CN109801995A - 一种太阳能电池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池组件，包括多个电池片，多个所述电池片呈m×n矩阵分布，其中，m为行数，n为列数，m和n皆为大于1的整数；多个所述电池片通过网格链接的方式连接；每列电池片的正负极通过导电件串联连接，每行电池片的正极皆通过导电件相互连接，第n行电池片的负极皆通过导电件相互连接；第一列电池片中的每个电池片皆并联设置有一个二极管。该发明在有效避免热斑效应的危害的同时，最大限度地利用了组件每一片电池片产生的功率，方便实用，能量利用率高。

Description

一种太阳能电池组件
技术领域
本发明涉及太阳能电池组件发电和光伏阵列技术领域，具体涉及一种太阳能电池组件。
背景技术
在太阳能发电系统中，整个光伏阵列是通过若干个电池组件串并联在一起的，而每一个光伏组件又是用若干个电池片串联在一起的。由于光伏组件常年暴露在户外，因树叶、动物粪便及雨雪积尘等部分或完全遮挡单个或多个电池片，被遮挡的电池片输出功率减小(严重的甚至完全为0)，并且该电池片处于高阻状态；当其他电池片产生的电流流过被遮挡的电池片时，被遮挡的电池片会大量消耗其他电池片产生的电能，产生大量的热，即热斑效应。由于热斑效应在电池组件内部消耗掉部分电能，减少组件输出功率，从而影响整个组件的发电效率，严重时则会烧坏被遮挡电池片，甚至整个组件也会永久破坏。
现有的技术中，为防止热斑效应产生的危害，采取的措施是在每个电池片或电池串旁反向并联二极管，当某个电池片或电池串被遮挡时，该电池片或电池串处于高阻状态，当其他电池片产生的电流流过该电池片或电池串时产生高压，导致二极管导通，使得被遮挡的电池片或电池串被导通的二极管短路，从而达到保护组件的效果。在每个电池片旁反向并联二极管，在组件封装工艺上很难做到，因此没有被工业实际采用。工业上一般采用在一组电池串的两端并联二极管，二极管连接在组件外部边框上。公开号为CN201259893Y的中国专利公开了一种太阳能电池组件，将6列10行的电池片阵列，以12片为一组，分为五组，构成了5组太阳能电池串，每一串电池的两端分别并联一个二极管的结构。这种保护方式在二极管导通时，其两端还是存在压降，并且会大大浪费其他电池片产生的电能。公开号为CN201904358U的中国专利公开了一种避免产生热斑效应的太阳能组件，在上述二极管保护的方法上做了改进，在电池串上并联具有负载特性或可控制导通的控制器，由开关和控制器组成，从而避免了二极管不恰当的导通，而是在必要时才会导通，保证电池片两端压降处于对组件有利的状态。在不至于破坏组件的情况下，二极管不会导通。公开号为CN208127223U的专利公布了一种有效降低热斑效应的光伏组件，具体实施则是在每个电池片两端并联一个保护二极管，从而起到保护作用。
以上并联二极管保护组件避免热斑效应危害的方法，具有一定的效果，但仍然存在以下的问题：1、太阳能电池组件是由多个电池片组成，当每一列有一片电池被遮挡后，二极管开始起保护作用，虽然保护了组件，但却以牺牲其他电池片产生的电能为代价。2、并联上的开关及控制器等器件，无疑增加了每个组件的成本，那么光伏阵列总成本会增加更多。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能电池组件，其在有效避免热斑效应的危害的同时，最大限度地利用了每一片电池片产生的功率，方便实用，能量利用率高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种太阳能电池组件，包括多个电池片，多个所述电池片呈m×n矩阵分布，其中，m为行数，n为列数，m和n 皆为大于1的整数；
多个所述电池片通过网格链接的方式连接；每列电池片的正负极通过导电件串联连接，每行电池片的正极皆通过导电件相互连接，第n行电池片的负极皆通过导电件相互连接；第一列电池片中的每个电池片皆并联设置有一个二极管。
