CN107204378B - 一种太阳能电池板组件及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池板组件及其控制方法，属于太阳能电池装备技术领域。为了便于为太阳能电池智能组件供给能量，本发明通过在基本不改变原有太阳能组件工艺的基础上，增加一道工艺，将电容器的介质材料金属化薄膜夹入到太阳能组件之中，形成大的平板薄膜电容器，从而实现太阳能组件与电容器一体化，利用电容器的充放电功能来储存和供给能量。电容器介质材料采用的金属化薄膜的厚度小，太阳能组件的面积大，从而在增加太阳能组件厚度很小的情况下，可以实现大的储电量；并且整个的制造工艺简单，增加的重量小，成本低，使用寿命长等等。

Description

一种太阳能电池板组件及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池板组件及其控制方法，属于太阳能电池装备技术领域。

背景技术

太阳能电池组件是由高效晶体硅太阳能电池片、超白布纹钢化玻璃、EVA、透明TPT背板以及铝合金边框组成。太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又称光伏电池。太阳能电池发电的原理是光生伏打效应。当太阳光照射在太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光生电子-空穴对。在电池内建电场作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。这样，太阳的光能就直接变成了可以使用的电能。

传统太阳能电池组件一般电池板为了防止发生“热斑效应”都会在接线盒内安装旁路反偏二极管，该二极管的作用是：当电池片发生阴影遮挡时，该串电池片的电效应由“电源特性”变为了“电阻特性”，这时二极管启动，将该“阴影电池串”从整个系统中隔离，起到了电气保护作用。如果没有安装该二极管，则受遮挡的电池片会快速发热可能烧坏电池片、EVA、融化互连带焊锡而造成整块电池板不可恢复损坏。这种电池板旁路保护技术的缺点是如果个别电池板发生“热斑效应”而二极管旁路隔离保护起作用，在该阵列串上的其他电池板会因为这块电池板而受“牵连”，使整个阵列串同其他串发生失配，而大大降低了光伏电站的发电效率。为了提高光伏阵列的整体发电效率，开始使用智能型光伏组件。然后安装了智能接线盒的光伏组件需要外加供电，因此，导致了其安装和使用的不便，需要连接在电网才可以使用；即使是使用太阳能电池的产生电能对其供电，当太阳能电板处于夜间或阴雨天时，仍然会导致智能接线盒的供电不足的问题。

与此同时，光伏组件中的电路与其接地金属边框之间存在较高的电势差从而造成了光伏组件高达70%的输出功率衰减，业内称之为电势诱导衰减（PID）。到目前为止行业内比较认可的PID衰减机理是：组件电极与边框之间由于存在较高的偏置电压，导致其在合适的条件下，玻璃表面会形成一层导电的正离子膜，该导电的离子膜即形成了模拟电场，在该电场的作用下，玻璃表面的钠离子会通过EVA迁移至电池表面或到达电池发射极的位置，PN结因此被破坏，串联电阻增大，并联电阻减小，组件照射时电池变黑变暗。

发明内容

本发明提出了一种太阳能电池板组件，通过利用平板电容器的作用，该组件可以有效地抑制存在于玻璃板表面的钠离子迁移问题；同时，平板电容器也可以将存储的电能释放后用于智能接线盒的供电，实现了智能组件的可移动性。

具体的技术方案是：

本发明的第一个方面：

一种太阳能电池板组件，包括有依次层叠排列的玻璃层、电池片、平板电容器，电池片的正负极分别与平板电容器的正负极相连，平板电容器的正极朝向电池片。

在一个实施例中，电池片的正负极通过第一电路控制模块与平板电容器相连，第一电路控制模块用于控制向平板电容器的充电。

在一个实施例中，所述的平板电容器是金属化聚丙烯薄膜或者金属化聚酯薄膜。

在一个实施例中，还包括有背板，所述的背板分别位于电池片与平板电容器之间、平板电容器的下方。

在一个实施例中，还包括有背板，所述的背板位于平板电容器的下方。

在一个实施例中，位于平板电容器下方的背板与玻璃层之间通过金属边框卡接固定。

本发明的第二个方面：

一种太阳能电池设备，包括有上述的太阳能电池板组件，还包括有智能控制接线盒，所述的智能控制接线盒用于对太阳能电池的发电过程进行控制，所述的平板电容器与智能控制接线盒连接。

