CN109473497A - 光伏电池组件和光伏组件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种光伏电池组件和光伏组件。光伏电池组件包括传感器单元、控制器以及电池片阵列；传感器单元的输入端连接电池片阵列的第一电极，传感器单元的输出端连接控制器的输入端；控制器的输出端连接电池片阵列的第二电极。本申请中，电池片阵列外连接一个主要由传感器单元以及控制器串联组成的外接电路。传感器单元监测对应的电池片阵列中电池片的热效应等信息，在电池片出现异常情况时，传感器单元释放电流信号，触发控制器，实现电池片阵列旁路，降低电池片异常对光伏组件整体的影响，提高电池安全性能和效率。

Description

光伏电池组件和光伏组件

技术领域

本申请涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种光伏电池组件和光伏组件。

背景技术

随着化石能源危机的日益加剧，以太阳能为代表的二次清洁能源开发受到越来越多的重视。太阳能电池作为利用太阳能的主要器件得到了飞速的发展。太阳能电池是光伏组件的重要组成部分。光伏组件由若干片电池片组成，在实际应用中，热斑效应是光伏组件异常的主要现象。热斑效应通常会降低组件的发电效率，严重会导致火灾的发生。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的光伏组件无法检测出组件中电池片发生的热效应，而热效应易导致光伏组件发电效率下降，影响整个光伏组件的安全性和可靠性。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术无法检测出电池片发生热效应的问题，提供一种光伏电池组件和光伏组件。

为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种光伏电池组件，包括传感器单元、控制器以及电池片阵列。传感器单元的输入端连接电池片阵列的第一电极，传感器单元的输出端连接控制器的输入端；控制器的输出端连接电池片阵列的第二电极。

在其中一个实施例中，还包括备用电池；备用电池的控制端连接控制器的输出端，备用电池的第一电极连接电池片阵列的第一电极，备用电池的第二电极连接电池片阵列的第二电极。

在其中一个实施例中，还包括稳压单元；稳压单元的控制端连接控制器的输出端；备用电池的第一电极通过稳压单元连接电池片阵列的第一电极。

在其中一个实施例中，备用电池为二次电池；稳压单元为稳压器或稳压电路。

在其中一个实施例中，传感器单元包括温度传感器以及温敏电阻；温敏电阻的第一端、温度传感器的输入端连接电池片阵列的第一电极；温敏电阻的第二端、温度传感器的输出端连接控制器的输入端。

在其中一个实施例中，电池片阵列包括3个、4个、5个、6个、8个、10个或12个电池片。

在其中一个实施例中，还包括报警单元；报警单元的输入端连接控制器的输出端。

在其中一个实施例中，报警单元包括指示灯和警铃；指示灯的输入端、警铃的输入端连接控制器的输出端。

另一方面，本申请实施例还提供了一种光伏组件，包括旁路二极管，以及多个如权利要求1至8任意一项的光伏电池组件；其中，各光伏电池组件的电池片阵列依次连接形成光伏电池串；

光伏电池串的正极连接旁路二极管的负极，光伏电池串的负极连接旁路二极管的正极。

在其中一个实施例中，光伏电池组件的数量为2个、3个、4个、5个、6个或8个。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

光伏电池组件包括传感器单元、控制器以及电池片阵列；传感器单元的输入端连接电池片阵列的第一电极，传感器单元的输出端连接控制器的输入端；控制器的输出端连接电池片阵列的第二电极。本申请中，电池片阵列外连接一个主要由传感器单元以及控制器串联组成的外接电路。传感器单元监测对应的电池片阵列中电池片的热效应等信息，在电池片出现异常情况时，传感器单元释放电流信号，触发控制器，实现电池片阵列旁路，降低电池片异常对光伏组件整体的影响，提高电池安全性能和效率。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为传统技术中光伏组件的结构示意图；

图2为一个实施例中光伏电池组件的第一示意性结构图；

图3为一个实施例中光伏电池组件的第二示意性结构图；

图4为一个实施例中光伏电池组件的第三示意性结构图；

图5为一个实施例中光伏电池组件的第四示意性结构图；

图6为一个实施例中光伏组件的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

太阳能电池是光伏组件的重要组成部分。在实际应用中，光伏组件由若干片电池片串联组成。在使用过程中，多种内部或外部干扰因素的存在，例如局部遮光受热不均，导致电池片出现裂纹，内部连接失效等都使得光伏组件可能出现一个或一组电池片不匹配，这些电池将被当作负载消耗其他有光照的太阳能电池所产生的能量，并且这些故障电池将会发热，称为热斑效应。