作为优选的，多个电池片的参数一致。
作为优选的，多个所述二极管的参数一致。
作为优选的，所述二极管的导通电压为0.2-0.7V。
作为优选的，所述二极管的导通电压为0.2V。
作为优选的，所述第一行电池片的正极作为太阳能电池组件的正极，第m 行电池片的负极作为太阳能电池组件的负极。
作为优选的，所述导电件为焊带或导线。
作为优选的，所述m为6，n为6。
作为优选的，所述m为12，n为6。
作为优选的，所述m为6，n为12。
本发明公开了一种光伏发电装置，包括上述太阳能电池组件。
本发明的有益效果：
1、本发明将所有太阳能电池片通过网格链接的方式连接，使得全部电池片相互连接并且在每一行设有保护二极管。当一个电池片的入射光被部分或完全遮挡，即发生热斑效应时，被遮挡的电池片呈高阻状态，而其他正常电池片正常输出电流，由于每一个电池片是互联互通的，因此正常电池片产生的电流只有较少一部分会流过被遮挡电池片，其他绝大部分电流通过网格链接的电路分流到正常电池片。当被遮挡的多片电池在同一列中时，同列的其他未被遮挡的电池仍然可以输出部分功率(和遮挡电池片的数目有关)。而当某一行被遮挡电池片较多时，该行电池片处于严重消耗其他正常工作电池片的功率，这一行便产生较大的反向电压，触发旁路保护二极管导通，起到保护的作用。这样不仅避免热斑效应的危害，也极大的利用了组件每一片电池片产生的功率。
2、本发明所采用的连接方法，可以有效的防止电池片因产生热斑效应而被烧坏，并且最大利用组件每一片电池片(包括正常电池片和被遮挡电池片)产生的功率，从而缓解太阳能电池组件在运行过程中的光电转换效率的衰减。
3、与现有的避免热斑效应的方法相比，本发明更为简单有效，性能稳定，成本低，几乎不增加生产成本，从而提高整个太阳能电池组件的性价比。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明对比例一的结构示意图；
图3为本发明实施例二的结构示意图；
图4为本发明对比例二的结构示意图；
图5为本发明实施例三的结构示意图；
图6为本发明对比例三的结构示意图；
图7为本发明实施例四的结构示意图。
图中标号说明：1、电池片；2、焊带；3、连接点；4、二极管；5、太阳能电池组件的正极；6、太阳能电池组件的负极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示，本发明公开了一种太阳能电池组件，包括多个电池片1，多个电池片呈m×n矩阵分布，其中，m为行数，n为列数，m和n皆为大于1 的整数。
多个电池片通过网格链接的方式连接。每列电池片的正负极通过导电件串联连接，即单列相邻的两个电池片的连接方式为：其中一电池片的正极与另一电池片的负极连接。每行电池片的正极皆通过导电件2相互连接。第n行电池片的负极皆通过导电件相互连接。如此，多个电池片即成网格链接方式连接。
在制作该太阳能电池组件时：首先将构成太阳能电池组件的第1列的m片电池片的正负极用导电件串联焊接在一起，构成太阳能电池组件的第1列；再将第2列的m片太阳能电池片的正负极用导电件串联焊接在一起，构成太阳能电池组件的第2列；依次类推，将第n列的m片太阳能电池片的正负极用导电件串联焊接在一起，构成太阳能电池组件的第n列；每一列太阳能电池片都采用相同的串联连接。然后，将第1行所有太阳能电池片的正极用导电件焊接起来；再将第2行所有太阳能电池片的正极用导电件焊接起来；依次类推，将第 n行所有太阳能电池片的正极用导电件焊接起来。最后，将第n行所有太阳能电池组件的负极用导电件焊接起来。
第一行电池片的正极作为太阳能电池组件的正极5，第m行电池片的负极作为太阳能电池组件的负极6。
第一列电池片中的每个电池片皆并联设置有一个二极管4。即每行皆设置有一个二极管4，本发明中的二极管具有m个。而同一行的电池片与二极管的连接方式为：电池片的负极与二极管的正极连接，电池片的正极与二极管的负极连接。
