CN114337486A

CN114337486A - 一种提高等效光电转换效率装置及其方法

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Publication number: CN114337486A
Application number: CN202110877741.8A
Authority: CN
Inventors: 张士龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-08-01
Filing date: 2021-08-01
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明公开了一种提高等效光电转换效率装置及其方法，在太阳光的入射和反射路径上布置多层组件，每一层组件均设置正面发电组件和反面发电组件，正反面组件之间为一楔形夹角（可调）；配置调光系统和机械结构，实现一年四季反射光线均可以照射在反面组件上。设计了正面组件串联为一个电路，反面组件串联为一个电路，防止出现线路混淆发电设备成为负载等现象。该装置大幅提高了等效光电转换效率，增加了经济效益。

Description

一种提高等效光电转换效率装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种提高等效光电转换效率装置及其方法，属于提升光电转换效率领域。

背景技术

太阳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。具有使用寿命长，机械抗压外力强等特点。

目前，生产晶体硅太阳电池组件所用的晶体硅太阳电池片主要有125mm×125mm单晶硅太阳电池，156 mm×156mm单晶硅太阳电池片及156mm×156mm多晶硅太阳电池片，其厚度为200μm。

理想的晶体硅太阳电池可以用单二极管等效电路的模型来表示。图3中R_s为太阳电池的等效串联电阻，包括：太阳电池的基区电阻，扩散区的薄层电阻，电极接触电阻，主栅线电阻，细栅线电阻，背接触电阻：R_sh为太阳电池等效并联电阻，即在太阳电池内部产生的光生电流，有一部分通过电池的边缘漏电而损失，相当于一个电阻并联在电池的两极之间；R_L为负载电阻I_ph为光生载流子在p-n结内电场作用下漂移运动产生的电流，称为光生电流；I_d为流过太阳电池二极管的电流；I_sh为流过并联电阻的电流。

通常，晶体硅太阳电池组件是由单体太阳电池串联组成的，理想条件下，组件的输出电压是各电池电压之和，组件的输出电流由输出电流最小的来决定，因此晶体硅太阳电池组件的等效电路也可以用上图表示。

为了确保每个太阳电池组件所用电池单片的电性能一致性良好，在组件制造时，要对电池片性能进行分选，不允许将电性能差异大的电池片串联在同一块组件中，为了组件外观美观，通常在组件制造时对电池片的色差也要进行分选。

用作晶体硅太阳能光伏组件封装材料的钢化玻璃，通常要求抗机械冲击强度要好，弯曲度小，外观无划伤。太阳电池玻璃弓形弯曲度不应超过0.2%；波形弯曲度任意300mm范围不应超过0.3mm。

为了防止钢化玻璃在封装前后碎裂，通常要求钢化玻璃每米边上有长度不超过10mm，自玻璃边部向玻璃板表面延伸深度不超过2mm，自板面向玻璃另一面延伸不超过玻璃厚度三分之一的爆边。钢化玻璃内部不允许有长度小于lmm的集中的气泡。对于长度大于1mm,但是不大于6mm的气泡每平方米不得超过6个，不允许有结石，裂纹，缺角的情况发生，在50mm×50mm的区域内碎片数必须超过40个，且允许有少量长条形碎片，其长度不超过100mm。

用于晶体硅太阳电池囊封的材料是EVA，它是乙烯与醋酸乙烯脂的共聚物，EVA是一种热固性的热熔胶，常温下无黏性，以便操作，经过一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化，变的完全透明。长期的实践证明：和其他材料相比，EVA在太阳电池封装与户外使用中均获得了相当满意的效果。

EVA厚度在0.4〜0.6mm之间，要求表面平整，厚度均匀，内含交联剂，能在150°C固化温度下交联，采用挤压成型工艺形成稳定胶层。EVA具有优良的柔韧性，耐冲击性，弹性，光学透明性，黏着性，耐环境应力开裂性，耐侯性，耐化学药品，热密封性。固化后的EVA能承受大气变化且具有弹性，它将晶体硅太阳电池片“上盖下垫”，并和上层保护材料玻璃，下层保护材料TPT利用真空层压技术黏合为一体。不同的温度对EVA的交联度有比较大的影响，EVA的交联度直接影响到组件的性能以及使用寿命。在熔融状态下，EVA与晶体硅太阳电池片，玻璃，TPT产生黏合，在这过程中既有物理也有化学的键合。当EVA加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引发EVA分子之间的结合，形成三维网状结构，导致EVA胶层交联固化，当交联度达到60%以上时能承受环境的变化，因而用EVA囊封太阳电池组件，可以达到很长的使用寿命。在实际生产过程中，EVA的交联度一般控制在85%~95%之间。