热斑效应将导致光伏组件局部温度升高，组件表面受热不均匀，从而产生区域烧毁或形成暗斑、焊点融化、封装材料老化、玻璃炸裂、焊带腐蚀等永久性破坏，严重时甚至会导致电池组件全部烧毁及火灾的发生，存在巨大的安全隐患。因此，传统的光伏组件均采用加装旁路二极管的方式来降低热斑效应的影响。传统技术中，60片电池片的组件有三个旁路二极管，如图1所示，图1为传统技术中光伏组件的结构示意图。因此，一个旁路二极管负责20片电池片的旁路工作。组件正常工作时，旁路二极管处于反偏状态；当热斑效应发生，旁路二极管反向导通时，则此二极管所负责的20片电池片被旁路，组件的输出功率变为原来的三分之一。

光伏组件的电池片串联呈m行n列的阵列排布，每个奇数列与其相邻的偶数列的第一片电池片之间并联一个二极管组，其中m为10，n为6；或者m为12，n为6；当m为12，n为6时，上述光伏电池单元可由六块电池片组成一组，每个二极管负责24块电池片的旁路。传统的光伏组件无法对组件中的电池片阵列进行监测，无法检测出电池片发生的热效应，同时，传统的旁路二极管的设置会降低光伏组件的发电效率和可靠性。

在一个实施例中，提供一种光伏电池组件，如图2所示，图2为一个实施例中光伏电池组件的第一示意性结构图，包括传感器单元、控制器以及电池片阵列；传感器单元的输入端连接电池片阵列的第一电极，传感器单元的输出端连接控制器的输入端；控制器的输出端连接电池片阵列的第二电极。

具体而言，电池片阵列可由第一预设数量的电池片连接组成的阵列，该电池片阵列包括第一电极和第二电极。电池片阵列的第一电极连接传感器单元的输入端，第二电极连接控制器的输出端；传感器单元的输出端连接控制器的输入端。

需要说明的是，光伏电池组件可用于组成光伏组件。其中，电池片阵列包括第一预设数量的电池片，用于形成光伏组件中的发电单元；其中，各电池片可通过串联和/或并联的方式进行连接，形成用于发电的阵列；第一预设数量可根据实际需求进行设置，合适的电池片数量既可降低光伏电池组件出现异常时、对光伏组件的发电效率的影响，还可控制光伏组件的成本。

在一个示例中，电池片阵列为第一预设数量的电池片串联连接形成的、包括第一电极与第二电极的阵列。

传感器单元可用于采集电池片阵列的温度参数和电气参数。传感器单元可实时监测电池片阵列，在电池片出现异常热效应或断路等情况时，传感器单元可发出异常电信号传输给控制器，触发控制器进行动作。

控制器可用于接收传感器单元的信号，对电池片阵列进行旁路、报警等动作，能够降低异常光伏电池组件对光伏组件的发电效率的影响，提高光伏组件的可靠性以及故障处理效率；同时，可对潜在隐患进行提前预警，提高光伏组件的运维效率以及对异常电池片的处理速度，降低电池事故发生风险，提高光伏组件的安全性。

光伏组件包括多个光伏电池组件，传感器单元监测对应的光伏电池组件中电池片的热效应等信息，其中一个光伏电池组件的电池片阵列出现异常时，传感器单元发出异常电信号传输给控制器，可由控制器对电池片阵列进行旁路及报警等处理，同时，相对传统技术而言，可大大降低旁路电池片的数量，保证其他正常的电池片阵列照常运行，降低电池片异常对光伏组件的发电效率的影响，并可通知技术人员进行及时的处理与修缮。基于上述结构，可实时监测光伏组件运行，提高监测组件的颗粒度，保证整个光伏组件安全高效率稳定发电，避免光伏组件因热斑效应等异常而引起效率下降乃至火灾发生，提高光伏组件发电的可靠性与稳定性，以及光伏组件运行与维护的实时性；降低光伏组件的维护成本和运行成本。