在一个实施例中，所述的平板电容器通过第二电路控制模块与智能控制接线盒连接，所述的第二电路控制模块用于对平板电容器向智能控制接线盒的供电进行控制。

本发明的第三个方面：

一种太阳能电池设备，包括有太阳能电池板组件，所述的太阳能电池组件包括有依次层叠排列的玻璃层、电池片、平板电容器，电池片的正负极分别与平板电容器的正负极相连；还包括有智能控制接线盒，所述的智能控制接线盒用于对太阳能电池的发电过程进行控制，所述的平板电容器与智能控制接线盒连接。

本发明的第四个方面：

一种太阳能电池的控制方法，包括如下步骤：

通过电池片将太阳能转化为电能；

将电池片产生的电能储存于与电池片相贴合的平板电容器上；

通过智能控制接线盒对电池片的发电过程进行控制；

通过平板电容器存储的电能对智能控制接线盒进行供电。

在一个实施例中，使平板电容器产生的电场方向与电池片的正负极之间的电场方向相反。

在一个实施例中，通过电路控制模块对电池片向平板电容器的供电过程进行控制。

在一个实施例中，通过电路控制模块对平板电容器向智能控制接线盒的供电过程进行控制。

有益效果

本发明提供的太阳能电池组件有效地将电池片与平板电容器耦合，可以减轻带有玻璃面板的太阳能电池的钠离子迁移问题；同时，平板电容器可以存储电能并向智能控制接线盒供电，实现了太阳能电池装置可迁移性，不再需要连接在电网或者使用蓄电池。

附图说明

图1是本发明提供的一种太阳能电池板结构示意图。

图2是本发明实例二的结构示意图。图3是本发明提供的太阳能电池组件的结构图。

其中，1、玻璃层；2、电池片；3、平板电容器；4、背板；5、背板；6、EVA层；7、EVA层；8、EVA层、9、EVA层；10、智能控制接线盒；11、电网；12、第一电路控制模块；13、第二电路控制模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在权利要求和说明书中使用的序数词例如“第一”、“第二”、“第三”等，用于修饰权利要求项而不是由于本身含有任何优先、在先或一项权利要求的顺序在另一权利要求之前或者执行方法步骤的时间顺序。但是，仅仅作为标签使用以区别例如带有特定名称的权利要求的元素与另外一个带有相同名称的元素（而不是用于顺序性的属于），来区分权利要求的元素。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。应理解的是，当一个元件被提及与另一个元件“连接”时，它可以与其他元件直接相连或者与其他元件间接相连，而它们之间插入有元件。除非有明确相反的说明，否则术语“包括”和“具有”应理解为表述包含所列出的元件，而非排除任意其他元件。本文使用的词语“包括”、“包含”、“具有”或其任何其他变体意欲涵盖非排它性的包括。例如，包括列出要素的工艺、方法、物品或设备不必受限于那些要素，而是可以包括其他没有明确列出或属于这种工艺、方法、物品或设备固有的要素。

本发明中所述的“上面”是指太阳能电池片的负极一侧，由于这一侧的太阳能电池通常是朝向天空一侧，用于转化太阳光的能量；与之相对应，“下面”是指太阳能电池的正极所处的一侧。

太阳能电池组件是由超白布纹钢化玻璃、高效晶体硅太阳能电池片、EVA、透明TPT背板以及铝合金边框组成。但是太阳能电池板上会存在着钠离子迁移问题。钠离子的迁移主要原因是：组件电极与边框之间由于存在较高的偏置电压，导致其在合适的条件下，玻璃表面会形成一层导电的正离子膜，该导电的离子膜即形成了模拟电场，在该电场的作用下，玻璃表面的钠离子会通过EVA迁移至电池表面或到达电池发射极的位置。