用作晶体硅太阳电池背板的材料主要有TPT，TPE和PET等，TPT的结构为Tedlar/Polyster/Tedlar三层复合结构，TPE为带有EVA的两层结构，PET为单层聚酯结构，它用在组件背面，作为背面保护和电绝缘材料。用于晶体硅太阳电池的背板要求纵向收缩率不大于1.5%。实践证明：背板的外层保护层最好含氟，这样抗环境侵蚀能力强。另白色的背板对阳光起反射作用，和黑色背板相比，组件的封装损失小，并因其具有较高的红外发射率，还可降低组件的工作温度。

铝合金边框的主要作用是保护玻璃，便于安装和运输，增加了晶体硅太阳电池组件的密封性和整体的机械强度。太阳电池组件要保证长达25年的使用寿命，铝合金表面必须经过处理，也即阳极氧化，表面氧化层厚度须大于20μm，用于太阳电池组件的边框应无变型，表面无划伤。

为了保证25年的使用寿命，接线盒应由工程塑料注塑制成，并加有防老化和抗紫外线辐射剂，能确保组件在室外长期使用不出现老化破裂现象。接线柱应由外镀镍层的电解铜制成，能确保电气导通及电气连接的可靠。接线盒应用硅橡胶粘接在TPT表面。对用于太阳电池组件接线盒的要求是：外壳具有很好的抗老化、耐紫外线能力，满足室外恶劣环境条件下的使用要求，晶体硅太阳电池组件用接线盒IP等。

上盖板覆盖在太阳能电池正面，构成组件的最外层，既要透光、坚固、耐风霜雨雪，并且要经受沙砾、冰雹的冲击。上盖板的材料有钢化玻璃、聚丙烯树脂、氟化乙丙烯、聚碳脂等。

组件的伏安特性曲线如图4所示。太阳能电池组件的输出功率等于输出电压乘以工作电流。大部分I-U曲线是在标准测试条件（STC)下测得的。这条I-U曲线包括三个重要的点：最大功率点（U_MP×I_MP)，开路电压点（U_OC）和短路电流点（I_sc）。

从图5可以看出组件的输出电流与阳光的辐照度成正比，阳光越强，组件的输出功率也就越高。随着辐照度的降低，伏安特性曲线的形状基本不变，只是短路电流逐渐变小。开路电压随着辐照度的变化不大。

因此可以理解为组件的发电量与照射到组件上的光的量成正比，目前还没有学者考虑对组件反射光的合理利用，这样只有组件上盖板表面折射的光进行了利用，反射的光均浪费了，造成了大量的能源损失。如果反射的光能充分合理利用，光能利用率达到最大，光伏电站的场地、支架、线路、升压站等等设备并没有重复建设，光伏电站的发电量大幅增加，将产生极大的经济效益。

目前还没有针对一种提高等效光电转换效率装置及其方法开展相关研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理的提高等效光电转换效率装置及其方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种提高等效光电转换效率装置，其特征是，包括正向光伏发电组件、反向光伏发电组件、最下层支架、第二层支架、第三层支架、第四层支架、第五层支架、第六层支架、第七层支架、反光镜条、对光标尺和可调节支架上光伏组件角度的机械结构；所述正向光伏发电组件与反向光伏发电组件背对背布置，所述正向光伏发电组件与反向光伏发电组件之间为一楔形夹角（可调）；所述反光镜条位于所述正向光伏发电组件的侧边框中心线外位置，布置于最下层支架、第二层支架、第三层支架、第四层支架、第五层支架、第六层支架的组件边框支架上；所述对光标尺位于反向光伏发电组件的侧边框中心线外位置，布置于第二层支架、第三层支架、第四层支架、第五层支架、第六层支架、第七层支架的组件边框支架上，所述可调节支架上光伏组件角度的机械结构位于各层支架的侧面，连接各层组件边框支架的下角。

进一步的，所述所述反光镜条接收太阳光照射，反射光线照射于反向光伏发电组件的侧边框支架上，调节可调节支架上光伏组件角度的机械结构，使得反光镜条的反射光线照射于对光标尺上，精准定位正向光伏发电组件的角度。

进一步的，所述可调节支架上光伏组件角度的机械结构，包括手摇小轮、调整角度齿条、水平连杆和垂直连杆，所述水平连杆的四分之一处有一固定支点，水平连杆可以围绕支点转动；水平连杆短的一侧连接（滑动连接）各层组件边框支架的下角，水平连杆长的一侧连接垂直连杆（滑动连接），垂直连杆下端连接着调整角度齿条，手摇小轮的外齿圈与调整角度齿条啮合。