多个电池片的参数一致或基本一致。多个二极管的参数一致或基本一致。二极管的导通电压为0.2-0.7V。导电件为焊带或导线。导电件与电池片的连接方式为焊接。而导电件与导电件连接处形成连接点3。
实施例一：
如图1所示为本发明实施例一的结构示意图。其中，所实施的太阳能电池组件的电池片数量为9片，构成3行(m＝3)、3列(n＝3)的电池片阵列。电池片是面积为2.5×2.5(cm2)的多晶硅电池片。
对比例一：
如图2所示为对比例一的结构示意图。对比例一中电池片为9片，电池片的尺寸和参数与实施例一中相同。
对比例一中电池片的连接方式为：所有电池片串联设置，相邻两个电池片的连接方式为：其中一个电池片的正极与另外一个电池片的负极连接。每三个电池片为一组，形成三组电池串，每一组电池串的首尾则并联一个二极管。二极管的正极与该组电池串的负极连接，二极管的负极与该组电池串的正极连接。
对实施例一和对比例一中的太阳能电池组件进行性能测试：实验过程中，给两组太阳能电池组件提供同样的光照，再使用不透明平板遮挡某一个或几个电池片来模拟太阳能组件运行过程中某个或多个电池片被遮挡的现象，分别测试太阳能电池组件的开路电压、短路电流，并计算太阳能电池组件的短路电流密度，输出功率和功率密度。
实施例一的测试结果如表1所示。对比例一的测试结果如表2所示。
表1
表2
参照表1所示，第1行数据是本发明新型太阳能电池组件在无遮挡情况下正常工作的输出电压、输出电流以及最大输出功率值。当该组件有1片电池片被遮挡时(被遮挡的电池片的位置在任何一列，结果是相同的)，最大输出功率由无遮挡的716.05mW下降到411.47mW；当该组件有2片电池片被遮挡时(2 片被遮挡的电池片的位置在任何不同两列的结果是相同的；2片被遮挡电池片在同一列的情况稍后分析)，最大输出功率由无遮挡的716.05mW下降到 406.47mW。当组件有3片电池被遮挡时(3片电池的位置处在不同的列)，输出功率与遮挡2片结果基本相同，这是因为此时组件中并联的二极管导通，将被遮挡的这一行电池片短路。
参照表2所示，当被遮挡的电池片分别为1片、2片、3片时(被遮挡的电池片处在不同的列)，最大输出功率分别由无遮挡的716.05mW下降到408.4mW， 117.82mW和0mW(输出为0，是由于所有电池片都被短路了)。
因此，本发明的实施例1的结果明显优于对比例1。
当同一列的电池片中有2片、3片电池被遮挡时，这时，对比例1的结果没有变化，等同于表2中的遮挡1片的数据，即最大输出功率都是由无遮挡的 716.05mW下降到408.4mW。在本发明实施例1中，当同一列遮挡2或3片时输出功率分别为404.25mW和393.82mW，略低于对比例1，这是因为被遮挡的同一列电池呈高阻状态，作为大电阻与外电路负载并联，因此消耗一点功率。
通过对比表1和表2，可以看出3x3组件遮挡多片电池，遮挡不同列电池时，实施例明显优于对比例。而遮挡同一列电池时，实施例1相对于对比例差距不是很大。以遮挡3片电池片(不同列)为例：实施例1组件的功率损失为 (716.05-393.82)/716.05＝45％；而同样的遮挡条件下，对比例1的功率损失为(716.05-0)/716.05＝100％。
实施例二：
如图3所示为本发明实施例二的结构示意图。其中，所实施的太阳能电池组件的电池片数量为36片，构成6行(m＝6)、6列(n＝6)的电池片阵列。电池片是面积为2.5×2.5(cm2)的多晶硅电池片。
对比例二：
如图4所示为本发明的对比例二的结构示意图。对比例二中电池片为36 片，电池片的尺寸和参数与实施例二中相同。
对比例二中电池片的连接方式为：所有电池片串联设置，相邻两个电池片的连接方式为：其中一个电池片的正极与另外一个电池片的负极连接。每六个电池片为一组，形成六组电池串，每一组电池串的首尾则并联一个二极管。二极管的正极与该组电池串的负极连接，二极管的负极与该组电池串的正极连接。
