、位于基板上的多片光伏电池片、以及设置于所述基板周边的边框；其中，所述多片光伏电池片阵列排布，且所述基板至少有一条边至所述多片光伏电池片的最短距离大于所述边框与所述基板高度差的两倍。该光伏电池组件摒弃了现有的对称性结构设计，利用对电池片布局的非对称性，从根本上去掉了电池组件表面下端的电池被灰尘遮挡的可能性，在实际安装条件下，大大提高了光伏电池组件的光电转换效率。

Description

光伏电池组件

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电技术，特别是涉及一种光伏电池组件。

背景技术

光伏电池组件通常包括多片光伏电池片、基板及支撑框架。光伏电池片用于吸收太阳光能并将太阳光能转化为电能；基板用于承载多片光伏电池片，通常多片光伏电池片常用串并联方式连接在一起，以阵列形式均匀排布于基板上；支撑框架具有一定强度用于光伏电池组件的支撑及安装。

在光伏发电系统中，如光伏屋顶、大型沙漠光伏电站等，为了使阳光尽量多地被光伏电池吸收，或为充分利用屋顶等现实光照面，光伏电池组件的安装会与水平面存在一定的倾斜角(一般为20～45度)。而在大气中含有大量颗粒悬浮物的实际情况下，这样的安装状况容易在光伏电池组件的下端沉积灰尘，特别是电池组件通常设置有边框(一般采用阳极氧化铝合金)，由于边框对灰尘的阻挡，沉积的灰尘更容易堆积在电池组件的下端。

对已建成的大型光伏电站发电量的统计分析表明，现有光伏发电系统的光电转换效率都远低于标称值。究其成因，光伏电池组件表面特别是下端堆积的灰尘是罪魁祸首。现有的各种太阳能光伏电池组件都采用对称结构，因此组件在安装时没有方向限制，可根据安装场地的实际情况任意调整安装方向，如既可以横放也可以竖放。然而，现有的工程背景及所有的技术考虑都忽略了灰尘堆积的问题，安装倾斜的光伏电池组件，必然在组件的下端沉积灰尘，严重时几乎会遮挡最下端一整行光伏电池片的表面。这些灰尘阻断了太阳光照射到电池片核心层的光通路，使电池组件表面受光严重不均匀。光照充分的电池片其发电量大，被灰尘遮挡的电池片其发电量就小，遮挡越严重组件输出的电力就越小。由于光伏电池组件是由一定数量的光伏电池片通过串并联的方式组成的，光伏电池的这种相差悬殊的输出特性导致电池间互为充放电关系，发电大的电池发出的电被用来给发电少的电池充电，直接导致光伏组件输出功率大幅降低，同时电池相互充放电致使电池的温度升高，导致光电转换效率理论值进一步降低，电池组件的实际光电转换效率也就大大下降，结果是光伏电池组件发电量远远低于设计值。可见灰尘的堆积严重影响了光伏发电系统的发电能力并降低组件的可靠性和寿命。

申请号为CN201210317140.2的中国发明专利申请公开了一种包括毛刷、滚轮、电机等机电结构的光伏电池阵列除尘装置，用于给光伏电池进行除尘，该装置通过自动除尘机构替代人工用水清洗的除尘方式，在除尘方面节省了一定的人力、物力。然而，频繁对光伏电池进行除尘虽然可以在一定程度上减小灰尘堆积对光伏电池的影响，但这种除尘是间歇的，电池表面被灰尘覆盖仍然是常态，没有从根本上消除其影响，而且这种除尘过程仍会耗费大量人力、物力及时间，同时电池片表面的灰尘由堆积到去除的周期性变化并不能避免电池片间的相互充放电，因此仍会对电池组的可靠性和寿命有严重影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种光伏电池组件，通过优化布局结构提升组件在实际工作条件下的发电能力。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种光伏电池组件，包括：基板、位于基板上的多片光伏电池片、以及设置于所述基板周边的边框；其中，所述多片光伏电池片阵列排布，且所述基板至少有一条边至所述多片光伏电池片的最短距离大于所述边框顶端至所述基板表面高度差的两倍。

作为本发明的优选方案，所述基板至少有一条边至所述多片光伏电池片的最短距离大于所述边框顶端至所述基板表面高度差的两倍，且小于所述光伏电池片的边长。

作为本发明的优选方案，所述基板至少有一条边至所述多片光伏电池片的最短距离大于等于10mm且小于等于160mm。

作为本发明的优选方案，所述基板的一条边至所述多片光伏电池片的最短距离大于所述边框顶端至所述基板表面高度差的两倍，其余各边至所述多片光伏电池片的最短距离均小于等于所述边框顶端至所述基板表面高度差的两倍。进一步优选的，所述基板的一条边至所述多片光伏电池片的最短距离大于等于10mm且小于等于160mm；其余各边至所述多片光伏电池片的最短距离均小于10mm。

作为本发明的优选方案，所述基板相邻两边至所述多片光伏电池片的最短距离均大于所述边框顶端至所述基板表面高度差的两倍，其余各边至所述多片光伏电池片的最短距离均小于等于所述边框顶端至所述基板表面高度差的两倍。进一步优选的，所述基板的相邻两边至所述多片光伏电池片的最短距离大于等于10mm且小于等于160mm；其余各边至所述多片光伏电池片的最短距离均小于10mm。

