CN107690707A - 一种光伏组件的内部保护电路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件的内部保护电路结构，包括若干太阳电池，依次为第一列、第二列、第三列、第四列、第五列以及第六列，每列太阳电池的正负极依次进行串联形成电池子串；第一列至第六列的电池子串上手极性依次为正极、负极、正极、正极、负极和正极，第二列与第三列的上手端相连后串接有二极管一并引出，第四列与第五列的上手端相连后串接有二极管二并引出；第一列与第二列的下手端相连后串接有二极管三并引出。本发明通过先串联后并联而且在电路中旁路四个二极管的方式，可以提高太阳电池实际利用率，确保半片组件产品发电性能和可靠性，最终可以有效提升半片组件输出功率和发电效率并降低系统端度电成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能晶硅切片电池组件封装应用技术领域，具体为一种光伏组件的内部保护电路结构。
背景技术
随着全球煤炭、石油、天然气等常规化石能源消耗速度加快，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展已经受到严重威胁。世界各国纷纷制定各自的能源发展战略，以应对常规化石能源资源的有限性和开发利用带来的环境问题。太阳能凭借其可靠性、安全性、广泛性、长寿面、环保性、资源充足性的特点已成为最重要的可再生能源之一，有望成为未来全球电力供应的主要支柱。
在大力推广和使用太阳能绿色能源的背景下，光伏组件利用小电流低损耗电学原理(光伏组件功率损耗与工作电流的平方成正比关系)并通过切片工艺(对常规6寸太阳电池进行二分之一激光切割，分成两个单独完整的发电单元)来封装组件并提高输出功率和发电效率。目前国内一线光伏组件制造商如天合、阿特斯、晶科、晶澳均已推出半片光伏组件，其中阿特斯等厂商已大批量在市场进行半片组件销售并形成了客观的销售利润。市场上已有常规半片光伏组件在考虑现有制程流水线特点的基础上内部保护电路设计大多为2串并联然后在3串串联或2串并联然后在5串串联并旁路若干二极管形成可汇流电路(以60片版型为例)，最终成品半片光伏组件与常规光伏组件输出电压、电流相当(对系统端应用不会产生较大影响，不会额外增加系统端应用成本)且输出功率增益较常规提高约5瓦、效率提高约0.3％左右。
现有半片光伏组件内部保护电路设计时，以60片版型为例，通常以纵向引出为例“2串并联然后3串在串联并旁路2个二极管”或以横向引出为例“2串并联然后5串在串联并旁路4个二极管”，考虑常规光伏组件制程流水线兼容性及最终产品性能及可靠性等因素上述两种内部保护电路设计均具有一定缺陷弊端。
其中以纵向引出为例(20个半片互联为一个子串发电单元)使用2个旁路二极管保护电池，若3个子串中有一串被阴影遮挡处于反向偏置状态时与之并联的旁路二极管导通工作，但实际有效发电工作的只有一个子串(共计40个半片)在工作，会有三分之二电池子串(共计80个半片)被旁路并损失发电量，半片电池总发电实际可利用率约为33％。从产品电学功率输出角度分析，严重影响光伏组件系统端使用度电成本(LOCE)且在产品可靠性测试环节失效风险将大大提高，不利于产品性能稳定。较为明显的缺陷为：若想在常规(整片)制程流水线上层叠敷设封装此种电气设计的半片光伏组件，除了需要将层叠敷设作业工序节拍稍有提高外，该种方式对于现有光伏组件制程流水线制程兼容性也比较差。
以横向引出为例(12个半片互联为一个子串发电单元)使用4个旁路二极管保护电池，若5个子串中有一串被阴影遮挡处于反向偏置状态时与之并联的旁路二极管导通工作，实际有效发电的只有五分之三子串(共计72个半片)在工作，会有五分之二电池子串(共计48个半片)被旁路并损失发电量，半片电池总发电实际可利用率约为60％。从产品电学功率输出角度分析，相比与上述以纵向引出方式多出约27％发电量。较为明显的缺陷：通常常规光伏组件层叠敷设制程中半成品组件流向是长边进入完成作用后也是长边流出，这与横向引出流向冲突，无法在常规制程流水线上完成作业且由于引出线具有4对共8根严重影响制程作业节拍同时增加了不良品产生的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏组件的内部保护电路结构，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光伏组件的内部保护电路结构，包括若干太阳电池，将若干太阳电池等分为六列，依次为第一列、第二列、第三列、第四列、第五列以及第六列，每列太阳电池的正负极依次进行串联形成电池子串；