本发明所提供的太阳能电池组件的结构主要是通过在太阳能电池的下面再安装一层平板电容器，通过太阳能电池所产生的电能输送至平板电容器；同时，将平板电容器的正负极方向安装与太阳能电池的正负极方向的相反，可以使得平板电容器的上下表面之间形成与电池片上下表面之间相反的电场。本发明的结构能够有效的抑制钠离子的迁移，因为钠离子的迁移主要原因是：组件电极与边框之间由于存在较高的偏置电压，导致其在合适的条件下，玻璃表面会形成一层导电的正离子膜，该导电的离子膜即形成了模拟电场，在该电场的作用下，玻璃表面的钠离子会通过EVA迁移至电池表面或到达电池发射极的位置。没有本发明的结构之前，电池片的上面是负极，下面是正极，内部形成了方向向上的电场，本结构夹入的平板电容器（例如金属化薄膜）上面为正极，下面为负极，内部形成了方向向下的电场，正好可以抵消部分电池片形成的电场，有效的抑制了钠离子的迁移。从整体看，整个结构由于金属化边框的作用，电池片的上面玻璃和金属化薄膜的下面背板，形成的偏置电压将大大减小。从而玻璃表面不易形成一层导电的正离子膜，该导电的离子膜难以形成模拟电场，所以有效的抑制了玻璃表面钠离子的迁移。

上述组件中所采用的平板电容器采用的介质材料金属化薄膜有很多种，比如：金属化聚丙烯薄膜，金属化聚酯薄膜等等。金属化聚丙烯薄膜电容器的电容量稳定性很高、绝缘电阻极高、自愈性好、介电强度高等等。同样金属化聚酯薄膜电容器的电容量稳定性高，绝缘电阻高，容积比高，薄膜的厚度极薄等等。本发明的结构不仅太阳能组件增加的厚度薄，重量小；而且制造的工艺简便，结构简单，成本低，使用寿命长，可以和太阳能组件一样达到25年的寿命等等，实现一体化。

基于上述的发明构思，一种太阳能电池板组件的结构如图1，从上到下是依次层叠排列的玻璃层1、EVA层6、电池片2、EVA层7、平板电容器3、EVA层8、背板。平板电容器采用的是金属化聚丙烯薄膜，将金属化聚丙烯薄膜夹到太阳能组件里面，但因为太阳能组件需要耐压值达到上千伏，将金属化聚丙烯薄膜放在组件内部，就同样需要耐压值达到上千伏，所以金属化聚丙烯薄膜的厚度就需要增加，但是制造的工艺简单，节省材料，只需要增加一层EVA和金属化聚丙烯薄膜；玻璃层和背板充当外壳起到保护作用。

本发明提供的另一种太阳能电池板的结构如图2所示，从上到下是依次层叠排列的玻璃层1、EVA层6、电池片2、EVA层7、背板4、EVA层8、平板电容器3、EVA层9、背板5。平板电容器采用的是金属化聚丙烯薄膜，将金属化聚丙烯薄膜放到了太阳能组件的外面，此时金属化聚丙烯薄膜就不需要耐压值达到上千伏，所以金属化聚丙烯薄膜的厚度就可以很小，而且也能到做到更大的电容容量；再在外面加上一层背板，作为外壳实现保护作用。

在以上的结构设计中，还可以通过安装电路控制模块，将太阳能电池产生的电能通过电路控制模块与平板电容器连接，可以更好地通过电路控制模块对向平板电容器供电进行控制。

本发明的实施方式不止上述的两种，将金属化聚丙烯薄膜换成其他薄膜，或将整块的介质薄膜，分成单元化，如像电池片一样做成电容片，或是不同尺寸的太阳能组件配有不同尺寸的金属化薄膜等等，同样也属于。

