CN110265488B - 内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件，包括顶层玻璃、EVA胶膜一、光伏电池组、EVA胶膜二和底层玻璃；所述光伏电池组包括内嵌光伏旁路开关、光伏汇流带和光伏电池串，所述光伏电池串由若干光伏电池片串联组成；其特征在于：所述内嵌光伏旁路开关包括旁路电路、MOS开关管和温度检测电路；内部旁路电路阳极或者阴极串接MOS开关管，该MOS开关管由温度检测电路控制导通与关断；当旁路电路处在安全工作温度范围内时，温度检测电路输出控制信号使MOS开关管导通，进而控制旁路二极管导通；当旁路二极管处在安全工作温度范围外时，温度检测电路输出控制信号使MOS开关管关断；本发明可广泛用于各类光伏电池组件。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池，具体涉及内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件。
背景技术
光伏旁路电路,是用于光伏电池组件上,其作用是保护光伏电池组件，预防遮挡时发生热斑效应,该电路与光伏电池串并联可以为电流提供旁路，并保护光伏电池组件在热斑效应时发热被烧毁的目的。所述热斑效应是指光伏电池串联支路中被遮蔽的光伏电池，将被当作负载消耗其他有光照的光伏电池所产生的能量。被遮蔽的光伏电池组件此时会发热，这就是热斑效应，这种效应能严重的破坏光伏电池片。
目前在太阳能光伏组件中使用光伏旁路电路现采用的是肖特基二极管,肖特基二极管是通过在硅表面进行金属与硅结合的加工工艺，形成金属-硅结的方法形成。肖特基二极管的正向压降受限于材料和器件的结构，在10A左右的电流下肖特基二极管正向电压约为0.4V，反向漏电流50uA(常温)，很难通过工艺的调整再降低正向电压。
现有的肖特基二极管由于正向压降高,热斑效应旁路保护时功耗大，因此发热也非常严重。为了保证肖特基二极管的正常工作温度和保证发热不影响光伏电池组件的可靠性，需保证在光伏电池组件的温度在材料长期热老化温度内。由于以上原因现在有的肖特基光伏旁路电路均需要较大的散热面积，因此现有方案的肖特基光伏旁路电路均是安装在光伏接线盒内，以保证其散热效果，然后再将接线盒安装到光伏电池组件上。这样的方案会对光伏电池组件的布版灵活性造成影响，并导致生产工艺复杂，方案成本较高。同时由于肖特基二极管高温反向耐压低，漏电大，在光伏电池组件高温反偏应用场景时有反向击穿的风险，质量风险较大。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件。
本发明的技术方案是：内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件，包括顶层玻璃、EVA胶膜一、光伏电池组、EVA胶膜二和底层玻璃或光伏背板。
其特征在于：所述光伏电池组包括内嵌光伏旁路开关、汇流带和光伏电池串，所述光伏电池串由若干光伏电池片串联组成。
所述内嵌光伏旁路开关的两端分别与第一光伏汇流带和第二光伏汇流带焊接，第一光伏汇流带和第二光伏汇流带分别与光伏电池串的正极和负极连接。
所述顶层玻璃、EVA胶膜一、光伏电池组、EVA胶膜二和底层玻璃或光伏背板按照从上往下进行敷设，并高温层压封装。
本发明将光伏旁路开关内嵌入光伏电池组件内，对原光伏旁路肖特基二极管进行完全替代和性能优化，并取消了光伏接线盒，简化了生产工艺，降低了使用成本，同时提高了可靠性和使用寿命。可广泛用于各类光伏电池组件，如单波光伏组件和双玻光伏组件。
根据本发明所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件的优选方案，在所述底层玻璃上开设有孔，内嵌光伏旁路开关的底部嵌入孔内，并在孔内灌封导热硅胶，孔外设置塑料盖板。
根据本发明所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件的优选方案，所述内嵌光伏旁路开关由本体和A端、K端引脚构成；A端、K端引脚分别连接在本体的前、后端；A端引脚和K端引脚中的其中一个引脚由左、右引脚构成，且左、右引脚在本体内电连接。A端引脚和K端引脚中的其中一个引脚由连通的左、右引脚构成，便于在实用使用时区分A端K端引脚，同时解决了封装应力问题，提高了芯片的合格率和可靠性。
根据本发明所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件的优选方案，所述内嵌光伏旁路开关本体厚度为0.6mm-1mm，宽度小于6mm，所述内嵌光伏旁路开关的本体与引脚的总体长度为10-15mm，引脚长度为2-4mm。