第一列至第六列的电池子串上手极性依次为正极、负极、正极、正极、负极和正极，且第一列至第六列的电池子串下手极性依次为负极、正极、负极、负极、正极和负极；
第一列与第六列的上手端相连后引出，第二列与第三列的上手端相连后串接有二极管一并引出，第四列与第五列的上手端相连后串接有二极管二并引出；
第一列与第二列的下手端相连后串接有二极管三并引出，第三列与第四列的下手端相连后引出，第五列与第六列的下手端相连后串接有二极管四并引出。
优选的，第一列与第六列的上手端相连后引出的引出端、第二列与第三列的上手端相连后串接有二极管一并引出的引出端、第四列与第五列的上手端相连后串接有二极管二并引出的引出端均连接于正接线盒的接线柱上。
优选的，第一列与第二列的下手端相连后串接有二极管三并引出的引出端、第三列与第四列的下手端相连后引出的引出端、第五列与第六列的下手端相连后串接有二极管四并引出的引出端均连接于负接线盒的接线柱上。
优选的，二极管一、二极管二设置于正接线盒内，二极管三、二极管四设置于负接线盒内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明使用独特的内部封装保护电路设计对切片光伏组件封装实际使用启动了保护功能，可以有效避免减少半片电池总发电实际可利用率同时提高制程可操作性，具有量产功能且不额外增加投入成本，其中关键的电路设计为以光伏组件上手看“正极、负极、正极、正极、负极、正极”和以光伏组件下手看“负极、正极、负极、负极、正极、负极”，先通过三列半片子串互联然后将两列中串再并联汇流收集电流，同时在电路中旁路4个二极管，大大减少了单个二极管旁路电池的数量，形成可单独的回路，避免切片光伏组件实际发电量降低。
本发明在于独特的内部保护电路设计并旁路4个二极管有效保护半片电池，即对切片电池进行互联然后再进行并联并旁路4个二极管的内部封装电路设计，区别了常规先并联后串联且二极管旁路电池数量多的方案设计，同时不影响制程操作，在被阴影遮挡或其他因素导致电池串反向偏置时可以提高半片电池实际利用率，确保半片组件产品发电性能和可靠性，最终可以有效提升半片组件输出功率和发电效率并降低系统端度电成本，同时以纵向引出方式的半片组件兼容了常规光伏组件制程流水线作业流向，不需要额外投入资金对流水线进行改造升级即可满足半片组件生产要求，非常值得推广。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图；
图2为实施例中半片电池的正负极结构示意图。
图中：1太阳电池、2第一列、3第二列、4第三列、5第四列、6第五列、7第六列、81二极管一、82二极管二、83二极管三、84二极管四、9正接线盒、10负接线盒。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
一种光伏组件的内部保护电路结构，包括若干太阳电池1，如说明书附图2所示，太阳电池1内长线端为正极，短线端为负极，将若干太阳电池1等分为六列，依次为第一列2、第二列3、第三列4、第四列5、第五列6以及第六列7，每列太阳电池1的正负极依次进行串联形成电池子串，如说明书附图1所示，中间省略部分为若干个太阳电池1串并联组合。
第一列2至第六列7的电池子串上手极性依次为正极、负极、正极、正极、负极和正极，且第一列2至第六列7的电池子串下手极性依次为负极、正极、负极、负极、正极和负极。
第一列2与第六列7的上手端相连后引出，第二列3与第三列4的上手端相连后串接有二极管一81并引出，第四列5与第五列6的上手端相连后串接有二极管二82并引出，上端的三个引出端是分别用来汇集电流，并进行电流输出。
第一列2与第二列3的下手端相连后串接有二极管三83并引出，第三列4与第四列5的下手端相连后引出，第五列6与第六列7的下手端相连后串接有二极管四84并引出，下端的三个引出端也分别用来汇集电流，并进行电流输出。
作为一个优选，第一列2与第六列7的上手端相连后引出的引出端、第二列3与第三列4的上手端相连后串接有二极管一81并引出的引出端、第四列5与第五列6的上手端相连后串接有二极管二82并引出的引出端均连接于正接线盒9的接线柱上，使得每个电流集合单元均可以将电流统一传输到正接线盒9内的接线柱上，用来统一的将电流进行输出，更加方便向外部接线。
作为另一个优选，第一列2与第二列3的下手端相连后串接有二极管三83并引出的引出端、第三列4与第四列5的下手端相连后引出的引出端、第五列6与第六列7的下手端相连后串接有二极管四84并引出的引出端均连接于负接线盒10的接线柱上，使得每个电流集合单元均可以将电流统一传输到负接线盒10内的接线柱上，用来统一的将电流进行输出，更加方便向外部接线。