对实施例二和对比例二中的太阳能电池组件进行性能测试：实验过程中，给两组太阳能电池组件提供同样的光照，再使用不透明平板遮挡某一个或几个电池片来模拟太阳能组件运行过程中某个或多个电池片被遮挡的现象，分别测试太阳能电池组件的开路电压、短路电流，并计算太阳能电池组件的短路电流密度，输出功率和功率密度。
实施例二的测试结果如表3所示。对比例二的测试结果如表4所示。
表3
表4
参照表3所示，第1行数据是本发明新型太阳能电池组件在无遮挡情况下正常工作的输出电压、输出电流以及最大输出功率值。当该组件有1片电池片被遮挡时(经多次测试，被遮挡的电池片的位置在任何一列的结果是相同的)，最大输出功率由无遮挡的2862.87mW下降到2485.06mW；当该组件有2片电池片被遮挡时(2片被遮挡的电池片的位置在任何不同两列的结果是相同的；2 片被遮挡电池片在同一列的情况稍后分析)，最大输出功率由无遮挡的 2862.87mW下降到2255.31mW；当该组件有3片电池片被遮挡时(3片被遮挡的电池片的位置分别处在不同的列；3片被遮挡电池片在同一列的情况稍后分析)，最大输出功率由无遮挡的2862.87mW下降到2232.6mW；当组件遮挡4-6 片时(位置均分别处在不同的列)，输出功率情况和遮挡3片时基本相同，这是因为此时组件中与该行并联的二极管导通，将这一行电池片短路。
参照表4所示，在对比例二中，当被遮挡的电池片分别为1片、2片、3 片、4片、5片、6片时(被遮挡的电池片处在不同的列)，最大输出功率分别由无遮挡的2850.01mW下降到2343.97mW，1633.23mW、976.36mW、435.00mW、 110.94mW和0mW(输出为0，是由于所有电池片都被短路了)。
本发明的实施例2的结果明显优于对比例2。以遮挡同一行4片电池为例，本发明的太阳能组件的功率损失为(2862.87-2255.31)/2862.87＝21.2％；而对比例2的功率损失为(2850.01-435.00)/2850.01＝84.7％；改善了约63.6个百分点。
当同一列的电池片中有2片、3片甚至全部6片电池片被遮挡时，这时，对比例2的结果没有变化，等同于表4中遮挡1片的数据，即最大输出功率都是由无遮挡的2850.01mW下降到2343.97mW。在本发明实施例2中，当同一列电池片中有5片电池片同时被遮挡时，最大输出功率才由无遮挡的2850.01mW 下降到2333.84mW(如表3所示，略低于对比例2。实际上，在太阳能组件实际运行过程中，发生同一列电池片同时被遮挡多片的概率是相当低的)。
还有其他更多被遮挡电池片的排列组合，与现有技术相比，本发明的结果均有不同程度的改善。以遮挡1片电池片为例(在太阳能组件实际运行过程中发生的概率最大)：实施例2的太阳能电池组件效率损失为(2862.87-2485.06) /2862.87＝13.19％；对比例2的太阳能电池组件的效率损失为 (2850.01-2343.97)/2850.01＝17.76％，比对比例2改善了约4.6个百分点。
实施例三：
如图5所示为本发明实施例三的结构示意图。其中，所实施的太阳能电池组件的电池片数量为72片，构成12行(m＝12)、6列(n＝6)的电池片阵列。电池片是面积为2.5×2.5(cm2)的多晶硅电池片。
对比例三：
如图6所示为本发明的对比例三的结构示意图。对比例三中电池片为72 片，电池片的尺寸和参数与实施例三中相同。
对比例三中电池片的连接方式为：所有电池片串联设置，相邻两个电池片的连接方式为：其中一个电池片的正极与另外一个电池片的负极连接。每十二个电池片为一组，形成六组电池串，每一组电池串的首尾则并联一个二极管。二极管的正极与该组电池串的负极连接，二极管的负极与该组电池串的正极连接。