所述的提高等效光电转换效率的方法，其特征是，步骤如下：

1）在光伏阵列场地中安装最下层支架、第二层支架、第三层支架、第四层支架、第五层支架、第六层支架、第七层支架，支架各层为刚性连接；

2）在各层支架上安装正向光伏发电组件、反向光伏发电组件，最下层支架只安装正向光伏发电组件，不安装反向光伏发电组件；上层支架的组件不遮挡下层组件的太阳光照射；

3）在各层支架侧面安装可调节支架上光伏组件角度的机械结构；

4）调整手摇小轮，使正向光伏发电组件的侧边框中心线外位置的反光镜条反射的光线，刚好照射在上一层支架下反向光伏发电组件侧边框中心线外的对光标尺上；

5）每一层的正向光伏发电组件串联为一个电流支路；

6）每一层的反向光伏发电组件串联为一个电流支路；

7）各正向光伏发电组件串联的电流支路在汇流箱1汇合，各正向光伏发电组件串联的电流支路在汇流箱2汇合；

8）汇流箱1和汇流箱2各自连接至逆变器；

9）启动系统进行光伏发电。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、结构设计合理，实用性强，适合光伏发电行业使用，具备可操作性，实践证明是一种很好的设计；

2、具备科学性，能满足光伏场站的要求；

3、灵敏度高，具有广泛适用性；

4、能大幅提高光伏场站的等效光电转换效率，降低光伏电站成本，节约能源，提升经济效益。

附图说明

图1是本发明中提高等效光电转换效率装置的整体结构示意图。

图2是本发明中可调节支架上光伏组件角度的机械结构示意图。

图中：正向光伏发电组件1、反向光伏发电组件2、最下层支架3、第二层支架4、第三层支架5、第四层支架6、第五层支架7、第六层支架8、第七层支架9、反光镜条10、对光标尺11和可调节支架上光伏组件角度的机械结构12、手摇小轮121、调整角度齿条122、水平连杆123、垂直连杆124。

图3是本发明中晶体硅太阳电池的等效电路图。图中：R_s为太阳电池的等效串联电阻13、R_sh为太阳电池等效并联电阻14、 R_L为负载电阻15、I_ph为光生电流16、I_d为流过太阳电池二极管的电流17、I_sh为流过并联电阻的电流18。

图4是本发明中组件的伏安特性曲线图。图中：V为电压19、I为电流20、I_sc为短路电流21、U_MP×I_MP为最大功率点22、U_OC为开路电压23。

图5是本发明中辐照度对组件性能的影响图。图中：V为电压24、I为电流25。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1至图2，一种提高等效光电转换效率装置，包括正向光伏发电组件1、反向光伏发电组件2、最下层支架3、第二层支架4、第三层支架5、第四层支架6、第五层支架7、第六层支架8、第七层支架9、反光镜条10、对光标尺11和可调节支架上光伏组件角度的机械结构12；所述正向光伏发电组件1与反向光伏发电组件2背对背布置，所述正向光伏发电组件1与反向光伏发电组件2之间为一楔形夹角（可调）；所述反光镜条10位于所述正向光伏发电组件1的侧边框中心线外位置，布置于最下层支架3、第二层支架4、第三层支架5、第四层支架6、第五层支架7、第六层支架8的组件边框支架上；所述对光标尺11位于反向光伏发电组件2的侧边框中心线外位置，布置于第二层支架4、第三层支架5、第四层支架6、第五层支架7、第六层支架8、第七层支架9的组件边框支架上，所述可调节支架上光伏组件角度的机械结构12位于各层支架的侧面，连接各层组件边框支架的下角。

具体的，反光镜条10接收太阳光照射，反射光线照射于反向光伏发电组件2的侧边框支架上，调节可调节支架上光伏组件角度的机械结构12，使得反光镜条10的反射光线照射于对光标尺11上，精准定位正向光伏发电组件1的角度。

具体的，可调节支架上光伏组件角度的机械结构12，包括手摇小轮121、调整角度齿条122、水平连杆123和垂直连杆124，所述水平连杆123的四分之一处有一固定支点，水平连杆123可以围绕支点转动；水平连杆123短的一侧连接（滑动连接）各层组件边框支架的下角，水平连杆123长的一侧连接垂直连杆124（滑动连接），垂直连杆124下端连接着调整角度齿条122，手摇小轮121的外齿圈与调整角度齿条122啮合。

提高等效光电转换效率方法，步骤如下：

1.在光伏阵列场地中安装最下层支架3、第二层支架4、第三层支架5、第四层支架6、第五层支架7、第六层支架8、第七层支架9，支架各层为刚性连接；

2.在各层支架上安装正向光伏发电组件1、反向光伏发电组件2，最下层支架3只安装正向光伏发电组件1，不安装反向光伏发电组件2；上层支架的组件不遮挡下层组件的太阳光照射；