根据本发明所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件的优选方案，在本体的左、右端分别设置有若干矩形齿，解决了封装应力问题。
根据本发明所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件的优选方案，所述内嵌光伏旁路开关包括旁路电路、MOS开关管和温度检测电路(102)；该旁路电路的阳极或者阴极串接MOS开关管，该MOS开关管由温度检测电路(102)控制导通与关断；当旁路电路处在安全工作温度范围内时，温度检测电路(102)输出控制信号使MOS开关管导通，进而控制旁路电路导通；当旁路电路处在安全工作温度范围外时，温度检测电路(102)输出控制信号使MOS开关管关断，进而控制旁路电路关断。
根据本发明所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件的优选方案，所述旁路电路包括电容器、低压时钟发生器、电荷泵电路、带隙基准电路、迟滞比较器、驱动放大器和功率MOS管。
低压时钟发生器检测整流二级管两端的电压，并产生时钟信号驱动电荷泵电路。
电荷泵电路检测整流二极管两端的电压并放大后将电荷存储在电容器中。
电容器上存储的电压与带隙基准电路输出的基准电压分别输出到迟滞比较器进行比较；当电容器上存储的电压大于带隙基准电路输出的基准电压时，迟滞比较器输出开启信号，并经驱动放大器放大后输出到功率MOS管的栅极，驱动功率MOS管导通；当电容器上的电荷逐渐被电路消耗而引起电容器上的电压逐渐下降到带隙基准电路输出的基准电压以下时，迟滞比较器输出关断信号使功率MOSFET截止。
MOS开关管的栅极连接温度检测电路(102)，MOS开关管的漏极接功率MOS管的源极，MOS开关管的源极与第一光伏汇流带连接；功率MOS管的漏极与第二光伏汇流带连接。
本发明所述内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件的有益效果是：本发明采用多芯片组合并采用系统级封装方式，将光伏旁路开关内嵌入光伏电池组件内，对原光伏旁路肖特基二极管进行完全替代和性能优化，并取消了光伏接线盒，简化了生产工艺，降低了使用成本，同时提高了可靠性和使用寿命；内嵌光伏旁路开关利用功率MOSFET所具有的低导通电阻特性、在同样的电流下具有较光伏旁路肖特基二极管更低的电压落差特性及截止时更低的漏电特性，解决了在光伏旁路应用中功耗过高的问题。对不同的光伏电池组件，设计了两种内嵌安装方式，可广泛用于各类光伏电池组件。
附图说明
图1为本发明所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件的结构示意图。
图2为实施例2所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件的结构示意图。
图3为实施例3所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件的结构示意图。
图4是内嵌光伏旁路开关的电路原理示意图。
图5本发明所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件的连接示意图。
图6是内嵌光伏旁路开关的A端引脚10b由左、右引脚构成时的外形示意图。
图7是图6的左视图。
图8是内嵌光伏旁路开关的K端引脚10c由左、右引脚构成时的外形示意图。
具体实施方式
实施例1，参见图1和图5，内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件，包括顶层玻璃11、EVA胶膜一12、光伏电池组、EVA胶膜二14和底层玻璃15；所述光伏电池组包括内嵌光伏旁路开关10、汇流带16a、16b和光伏电池串13，所述光伏电池串13由若干光伏电池片131串联组成。
所述内嵌光伏旁路开关10的两端即A端引脚、K端引脚分别与第一光伏汇流带16a和第二光伏汇流带16b焊接，第一光伏汇流带16a和第二光伏汇流带16b分别与光伏电池串13的正极13a和负极13b连接。
所述顶层玻璃11、EVA胶膜一12、光伏电池组、EVA胶膜二14和底层玻璃15按照从上往下进行敷设，并高温层压封装。