作为本发明的优选方案，所述多片光伏电池片串联连接。进一步优选的，所述多片光伏电池片的列与列之间并联有二极管。

作为本发明的优选方案，所述光伏电池片为单晶硅光伏电池片或多晶硅光伏电池片。

作为本发明的优选方案，所述基板由上至下依次包括透明顶面层、密封材料以及背面层，所述多片光伏电池片位于密封材料之中。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的光伏电池组件摒弃了现有的对称性结构设计，利用对电池片布局的非对称性，从根本上去掉了电池组件表面下端的电池被灰尘遮挡的可能性，在实际安装条件下，大大提高了光伏电池组件的光电转换效率。由于电池片下端不再被大面积灰尘遮挡，大大缩短了光伏电池片之间相互充放电的频次与时间，电池片温度下降，极大地提升了组件的实际发电能力，同时有利于组件的可靠性提升与寿命的延长。此外，该光伏电池组件的加工工艺与现有工艺兼容，仅通过组件结构布局的改变与优化就可大大提高组件的发电能力，不增加产生成本，材料成本的增加有限，但多获得的发电量有大幅提升(特别是在灰尘多的地区，效果更加明显)，有很强的实用性。

附图说明

图1是现有技术中光伏电池组件结构的示意图；

图2是一实施例中光伏电池组件结构的示意图；

图3是图2中光伏电池组件结构的剖面示意图；

图4是现有技术中的一种光伏电池组件当其最下端一整排光伏电池片的入射光被完全覆盖时所测得的实验室特性曲线，其输出功率仅6.5瓦；

图5是图4中同一组件所有电池片都受光照射时(没有电池片被遮盖)的测试结果，其输出功率达185瓦；

图6是另一实施例中光伏电池组件结构的示意图；

图7是再一实施例中光伏电池组件结构的示意图。

具体实施方式

正如背景技术中提到的，实际的太阳能发电系统其运行中的发电能力远低于理想值，系统的光电转换效率远低于设计值。这种限制在实验室可以人为地模拟，结果表明对常用串联方式组成的太阳能光伏电池组件，其实际输出功率可低至最大值的4％左右。

发明人针对上述问题，经过研究后发现电池组边缘灰尘堆积并覆盖部分光伏电池片表面是导致光伏组件输出功率大幅降低的重要原因。现有的各种太阳能光伏电池组件都采用对称结构，即组件四周的材料、结构和物理尺寸完全一样，由72片，60片，36片等数目的电池片串联联接而成，如图1所示。因此组件在安装时没有方向限制，可根据安装场地的实际情况任意调整安装方向，如既可以横放也可以竖放。然而采用现有的对称结构，在光伏电池组件底部极易堆积灰尘，由于光伏电池组件是由一定数量的光伏电池片通过串并联的方式组成，光伏电池片之间由于灰尘覆盖会导致相差悬殊的输出特性，这使多片电池片形成了互为充放电的关系，严重影响了光伏发电系统的发电能力并降低了组件的可靠性和寿命。

在充分考虑电池组件的实际工作条件后，本发明打破传统思路，提出了一种非对称结构的光伏电池组件，通过改变组件的布局结构，能很好地提升光伏电池组件的发电能力。

下面结合附图进一步说明本发明的优选实施方式，为了示出的方便附图并未按照比例绘制。

实施例一

参阅图2、图3，本实施例提供的光伏电池组件，包括：基板101、位于基板101上的多片光伏电池片102，以及设置于所述基板101周边的边框103。所述光伏电池片102可以是单晶硅光伏电池片或多晶硅光伏电池片。所述基板101由上至下依次包括透明顶面层1011、密封材料1012以及背面层1013，所述多片光伏电池片102位于密封材料1012之中。所述透明顶面层1011可以采用光伏玻璃，密封材料1012可以是EVA(ethyl vinyl acetate，乙烯基乙酸乙脂)，背面层1013可以是Tedlar。

所述多片光伏电池片102在基板101上阵列排布，每行为12片光伏电池片102，每列为6片光伏电池片102。如图2所示，所述基板101的底边至所述多片光伏电池片102的最短距离x大于边框103顶端至所述基板102表面高度差h的两倍，通常h为3-5mm。所述基板101各边至所述多片光伏电池片102的最短距离是指光伏电池片102最靠近基板101边缘的各列或行至对应基板101各边的距离。在现有对称结构的光伏电池组件中这些距离通常是相等且较小的，一般为4-5mm。本实施例优选的，最短距离x大于所述边框顶端至所述基板表面高度差h的两倍，且小于所述光伏电池片的边长。具体地，所述最短距离x优选为大于等于10mm且小于等于160mm，其取值可根据实际情况而定，例如为10mm、30mm、50mm、100mm等；其余各边至所述多片光伏电池片102的最短距离均小于10mm，例如为5mm。