3.在各层支架侧面安装可调节支架上光伏组件角度的机械结构12；

4.调整手摇小轮121，使正向光伏发电组件1的侧边框中心线外位置的反光镜条10反射的光线，刚好照射在上一层支架下反向光伏发电组件2侧边框中心线外的对光标尺11上；

5.每一层的正向光伏发电组件1串联为一个电流支路；

6.每一层的反向光伏发电组件2串联为一个电流支路；

7.各正向光伏发电组件1串联的电流支路在汇流箱1汇合，各正向光伏发电组件1串联的电流支路在汇流箱2汇合；

8.汇流箱1和汇流箱2各自连接至逆变器；

9.启动系统进行光伏发电。

本实施例中一种提高等效光电转换效率装置的参数如下：

调整角度精确度：±3°；

分辨率：3°；

实施例提高等效光电转换效率约10%。

通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种提高等效光电转换效率装置，其特征是，包括正向光伏发电组件（1）、反向光伏发电组件（2）、最下层支架（3）、第二层支架（4）、第三层支架（5）、第四层支架（6）、第五层支架（7）、第六层支架（8）、第七层支架（9）、反光镜条（10）、对光标尺（11）和可调节支架上光伏组件角度的机械结构（12）；所述正向光伏发电组件（1）与反向光伏发电组件（2）背对背布置，所述正向光伏发电组件（1）与反向光伏发电组件（2）之间为一楔形夹角（可调）；所述反光镜条（10）位于所述正向光伏发电组件（1）的侧边框中心线外位置，布置于最下层支架（3）、第二层支架（4）、第三层支架（5）、第四层支架（6）、第五层支架（7）、第六层支架（8）的组件边框支架上；所述对光标尺（11）位于反向光伏发电组件（2）的侧边框中心线外位置，布置于第二层支架（4）、第三层支架（5）、第四层支架（6）、第五层支架（7）、第六层支架（8）、第七层支架（9）的组件边框支架上，所述可调节支架上光伏组件角度的机械结构（12）位于各层支架的侧面，连接各层组件边框支架的下角。

2.根据权利要求1所述的提高等效光电转换效率装置，其特征是，所述反光镜条（10）接收太阳光照射，反射光线照射于反向光伏发电组件（2）的侧边框支架上，调节可调节支架上光伏组件角度的机械结构（12），使得反光镜条（10）的反射光线照射于对光标尺（11）上，精准定位正向光伏发电组件（1）的角度。

3.根据权利要求1所述的提高等效光电转换效率装置，其特征是，所述可调节支架上光伏组件角度的机械结构（12），包括手摇小轮（121）、调整角度齿条（122）、水平连杆（123）和垂直连杆（124），所述水平连杆（123）的四分之一处有一固定支点，水平连杆（123）可以围绕支点转动；水平连杆（123）短的一侧连接（滑动连接）各层组件边框支架的下角，水平连杆（123）长的一侧连接垂直连杆（124）（滑动连接），垂直连杆（124）下端连接着调整角度齿条（122），手摇小轮（121）的外齿圈与调整角度齿条（122）啮合。

4.一种如权利要求1~3中任一项所述的提高等效光电转换效率装置的提高等效光电转换效率方法，其特征是，步骤如下：

1）在光伏阵列场地中安装最下层支架（3）、第二层支架（4）、第三层支架（5）、第四层支架（6）、第五层支架（7）、第六层支架（8）、第七层支架（9），支架各层为刚性连接；

2）在各层支架上安装正向光伏发电组件（1）、反向光伏发电组件（2），最下层支架（3）只安装正向光伏发电组件（1），不安装反向光伏发电组件（2）；上层支架的组件不遮挡下层组件的太阳光照射；

3）在各层支架侧面安装可调节支架上光伏组件角度的机械结构（12）；

4）调整手摇小轮（121），使正向光伏发电组件（1）的侧边框中心线外位置的反光镜条（10）反射的光线，刚好照射在上一层支架下反向光伏发电组件（2）侧边框中心线外的对光标尺（11）上；

5）每一层的正向光伏发电组件（1）串联为一个电流支路；

6）每一层的反向光伏发电组件（2）串联为一个电流支路；

7）各正向光伏发电组件（1）串联的电流支路在汇流箱1汇合，各正向光伏发电组件（1）串联的电流支路在汇流箱2汇合；

8）汇流箱1和汇流箱2各自连接至逆变器；

9）启动系统进行光伏发电。