在一个实施例中，如图3所示，图3为一个实施例中光伏电池组件的第二示意性结构图，还包括备用电池。

备用电池的控制端连接控制器的输出端，备用电池的第一电极连接电池片阵列的第一电极，备用电池的第二电极连接电池片阵列的第二电极。

具体而言，光伏电池组件还包括备用电池；备用电池的控制端连接控制器的输出端，第一电极连接电池片阵列的第一电极，第二电极连接电池片阵列的第二电极。

需要说明的是，备用电池可用于电池片阵列旁路时，对外做功，降低异常电池片对整块光伏组件发电的影响，提高光伏组件的发电效率、稳定性和可靠性。电池片阵列正常工作时，备用电池处于备用状态，电池片阵列一旦出现异常，控制器控制备用电池按照电池片阵列的电压及电流大少进行输出，对外提供电源，替代异常电池片阵列。

在一个实施例中，如图3所示，还包括稳压单元；稳压单元的控制端连接控制器的输出端；备用电池的第一电极通过稳压单元连接电池片阵列的第一电极。

具体而言，光伏电池组件还包括稳压单元；备用电池可通过稳压单元连接电池片阵列；控制器的输出端连接稳压单元的控制端。

需要说明的是，稳压单元的输入端与备用电池相连，输出端连接电池片阵列，可用于调节备用电池的输出电压。

传感单元、控制器、备用电池以及稳压单元可构成与电池片阵列并联的安全控制装置电路。控制器的输入端与传感器单元连接，输出端与备用电池及稳压单元连接，可用于控制整个安全控制装置电路与电池片阵列电流的接通与断开，同时，能控制备用电池与稳压单元的工作参数，当控制器接收到传感器单元传递来的电池片异常信号时，控制整个安全控制装置电路接通，同时控制备用电池工作，并控制稳压单元调节备用电池的输出电压。

在一个实施例中，备用电池为二次电池；稳压单元为稳压器或稳压电路。

具体而言，备用电池可为二次电池；稳压单元可为稳压器或稳压电路。

在一个实施例中，如图4所示，图4为一个实施例中光伏电池组件的第三示意性结构图，传感器单元包括温度传感器以及温敏电阻。

温敏电阻的第一端、温度传感器的输入端连接电池片阵列的第一电极；温敏电阻的第二端、温度传感器的输出端连接控制器的输入端。

具体而言，传感器单元可包括温度传感器及温敏电阻；电池片阵列的第一电极分别通过温度传感器和温敏电阻连接控制器的输入端。

温度传感器采可集电池片的工作温度，在正常温度范围内，温敏电阻接近无穷大，控制器、传感器单元等构成的、与电池片阵列并联的支路被旁路。一旦电池片的温度升高，超出正常运行范围，温敏电阻阻抗迅速降低，上述支路导通。

需要说明的是，温度传感器可根据光伏电池片工作温度确定设置的温度范围，不同地区，不同季节可根据实际情况设置浮动调节。温度传感器可在电池片阵列获取温度信号，将温度信号转化为电流信号并发送给控制器，从而使得控制器识别。具体地，温度传感器可为PT100温度传感器，其第一电极连接电池片阵列的第一电极，第二电极负极连接电池片阵列的第二电极。

在一个实施例中，传感器单元还包括电流传感器和电压传感器。电流传感器的第一端连接电池片阵列的第一电极，第二端连接电池片阵列的第二电极。电压传感器的第一端连接电池片阵列的第一电极，第二端连接电池片阵列的第二电极。控制器的输入端可分别连接电流传感器的第三端和电压传感器的第三端。