另一方面，太阳能作为一种清洁能源被广泛的运用，为了提高太阳能电池阵列的整体发电效率，开始使用太阳能电池智能组件。主要是安装了智能控制接线盒，如：（1）MOS集成电路基础的智能光伏组件，使用MOS集成电路代替传统二极管，降低组件被遮挡时二极管的发热能耗，同时减少组件正常工作时晶体管的反向漏电流，提高组件的发电效率。（2）二极管旁路电路集成无线发射接受数据系统，接线盒内集成了无线收发模块，可以实时监测并传输电池板数据（电压、电流、功率、温度等）。（3）MPPT+DCTODC电路，通过对阵列中每块电池板分布式安装最大功率跟踪模块，使电站方阵中每块板始终工作在最大功率输出点。对于如安装了智能控制接线盒的太阳能电池智能组件需要能量的供给，一般通过蓄电池提供，但蓄电池的制造成本大、使用寿命不长，并且占用空间大。为了便于为太阳能电池智能组件供给能量，本发明在基本不改变太阳能组件工艺的基础上，增加一道工艺，将电容器介质材料夹入太阳能组件之中，形成大的平板薄膜电容器，实现太阳能组件与电容器的一体化，利用电容器的充放电功能来储存和供给能量。利用电容器的充放电功能，在太阳能组件正常工作的时候给电容器充电，将电能储存，由于采用的是金属化薄膜做介质，它的厚度非常薄，所以储存能量大。如功率为280W的太阳能组件尺寸为1640×990mm，假如采用厚度为3μm金属化聚丙烯薄膜，一层则达到电容容量C=10μF，那么1mm的厚度，电容容量C将近3000μF。当需要给太阳能电池智能组件供电的时候，电容器开始放电。从而实现电能的储存和供给作用。如夜晚、阴天或者有云彩飘过，影响太阳能电池工作，此时电容器释放电能。太阳能电池的正常工作，不仅受到有无阳光的影响，还有假如太阳能组件表面在冬天结冰了，表面有雪覆盖也受到影响，此时可以通过电容器提供能量，达到除冰化雪的作用。在上述的设计，也可以通过安装电路控制模块用于控制平板电容器向光伏智能组件的供电。

一个示例性的太阳能电池装置如图3所示，电池片2下方是平板电容器3，电池片2通过第一电路控制模块12向平板电容器3进行充电，平板电容器3通过第二电路控制模块13向智能控制接线盒10供电，智能控制接线盒10用于对太阳能电池的发电进行控制；电池片2产生的电能向电网11输送。

Claims (9)

1.一种太阳能电池板组件，其特征在于，包括有依次层叠排列的玻璃层、电池片、平板电容器，电池片的正负极分别与平板电容器的正负极相连，平板电容器的正极朝向电池片；所述的电池片的上面是负极，下面是正极，还包括有背板，所述的背板位于平板电容器的下方；平板电容器产生的电场方向与电池片的正负极之间的电场方向相反，抑制玻璃表面钠离子的迁移。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池板组件，其特征在于，电池片的正负极通过第一电路控制模块与平板电容器相连，第一电路控制模块用于控制向平板电容器的充电。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池板组件，其特征在于，所述的平板电容器是金属化聚丙烯薄膜或者金属化聚酯薄膜；所述金属化聚丙烯薄膜或者金属化聚酯薄膜为单层金属化或双层金属化。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池板组件，其特征在于，还包括有背板，所述的背板分别位于电池片与平板电容器之间。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池板组件，其特征在于，位于平板电容器下方的背板与玻璃层之间通过金属边框卡接固定。

6.一种太阳能电池设备，其特征在于，包括有权利要求1～5任一项所述的太阳能电池板组件，还包括有智能控制接线盒，所述的智能控制接线盒用于对太阳能电池的发电过程进行控制，所述的平板电容器与智能控制接线盒连接。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池设备，其特征在于，所述的平板电容器通过第二电路控制模块与智能控制接线盒连接，所述的第二电路控制模块用于对平板电容器向智能控制接线盒的供电进行控制。

8.一种基于权利要求6所述的太阳能电池设备太阳能电池的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过电池片将太阳能转化为电能；

将电池片产生的电能储存于与电池片相贴合的平板电容器上；

通过智能控制接线盒对电池片的发电过程进行控制；

通过平板电容器存储的电能对智能控制接线盒进行供电。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池的控制方法，其特征在于，通过电路控制模块对电池片向平板电容器的供电过程进行控制；通过电路控制模块对平板电容器向智能控制接线盒的供电过程进行控制。