对实施例三和对比例三中的太阳能电池组件进行性能测试：实验过程中，给两组太阳能电池组件提供同样的光照，再使用不透明平板遮挡某一个或几个电池片来模拟太阳能组件运行过程中某个或多个电池片被遮挡的现象，分别测试太阳能电池组件的开路电压、短路电流，并计算太阳能电池组件的短路电流密度，输出功率和功率密度。
实施例三的测试结果如表5所示。对比例三的测试结果如表6所示。
表5
表6
参照表5所示,第1行数据是本发明新型太阳能电池组件在无遮挡情况下正常工作的输出电压、输出电流以及最大输出功率值。当该组件有1片电池片被遮挡时(被遮挡的电池片的位置在任何一列的结果是相同的)，最大输出功率由无遮挡的5728.61mW下降到4980.59mW；当该组件有2片电池片被遮挡时(2 片被遮挡的电池片的位置在任何不同两列的结果是相同的；2片被遮挡电池片在同一列的情况稍后分析)，最大输出功率由无遮挡的5728.61mW下降到 5206.98mW(高于遮挡一片时的输出功率，这是因为遮挡一片时电池行两端有较小的反向电压而不足以导通保护二极管，因此该行电池消耗一定的功率)；当该组件有3-6片电池片被遮挡时(被遮挡的电池片的位置均分别处在不同的列；被遮挡电池片在同一列的情况稍后分析)，输出情况与遮挡2片电池是相同的，这是因为此时组件中该行并联的二极管导通，将这一行电池片短路。
参照表6所示，在对比例3中，当被遮挡的电池片分别为1片、2片、3 片、4片、5片、6片时(被遮挡的电池片处在不同的列)，最大输出功率分别由无遮挡的5727.75mW下降到4601.98mW，3277.32mW、1997.9mW、946.46mW、 249.45mW和0mW(输出为0，是由于所有电池片都被短路了)。
本发明的实施例3的结果明显优于对比例3。以遮挡同一行3片电池为例，新型组件实施例3的功率损失为(5728.61-5206.98)/5728.61＝9.1％；而对比例3的功率损失为(5727.75-1997.9)/5727.75＝65.1％；改善了约56个百分点。
当同一列的电池片中有2片、3片甚至全部12片电池片被遮挡时，对比例 3的结果没有变化，等同于表6中遮挡1片的数据，即最大输出功率都是由无遮挡的5727.75mW下降到4601.98mW。
在本发明实施例3中，当同一列电池片中有10片电池片同时被遮挡时，最大输出功率才由无遮挡的5728.61mW下降到4579.8mW(如表6所示，略低于现有技术结果。实际上，在太阳能组件实际运行过程中，发生同一列电池片同时被遮挡10片的概率是相当低的)。
还有其他更多被遮挡电池片的排列组合，与现有技术相比，本发明的结果均有不同程度的改善。以遮挡1片电池片为例(在太阳能组件实际运行过程中发生的概率最大)：实施例3的太阳能电池组件效率损失为(5728.61-4980.59) /5728.61＝13.05％；对比例3的太阳能电池组件的效率损失为 (5727.75-4601.98)/5727.75＝19.65％，比对比例3改善了约6.6个百分点。
实施例四：
如图7所示为本发明实施例四的结构示意图。其中，所实施的太阳能电池组件的电池片数量为72片，构成6行(m＝6)、12列(n＝12)的电池片阵列。电池片是面积为2.5×2.5(cm2)的多晶硅电池片。
对实施例四中的太阳能电池组件进行性能测试：实验过程中，给两组太阳能电池组件提供同样的光照，再使用不透明平板遮挡某一个或几个电池片来模拟太阳能组件运行过程中某个或多个电池片被遮挡的现象，分别测试太阳能电池组件的开路电压、短路电流，并计算太阳能电池组件的短路电流密度，输出功率和功率密度。测试结构如表7所示。
表7