在具体实施例中，参见图6、图7，所述内嵌光伏旁路开关由本体10a和A端、K端引脚10b、10c构成；所述本体10a为长方形，A端、K端引脚分别连接在本体的前、后端；并且，A端引脚10b包括左、右二个引脚，且左、右引脚在本体内电连接，以解决应力等问题。具体使用时，A端引脚10b的左、右二个引脚均需与第一光伏汇流带16a焊接。
参见图8，在具体实施例中，所述内嵌光伏旁路开关由本体10a和A端、K端引脚10b、10c构成；所述本体10a为长方形，A端、K端引脚分别连接在本体的前、后端；并且K端引脚10c包括左、右二个引脚，且左、右引脚在本体内电连接，以解决应力等问题。具体使用时，K端引脚10c的左、右二个引脚均需与第二光伏汇流带16b焊接。
在具体实施例中，所述内嵌光伏旁路开关本体厚度H为0.6mm-1mm，宽度D小于6mm，所述内嵌光伏旁路开关的本体与引脚的总体长度L为10-15mm，引脚长度L1为2-4mm。
在具体实施例中，在本体10a的左、右端和分别设置有若干矩形齿10a1。同时，在A端引脚、K端引脚上也设置有矩形齿，以解决应力等问题。
在具体实施例中，参见图4，所述内嵌光伏旁路开关10包括旁路电路101、MOS开关管M和温度检测电路(102)；该旁路电路101的阳极或者阴极串接MOS开关管M，该MOS开关管M由温度检测电路(102)控制导通与关断；当旁路电路101处在安全工作温度范围内时，温度检测电路(102)输出控制信号使MOS开关管M导通，进而控制旁路电路101导通；当旁路电路101处在安全工作温度范围外时，温度检测电路(102)输出控制信号使MOS开关管M关断，进而控制旁路电路101关断。
所述旁路电路101包括电容器C、低压时钟发生器1、电荷泵电路2、带隙基准电路3、迟滞比较器4、驱动放大器5和功率MOS管Q。
低压时钟发生器1检测整流二级管两端的电压，并产生时钟信号驱动电荷泵电路2。
电荷泵电路2检测整流二极管两端的电压并放大后将电荷存储在电容器C中。
电容器C上存储的电压与带隙基准电路3输出的基准电压分别输出到迟滞比较器4进行比较；当电容器C上存储的电压大于带隙基准电路3输出的基准电压时，迟滞比较器4输出开启信号，并经驱动放大器5放大后输出到功率MOS管Q的栅极，驱动功率MOS管Q导通；当电容器C上的电荷逐渐被电路消耗而引起电容器C上的电压逐渐下降到带隙基准电路3输出的基准电压以下时，迟滞比较器4输出关断信号使功率MOSFETQ截止。
MOS开关管M的栅极连接温度检测电路(102)，MOS开关管M的漏极接功率MOS管Q的源极，MOS开关管M的源极与第一光伏汇流带16a连接；功率MOS管Q的漏极与第二光伏汇流带16b连接。
本发明通过在旁路电路A输入端串入MOS开关管并加入温度检测器，通过温度检测器控制开关QP的导通与关断。当旁路电路处在安全工作温度范围内时，温度检测电路输出控制信号使开关QP导通，电流从文献一的二极管电路的A到K正常通过，当由于电流过大导致器件发热产生高温或外界环境温度超出安全工作温度点时，温度检测器输出关断控制信号使开关QP关断，文献一的二极管电路从A到K的电流通路关断，使二极管电路在高温下处于停止工作状态，避免对自身或周围器件产生持续的高温破坏。当温度逐渐降至安全工作温度范围内时，QP重新开启，电路恢复正常工作，由此实现具有热关断控制功能的二极管电路。
实施例2，参见图2，与实施例1不同之处是：内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件，包括顶层玻璃11、EVA胶膜一12、光伏电池组、EVA胶膜二14和光伏背板17；所述顶层玻璃11、EVA胶膜一12、光伏电池组、EVA胶膜二14和光伏背板17按照从上往下进行敷设并高温层压封装。
实施例3，参见图3，与实施例1不同之处是：当所述光伏旁路开关厚度大于光伏电池组件内部厚度时。所述顶层玻璃11、EVA胶膜一12、光伏电池组、EVA胶膜二14和底层玻璃15按照从上往下进行敷设，同时，在所述底层玻璃15上开设有孔，内嵌光伏旁路开关的底部嵌入孔内，并在孔内灌封导热硅胶18，孔外设置塑料盖板19，并高温层压封装。
要实现内嵌方式，内嵌光伏旁路开关10的外型尺寸也是很重要的因素，特别是本体的厚度，只有满足了厚度要求才能实现光伏旁路开关的内嵌，由于不同的光伏组件安装方式不一致，在具体实施例中，发明了两种特定的封装型式来满足，两种外型除厚度不一致以外，其余均一致，设计光伏旁路开关的厚度为0.8mm的外型来满足光伏电池组件内部厚度小于0.9mm但大于0.8mm，并采用直接内嵌的安装方式，设计光伏旁路开关的厚度为1mm的外型来满足光伏电池组件内部厚度大于0.9mm但小于1mm，由于内部厚度不够，采用在所述顶层玻璃上与光伏旁路开关对应部位开孔，再直接内嵌的安装方式，以保证高温层压后的应力可靠性。
