CN116978959A - 一种光伏电池组件 - Google Patents
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Abstract
一种光伏电池组件，属于光伏技术领域。包括多组电池组，每组电池组中包括串联连接的多个电池片，还包括与每组电池组并联的旁路保护系统，其特征在于：多组电池组串联连接，旁路保护系统为与每组电池组并联，且受每组电池组两端电位变化而导通或关断的开关管。在本光伏电池组件中，在不添加任何辅助电路及器件的前提下，直接采用耗尽型MOS管作为组件的旁路保护器件，利用电池片被遮挡后相应电池组两端的电位变化，使MOS管导通而起到保护作用，相比较现有技术中需要配置专门控制电路的技术方案，大大降低了电路结构的复杂程度，同时提高了旁路保护系统的可靠性。
Description
技术领域
一种光伏电池组件，属于光伏技术领域。
背景技术
在现有技术中，光伏组件由一定数量的电池片串联而成。但是当光伏组件中某块或某几块电池片中的光伏芯片被树叶等物体遮挡时，这些被遮挡的电池片的内阻就变得非常大，被遮挡电池片状态也由未遮挡时的发电状态（电源）变为了遮挡后的耗电状态（负载），被遮挡芯片会严重发热，这就是所谓的热斑效应。为了防止光伏组件的热斑效应，通用做法是将一定串联数量的电池片作为一串电池片，将每个光伏组件分成多串电池片，并设置一个与每串电池片分别并联的旁路保护装置。
如图7所示，以一块72片电池片串联而成的光伏组件为例，在该光伏组件中，将72片电池片分为三组，每组电池片中包括串联连接的24片电池片（N=24），旁路保护装置采用肖特基二极管实现：第一组电池片（包括串联连接的电池片B1-1~电池片B1-24）中并联由二极管D1，二极管D1的阳极与第一组电池片的输出负极相连，二极管D1的阴极与第一组电池片的输出正极相连，同理，还分别设置有与第二组电池片、第三组电池片并联的二极管D2、二极管D3。当组件没有被遮挡时，与每串电池片并联的肖特基二极管将承受该串电池片所产生的约12-15V的反向偏压，肖特基二极管处于反向截至状态。
假设光伏组件中某个电池片被遮挡时，如图8中第三组电池片中的电池片B3-24，会导致第三组电池片中的负极电位（图中B点）高于其正极电位（图中C点），此时二极管D3会正向导通，从而将第三组电池片整体短接，从而防止了该被遮挡电池片的热板效应
上述旁路保护装置的缺陷在于：肖特基二极管的正向压降较大，额定电流下的正向压降一般为0.3V-0.4V，随着组件功率的增大，该方案旁路保护装置的发热问题就格外显著，严重影响旁路保护的性能及可靠性。
申请号为201811496238.2，申请日为2018年12月7日，专利名称为“一种光伏组件及一种光伏组件的控制方法”的中国发明专利公开了一种技术方案，在该技术方案中，提供了一种旁路模块，在旁路模块中包括旁路mos管，旁路mos管的输出端以及输入端与控制电路的输出端对应连接，该旁路mos管的控制端与buck降压模块的控制芯片连接，通光控制芯片控制旁路mos管的通断。
申请号为201910560766.8，申请日为2019年9月20日，专利名称为“内嵌光伏旁路开关的光伏电池组件”的中国发明专利公开了一种技术方案，在该技术方案中，利用功率MOSFET作为开关元件，解决了在光伏旁路应用中功耗过高的问题。
包括以上两个技术方案在内的现有技术中，虽然都采用了MOS管作为开关元件，代替肖特基二极管实现对光伏模块的保护，但是这两种方案均需要采用控制电路与实现对MOS管的控制，因此电路结构较为复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设置有利用每组电池片中两端变化而动作的旁路保护系统，省略了辅助电路及器件，大大降低了电路结构的复杂程度，同时提高了旁路保护系统可靠性的光伏电池组件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该光伏电池组件，包括多组电池组，每组电池组中包括串联连接的多个电池片，还包括与每组电池组并联的旁路保护系统，其特征在于：多组电池组串联连接，旁路保护系统为与每组电池组并联，且受每组电池组两端电位变化而导通或关断的开关管。
优选的，开关管为沟道耗尽型MOS管。
优选的，开关管为N沟道耗尽型MOS管或P沟道耗尽型MOS管。
优选的，N沟道耗尽型MOS管的漏极和栅极与相应电池组的输出负极相连，MOS管的源极与相应电池组的输出正极相连。