作为另一个优选，二极管一81、二极管二82设置于正接线盒9内，二极管三83、二极管四84设置于负接线盒10内，更加方便二极管的设置安装，也可以通过接线盒对二极管进行保护。
一种切片光伏组件内部保护电路结构的具体设计操作步骤：
以60片版型为例，完好的6寸片在被通过激光切割之后分成两个完整独立的发电小单元，若干发电小单元在自动串焊机上按照一个子串互联的电池片数量，自动完成串焊作业，半成品互联的电池子串按照本发明设计的内部电路进行层叠版型互联汇流并搭配两个分体接线盒，其中单个分体接线盒中各含两个旁路二极管。
1、完好的6寸太阳电池片，按照常规电池正面朝下、电池背面朝下通过搬运机器手从专门承载料盒中取出并精准放置在激光划片机指定区域位置上。
2、激光划片机按照一定能量比设置对太阳电池进行激光切割，通过按照二分之一尺寸进行切割，切割完成后激光划片机后道具有自动掰片功能并将功能完整、结构单独的切割片自动收集在串焊机用的承载料盒中。
3、被切割的太阳电池按照半片自动串焊机焊接要求上料并经外观视觉检测、对电池主栅银浆出进行助焊剂喷涂，同时光伏焊带被抚平、拉伸、裁切及铺设在半片电池上。
4、按照焊接工艺参数进行设置，例如“焊接温度、焊接时间、互联电池的数量、子串两端预留的光伏焊带的长度等”等，完成自动焊接并经自动串外观检测和串EL检测后将合格的半片规格电池串传递给下一道工序的自动排版机。
5、自动排版机按照电池子串上手“正极(+)、负极(-)、正极(+)、正极(+)、负极(-)、正极(+)”和下手“负极(-)、正极(+)、负极(-)、负极(-)、正极(+)、负极(-)”电池串极性进行自动排版，且电池子串的串间距符合半片光伏组件制程工艺图纸要求。
6、叠层人员按照先3个电池子串互联然后2个大子串在并联汇流出进行敷设焊接，电路设计为3串2并，以纵向引出为主。层叠完成后短边方向上下均有3根引出线引出，方便后道连接接线盒。
7、层叠好的半成品半片组件经过层压、修边、在组件短边上下方向分别装两个分体接线盒，每个分体接线盒内有2个旁路二极管，固化、清洗、测试及产品包装等，其中测试环节需要在常规组件测试基础上新增一个对边接线端子即可。
8、在系统端半片组件采用横向安装方式，对比于常规纵向安装方式增加了实际发电量并相应节省了5％电缆使用量，可有效降低光伏电站初始投入成本。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种光伏组件的内部保护电路结构，包括若干太阳电池(1)，其特征在于：将若干太阳电池(1)等分为六列，依次为第一列(2)、第二列(3)、第三列(4)、第四列(5)、第五列(6)以及第六列(7)，每列太阳电池(1)的正负极依次进行串联形成电池子串；
第一列(2)至第六列(7)的电池子串上手极性依次为正极、负极、正极、正极、负极和正极，且第一列(2)至第六列(7)的电池子串下手极性依次为负极、正极、负极、负极、正极和负极；
第一列(2)与第六列(7)的上手端相连后引出，第二列(3)与第三列(4)的上手端相连后串接有二极管一(81)并引出，第四列(5)与第五列(6)的上手端相连后串接有二极管二(82)并引出；
第一列(2)与第二列(3)的下手端相连后串接有二极管三(83)并引出，第三列(4)与第四列(5)的下手端相连后引出，第五列(6)与第六列(7)的下手端相连后串接有二极管四(84)并引出。
2.根据权利要求1所述的一种光伏组件的内部保护电路结构，其特征在于：第一列(2)与第六列(7)的上手端相连后引出的引出端、第二列(3)与第三列(4)的上手端相连后串接有二极管一(81)并引出的引出端、第四列(5)与第五列(6)的上手端相连后串接有二极管二(82)并引出的引出端均连接于正接线盒(9)的接线柱上。
3.根据权利要求1所述的一种光伏组件的内部保护电路结构，其特征在于：第一列(2)与第二列(3)的下手端相连后串接有二极管三(83)并引出的引出端、第三列(4)与第四列(5)的下手端相连后引出的引出端、第五列(6)与第六列(7)的下手端相连后串接有二极管四(84)并引出的引出端均连接于负接线盒(10)的接线柱上。
4.根据权利要求1所述的一种光伏组件的内部保护电路结构，其特征在于：二极管一(81)、二极管二(82)设置于正接线盒(9)内，二极管三(83)、二极管四(84)设置于负接线盒(10)内。
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