本发明采用具有热控制功能的旁路电路的方案来代替现有的光伏旁路肖特基二极管在光伏中的使用。利用功率MOSFET导通电阻低，反向漏电低，高温反向耐压性能好的特性，来达到内嵌光伏旁路使正向电压压降降低，反向泄漏电流减少，自身功率损耗减少，发热减少，从而以实现性能更优。同时可以在极端热条件下电路进行自我保护提高安全可靠性。
内嵌光伏旁路开关电路采用多芯片组合并采用系统级封装方式实现，可完成对原光伏旁路肖特基二极管的性能完全替代和优化。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件，包括顶层玻璃（11）、EVA胶膜一（12）、光伏电池组、EVA胶膜二（14）和底层玻璃（15）或光伏背板（17）；
其特征在于：所述光伏电池组包括内嵌光伏旁路开关（10）、汇流带（16a、16b）和光伏电池串（13），所述光伏电池串（13）由若干光伏电池片（131）串联组成；
所述内嵌光伏旁路开关（10）的两端分别与第一光伏汇流带（16a）和第二光伏汇流带（16b）焊接，第一光伏汇流带（16a）和第二光伏汇流带（16b）分别与光伏电池串（13）的正极（13a）和负极（13b）连接；
所述顶层玻璃（11）、EVA胶膜一（12）、光伏电池组、EVA胶膜二（14）和底层玻璃（15）或光伏背板（17）按照从上往下进行敷设，并高温层压封装；
所述内嵌光伏旁路开关（10）包括旁路电路（101）、MOS开关管（M）和温度检测电路(102)；该旁路电路（101）的阳极或者阴极串接MOS开关管（M），该MOS开关管（M）由温度检测电路(102)控制导通与关断；当旁路电路（101）处在安全工作温度范围内时，温度检测电路(102)输出控制信号使MOS开关管（M）导通，进而控制旁路电路（101）导通；当旁路电路（101）处在安全工作温度范围外时，温度检测电路(102)输出控制信号使MOS开关管（M）关断，进而控制旁路电路（101）关断；
所述旁路电路（101）包括电容器（C）、低压时钟发生器（1）、电荷泵电路（2）、带隙基准电路（3）、迟滞比较器（4）、驱动放大器（5）和功率MOS管（Q）；
低压时钟发生器（1）检测整流二级管两端的电压，并产生时钟信号驱动电荷泵电路（2）；
电荷泵电路（2）检测整流二极管两端的电压并放大后将电荷存储在电容器（C）中；
电容器（C）上存储的电压与带隙基准电路（3）输出的基准电压分别输出到迟滞比较器（4）进行比较；当电容器（C）上存储的电压大于带隙基准电路（3）输出的基准电压时，迟滞比较器（4）输出开启信号，并经驱动放大器（5）放大后输出到功率MOS管（Q）的栅极，驱动功率MOS管（Q）导通；当电容器（C）上的电荷逐渐被电路消耗而引起电容器（C）上的电压逐渐下降到带隙基准电路（3）输出的基准电压以下时，迟滞比较器（4）输出关断信号使功率MOSFET（Q）截止；
MOS开关管（M）的栅极连接温度检测电路(102)，MOS开关管（M）的漏极接功率MOS管（Q）的源极，MOS开关管（M）的源极与第一光伏汇流带（16a）连接；功率MOS管（Q）的漏极与第二光伏汇流带（16b）连接。
2.根据权利要求1所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件，其特征在于：在所述底层玻璃（15）上开设有孔，内嵌光伏旁路开关的底部嵌入孔内，并在孔内灌封导热硅胶（18），孔外设置塑料盖板（19）。
3.根据权利要求1或2所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件，其特征在于：所述内嵌光伏旁路开关由本体（10a）和A端、K端引脚（10b、10c）构成；所述A端、K端引脚分别连接在本体的前、后端；A端引脚（10b）或K端引脚（10c）由左、右引脚构成，且左、右引脚在本体内电连接。
4.根据权利要求3所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件，其特征在于：所述内嵌光伏旁路开关本体厚度为0.6mm-1mm，宽度小于6mm，所述内嵌光伏旁路开关的本体与引脚的总体长度为10-15mm，引脚长度为2-4mm。
5.根据权利要求3所述的内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件，其特征在于：在本体（10a）的左、右端分别设置有若干矩形齿（10a1）。
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