具体而言，电流传感器可用于检测电池片阵列的电流大小；电压传感器可用于检测电池片阵列的电压大小。

在一个实施例中，如图5所示，图5为一个实施例中光伏电池组件的第四示意性结构图，还包括报警单元；报警单元的输入端连接控制器的输出端。

具体而言，光伏电池组件还包括报警单元；控制器的输出端连接报警单元的输入端。

需要说明的是，报警单元可用于接收控制器的信号进行报警，方便维护人员快速确定异常发生的位置，降低维护成本。

在一个实施例中，报警单元包括指示灯和警铃；指示灯的输入端、警铃的输入端连接控制器的输出端。

具体而言，报警单元包括指示灯及警铃，一旦电池片阵列出现异常，控制器可控制报警单元接收到电流信号，以使指示灯亮，警铃响。

在一个实施例中，电池片阵列包括3个、4个、5个、6个、8个、10个或12个电池片。

具体而言，电池片阵列中电池片的数量，即，第一预设数量的取值范围可为2个至15个之间。各电池片可通过串联和/或并联的方式进行连接，形成电池片阵列。

需要说明的是，由少量的电池片构成电池片阵列，可使得电池片发生异常被旁路时，降低对整体光伏组件的发电效率的影响。

在一个实施例中，将光伏组件中每列的电池片从第一个开始，五个为一组视为一个电池片阵列，同时，安全控制装置电路包括控制器、备用电池及报警单元。通过实时安全控制装置电路实时监测该电池片阵列的运行状况，一旦电池片阵列中的电池出现异常热效应，控制器控制备用电池对外做工，将异常的电池片阵列旁路，同时，报警单元显示异常信息。基于上述结构，可实时监测光伏组件的运行，保证整个光伏组件高效率稳定发电，避免光伏组件因热斑效应等异常而引起效率下降乃至火灾发生，提高光伏发电系统的可靠性与稳定性。

进一步地，安全控制装置电路还包括传感器单元以及稳压单元。具体控制过程可为：传感器单元实时检测该电池片阵列中五片光伏电池片的温度、电压以及电流等情况，采集温度信号并与控制器相连。一旦电池片温度超出正常范围，传感器单元检测到温度异常即释放电流信号，安全控制装置电路接通，异常的电池片阵列被旁路。控制器控制备用电池的输出电压及电流大小，同时，控制器控制稳压单元实现无扰的备用电池输出补偿，警示单元显示异常信号。

其中，控制器可根据传感器传递电流的大小控制安全控制装置电路接通与断开，同时在电池片阵列异常时控制备用电池和报警单元工作。

利用传感器实时监测电池片阵列中的五片电池片的运行状况，通过温度与电信号的转换，同时通过安全控制装置电路有效地应对电池片的异常情况，消除电池片异常对整个光伏组件的影响，并为光伏系统的维修和维护提供直观信号，降低光伏组件发电安全风险，提高光伏发电的效率和可靠性与稳定性。

本申请实施例可有效地监测光伏组件的安全运行，通过实时监测光伏组件中电池片阵列的运行状况，确保光伏组件安全运行的可靠性和实时性。同时，将太阳能电池片模块化，例如，五块电池片为一个电池片阵列，降低异常电池片对整块光伏组件发电的影响，同时实时监控及反馈，降低光伏组件的维护成本和运行成本，提高发电效率和可靠性。并且，可提高对异常电池片的处理速度，降低电池事故发生风险，提高光伏组件的安全性。

在一个实施例中，提供一种光伏组件，如图6所示，图6为一个实施例中光伏组件的结构示意图，包括旁路二极管，以及多个如上述的光伏电池组件。

各光伏电池组件的电池片阵列依次连接，形成光伏电池串。

光伏电池串的正极连接旁路二极管的负极，光伏电池串的负极连接旁路二极管的正极。

具体而言，各光伏电池组件串联连接，形成包括正极与负极的光伏电池串。旁路二极管的正极连接光伏电池串的负极，负极连接光伏电池串的正极。

需要说明的是，旁路二极管反向并联于光伏电池串的两端，当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它光伏电池串中的电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。

在一个实施例中，光伏电池组件的数量为2个、3个、4个、5个、6个或8个。

具体而言，光伏电池串包括第二预设数量的、依次连接的光伏电池组件；其中，光伏电池串包括正极和负极；第二预设数量的取值范围可为2个至12个之间。

需要说明的是，可根据实际需求，设置光伏组件中光伏电池组件的数量；通过旁路二极管来控制第二预设数量的光伏电池组件，能够有效地防止硅电池片因热斑效应而烧毁。

在一个实施例中，光伏组件包括多个电池片、旁路二极管、温度传感器、控制器以及指示灯。电池片串联呈m行n列排列，每个奇数列与其相邻的一列的第一片电池片之间并联一个旁路二极管；每列的电池片，从第一个开始，五个为一组，依次并联一个外接电路，得到多个光伏电池组件；其中，外接电路包括温度传感器、控制器以及指示灯组成的串联电路。一个温度传感器可负责5片电池片的温度检测工作，若有异常的电池片出现，则释放电流信号，控制器通路，指示灯亮，该并联电路的五片电池片被旁路，降低电池片异常对整体组件的影响，提高电池安全性能和效率。同时，该组件易于生产加工，利于推广，节约维护成本，提高效率及组件电池片监测的颗粒度。

在一个示例中，旁路二极管可由两个二极管并联组成，进一步地，两个二极管型号可一致。

二极管的正极连接光伏电池串的负极，二极管的负极连接光伏电池串的正极，正常情况下，二极管处于反向偏置状态。

二极管的耐压可大于20伏特，二极管的额定电流可大于10安培，二极管的反向漏电流可小于0.5安培，二极管的正向导通电压为0.1伏特到0.5伏特，额定功率少于40瓦。