作为优选方案，所述多片光伏电池片102可采用串联连接。进一步优选的，在所述多片光伏电池片102的列与列之间可以并联二极管，用以抵抗多片光伏电池片的非均匀性。

需要说明的是，本实施例中提及的基板结构和优选材料以及光伏电池片的数量仅作为示例性说明，在实际应用中，对基板结构和材料的选用以及光伏电池片的数量应不仅限于此。

为了进一步验证本发明的有益效果，对光伏电池组件的工作特性进行了测试。图4为现有的对称结构光伏电池组件在最下端一排的6个电池片被遮盖(光线无法通过)时该组件的特性曲线，输出功率为6.5瓦左右。据此实验，可以推断实际使用时，由于组件底部的灰尘几乎将最下排的光伏电池片完全覆盖，因此光伏组件的输出功率会大幅降低。图5为采用本实施例的光伏电池组件所有电池片都受到均匀光照射(没有电池片被遮盖)时的测试结果，其输出功率达185瓦左右，相较于前者输出功率大幅提高。

采用本实施例的光伏电池组件(非对称性的布局)，在组件下端光伏电池片与基板边缘的距离增大，预留了空间用来承受灰尘的堆积，因此即使有灰尘积累也不会覆盖光伏电池片的表面。在实际安装条件下，这样结构的光伏组件的实际发电能力会大大提高。由于电池片不再被灰尘遮挡，大大缩短了光伏电池片之间相互充放电的频次与时间，电池片温度下降，相对而言进一步提升了发电能力，同时有利于组件的可靠性提升与寿命的延长。此外，该光伏电池组件的加工工艺与现有工艺兼容，仅通过布局的改变就可大大提高光电转换效率，基本不增加生产成本，有很强的实用性。

实施例二

如图6所示，本实施例提供的光伏电池组件与实施例一类似，包括：基板201、位于基板201上的多片光伏电池片202，以及设置于所述基板201周边的边框203。所述多片光伏电池片202在基板201上阵列排布。与实施例一不同之处在于，本实施例中，每行为6片光伏电池片202，每列为12片光伏电池片202。

由于本发明的光伏电池组件采用了非对称的设计，因此在实际安装时会出现横放和竖放的不同情况。考虑到不同的安装需求可分别设计用于横放和竖放的电池组件，实施例一适用于横放安装，实施例二用于对应的竖放安装。

实施例三

如图7所示，本实施例提供另一种光伏电池组件，包括：基板301、位于基板301上的多片光伏电池片302，以及设置于所述基板301周边的边框303。其中，所述光伏电池片302可以是单晶硅光伏电池片或多晶硅光伏电池片。所述基板301由上至下依次包括透明顶面层、密封材料以及背面层，所述多片光伏电池片302位于密封材料之中。所述透明顶面层可以采用玻璃，密封材料可以是EVA(ethyl vinyl acetate，乙烯基乙酸乙脂)，背面层可以是Tedlar。

所述多片光伏电池片302在基板301上阵列排布，每行为10片光伏电池片302，每列为6片光伏电池片302。如图7所示，所述基板301的底边至所述多片光伏电池片302的最短距离x1以及所述基板301的一侧边至所述多片光伏电池片302的最短距离x2均大于边框303顶端与基板302表面高度差的两倍。

本实施例优选的，最短距离x1及最短距离x2均大于所述边框顶端至所述基板表面高度差的两倍，且小于所述光伏电池片的边长。具体地，所述最短距离x1及最短距离x2均优选为大于等于10mm且小于等于160mm，其取值可根据实际情况而定，例如为10mm、30mm、50mm、100mm等；其余各边至所述多片光伏电池片102的最短距离均小于10mm，例如为5mm。

需要说明的是，本实施例中提及的基板结构和优选材料以及光伏电池片的数量仅作为示例性说明，在实际应用中，对基板结构和材料的选用以及光伏电池片的数量应不仅限于此。

作为优选方案，所述多片光伏电池片302可采用串并联连接。进一步优选的，在所述多片光伏电池片302的列与列之间可以并联二极管，用以抵抗多片光伏电池片的非均匀性。

本实施例提供的光伏电池组件考虑了不同安装的需求，既可用于横放也可竖放，更便于实际安装。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (2)

1.一种光伏电池组件，包括：基板、位于基板上的多片光伏电池片、以及设置于所述基板周边的边框，其特征在于，所述多片光伏电池片阵列排布，且所述基板的一条边至所述多片光伏电池片的最短距离大于所述边框顶端至所述基板表面高度差的两倍且小于所述光伏电池片的边长，其余各边至所述多片光伏电池片的最短距离均小于等于所述边框顶端至所述基板表面高度差的两倍；所述多片光伏电池片串联连接，且所述多片光伏电池片的列与列之间并联有二极管；所述光伏电池片为单晶硅光伏电池片或多晶硅光伏电池片；所述基板由上至下依次包括透明顶面层、密封材料以及背面层，所述多片光伏电池片位于密封材料之中。

2.根据权利要求1所述的光伏电池组件，其特征在于，所述基板的一条边至所述多片光伏电池片的最短距离大于等于10mm且小于等于160mm；其余各边至所述多片光伏电池片的最短距离均小于10mm。