参照表7所示，第1行数据是本发明新型太阳能电池组件在无遮挡情况下正常工作的输出电压、输出电流以及最大输出功率值。当该组件有1片电池片被遮挡时(被遮挡的电池片的位置在任何一列的结果是相同的)，最大输出功率由无遮挡的5728.27mW下降到5587.27mW；当该组件有2片电池片被遮挡时(2 片被遮挡的电池片的位置在任何不同两列的结果是相同的；2片被遮挡电池片在同一列的情况稍后分析)，最大输出功率由无遮挡的5728.27mW下降到 4971.09mW；当该组件有3片电池片被遮挡时(被遮挡的电池片的位置均分别处在不同的列；被遮挡电池片在同一列的情况稍后分析)，输出情况为4582.24mW；当该组件有4片电池片及以上被遮挡时(被遮挡的电池片的位置均分别处在不同的列；被遮挡电池片在同一列的情况稍后分析)输出功率是几乎不变的，这是因为此时组件中该行并联的二极管导通，将这一行电池片短路。与对比例3 相比，如表6所示，当被遮挡的电池片分别为1片、2片、3片、4片、5片、6 片时(被遮挡的电池片处在不同的列)，对比例3最大输出功率分别由无遮挡的 5727.75mW下降到4601.98mW，3277.32mW、1997.9mW、946.46mW、249.45mW和0mW(输出为0，是由于所有电池片都被短路了)。上述分析可以看出，无论何种情况实施例4均优于对比例3。以遮挡同一行3片电池为例，新型组件实施例4的功率损失为(5728.27-4582.24)/5728.27＝20.0％；而对比例3的功率损失为(5727.75-1997.9)/5727.75＝65.1％；改善了约45个百分点。
参照表6，当同一列的电池片中有2片、3片甚至全部12片电池片被遮挡时，这时，对比例3的结果没有变化，等同于表6中遮挡1片的数据，即最大输出功率都是由无遮挡的5727.75mW下降到4601.98mW。在本发明实施例4中，当同一列电池片中有6片电池片全部被遮挡时，最大输出功率才由无遮挡的 5728.27mW下降到5168.69mW，结果依然优于对比例3。
还有其他更多被遮挡电池片的排列组合，与现有技术相比，本发明的结果均有不同程度的改善。以遮挡1片电池片为例(在太阳能组件实际运行过程中发生的概率最大)：实施例4的太阳能电池组件效率损失为(5728.27-5587.27) /5728.27＝2.5％；对比例3的太阳能电池组件的效率损失为(5727.75-4601.98) /5727.75＝19.65％，比对比例3改善了约17.2个百分点。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种太阳能电池组件，其特征在于，包括多个电池片，多个所述电池片呈m×n矩阵分布，其中，m为行数，n为列数，m和n皆为大于1的整数；多个所述电池片通过网格链接的方式连接；每列电池片的正负极通过导电件串联连接，每行电池片的正极皆通过导电件相互连接，第n行电池片的负极皆通过导电件相互连接；第一列电池片中的每个电池片皆并联设置有一个二极管。
2.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，多个电池片的参数一致。
3.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，多个所述二极管的参数一致。
4.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述二极管的导通电压为0.2-0.7V。
5.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，第一行电池片的正极作为太阳能电池组件的正极，第m行电池片的负极作为太阳能电池组件的负极。
6.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述导电件为焊带或导线。
7.一种光伏发电装置，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的太阳能电池组件。
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