温度传感器温度监控范围可为-200摄氏度至1000摄氏度之间，优选为0摄氏度至100摄氏度之间。温度传感器精度可为0.15±0.002T，其中T为实际温度的绝对值。温度传感器耐压大于20伏特，额定电流大于10安培。

控制器可控制对应的外接电路接通。指示灯的可耐压大于20伏特。

本申请实施例中，每列的五个电池片为一组，并联一个主要由温度传感器，控制器以及指示灯串联组成的外接电路。一个温度传感器可负责五片电池的温度检测工作，若有异常的电池片出现，则释放电流信号，控制器控制外接电路接通，指示灯亮，该并联电路的五片电池片被旁路，降低电池片异常对整体组件的影响，提高光伏组件的安全性能和效率。同时，该结构易于生产加工，利于推广，长亮的指示灯有利于电池片的维护，降低电池片的实验成本和维护成本，可提高效率及组件电池片监测的颗粒度。

在一个实施例中，光伏组件包括共60片电池片，以十排六列分布；将电池片按照串联的序号命名为电池片1到电池片60，其中第1片电池片与第11片电池片，第21片电池片与第31片，第41片电池片与第51片电池片之间分别并联一个旁路二极管。

每一列的第一个电池片到第五个电池片并联一个主要由温度传感器、控制器以及指示灯串联组成的外接电路。第六个到第十个电池片并联另一个由温度传感器、控制器以及指示灯串联组成的外接电路。

旁路二极管可以为肖特基二极管或者MOS管。

旁路二极管的耐压大于20伏特，额定电流大于10安培，反向漏电流小于0.5安培，正向导通电压为0.1伏特到0.5伏特之间。

温度传感器为PT100温度传感器，正极接电路正极，负极接电路负极。

控制器，指示灯与温度传感器串联。正常情况下，控制器控制电路断开。

本申请实施例中，温度传感器实时监控所并联电路的五个电池片的温度，一旦电池片发生异常，出现温度升高，则五片电池片被旁路，降低异常电池片对整个组件的影响，提高太阳能组件的安全性及效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光伏电池组件，其特征在于，包括传感器单元、控制器以及电池片阵列；

所述传感器单元的输入端连接所述电池片阵列的第一电极，所述传感器单元的输出端连接所述控制器的输入端；所述控制器的输出端连接所述电池片阵列的第二电极。

2.根据权利要求1所述的光伏电池组件，其特征在于，还包括备用电池；

所述备用电池的控制端连接所述控制器的输出端，所述备用电池的第一电极连接所述电池片阵列的第一电极，所述备用电池的第二电极连接所述电池片阵列的第二电极。

3.根据权利要求2所述的光伏电池组件，其特征在于，还包括稳压单元；

所述稳压单元的控制端连接所述控制器的输出端；所述备用电池的第一电极通过所述稳压单元连接所述电池片阵列的第一电极。

4.根据权利要求3所述的光伏电池组件，其特征在于，所述备用电池为二次电池；所述稳压单元为稳压器或稳压电路。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的光伏电池组件，其特征在于，所述传感器单元包括温度传感器以及温敏电阻；

所述温敏电阻的第一端、所述温度传感器的输入端连接所述电池片阵列的第一电极；所述温敏电阻的第二端、所述温度传感器的输出端连接所述控制器的输入端。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的光伏电池组件，其特征在于，所述电池片阵列包括3个、4个、5个、6个、8个、10个或12个电池片。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的光伏电池组件，其特征在于，还包括报警单元；

所述报警单元的输入端连接所述控制器的输出端。

8.根据权利要求7所述的光伏电池组件，其特征在于，所述报警单元包括指示灯和警铃；

所述指示灯的输入端、所述警铃的输入端连接所述控制器的输出端。

9.一种光伏组件，其特征在于，包括旁路二极管，以及多个如权利要求1至8任意一项所述的光伏电池组件；其中，各所述光伏电池组件的电池片阵列依次连接形成光伏电池串；

所述光伏电池串的正极连接所述旁路二极管的负极，所述光伏电池串的负极连接所述旁路二极管的正极。

10.根据权利要求9所述的光伏组件，其特征在于，所述光伏电池组件的数量为2个、3个、4个、5个、6个或8个。