优选的，N沟道耗尽型MOS管的栅极和源极与相应电池组的输出负极相连，MOS管的漏极与相应电池组的输出正极相连。
优选的，P沟道耗尽型MOS管的漏极与相应电池组的输出负极相连，MOS管的源极和栅极与相应电池组的输出正极相连。
优选的，P沟道耗尽型MOS管的栅极和漏极与相应电池组的输出负极相连，MOS管的源极与相应电池组的输出正极相连。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
在本光伏电池组件中，在不添加任何辅助电路及器件的前提下，直接采用耗尽型MOS管作为组件的旁路保护器件，利用电池片被遮挡后相应电池组两端的电位变化，使MOS管导通而起到保护作用，相比较现有技术中需要配置专门控制电路的技术方案，大大降低了电路结构的复杂程度，同时提高了旁路保护系统的可靠性。
在本光伏电池组件中，采用耗尽型MOS管取代肖特基二极管作为光伏组件的旁路保护，利用了MOS管沟道极低导通电阻的特点，当旁路保护通道开启时，组件电流通过耗尽型低压MOS管极低导通电阻的沟道流通，大大降低了旁路保护器件的功耗，温升，大大提高了旁路保护装置的可靠性。
附图说明
图1为光伏电池组件实施例1电路原理图。
图2~3为光伏电池组件实施例1工作过程示意图。
图4为光伏电池组件实施例2电路原理图。
图5为光伏电池组件实施例3电路原理图。
图6为光伏电池组件实施例4电路原理图。
图7为现有技术光伏电池组件电路原理图。
图8为现有技术光伏电池组件工作过程示意图。
具体实施方式
图1~3是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~6对本发明做进一步说明。
实施例1：
如图1所示，一种光伏电池组件，包括串联连接的多个电池片，在本光伏电池组件中，电池片设置有72个。72个电池片中，每相邻的24个分为一组：电池片B1-1~B1-24串联成为第一电池组，电池片B2-1~B2-24串联成为第二电池组，电池片B3-1~B3-24串联成为第三电池组，其中第一电池组中电池片B1-24的正极连接第二电池组中电池片B2-1的负极（连接处为图1中点A），第二电池组中电池片B2-24的正极连接第三电池组中电池片B3-1的负极（连接处为图1中点A），第一电池组中电池片B1-1的正极以及第三电池组中电池片B3-24的负极（连接处为图1中点C），分别作为光伏电池组件的正极和负极。
本光伏电池组件中的旁路保护系统为与第一电池组并联的MOS管W1-1、与第二电池组并联的MOS管W1-2以及与第三电池组并联的MOS管W1-3，在本实施例中，MOS管W1-1~W1-3均采用N沟道耗尽型MOS管实现。MOS管W1-1的漏极和栅极同时与电池片B1-1的负极相连，MOS管W1-1的源极与电池片B1-24的正极相连；MOS管W1-2的漏极和栅极同时与电池片B2-1的负极相连，MOS管W1-2的源极与电池片B2-24的正极相连；MOS管W1-3的漏极和栅极同时与电池片B3-1的负极相连，MOS管W1-3的源极与电池片B3-24的正极相连。
具体工作过程及工作原理如下：
当所有电池片均未被遮挡时，所有电池片均处于发电状态，此时MOS管W1-1~W1-3分别承受相应电池组所产生的约12-15V的反向偏压，以MOS管W1-2为例，此时图2中B点电位高于A点电位，即VGS<VGSoff<0V，MOS管W1-1~W1-3均处于关闭状态，本光伏电池组件的电流由电池片B1-1流向电池片B3-24。
当其中或多个电池片被遮挡时，例如第三电池组中的电池片B3-24，电池片B3-24被遮挡后内阻变大，由电源变为负载。此时图3中的B点电位高于C点电位，即MOS管W1-3此时的VGS＞0，从而使MOS管W1-3导通。MOS管W1-3导通后光伏电池组件的电流在流出第二电池组之后经过处于导通状态的MOS管W1-3流出，从而防止了该被遮挡电池片的热板效应。
由上述可知，在本光伏电池组件中，在不添加任何辅助电路及器件的前提下，直接采用耗尽型MOS管作为组件的旁路保护器件，利用电池片被遮挡后相应电池组两端的电位变化，使MOS管导通而起到保护作用，相比较现有技术中需要配置专门控制电路的技术方案，大大降低了电路结构的复杂程度，同时提高了旁路保护系统的可靠性。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于：在本实施例中，MOS管W1-1~W1-3由MOS管W2-1~W2-3代替，且MOS管W2-1~W2-3的连接方式与MOS管W1-1~W1-3的连接方式不同。如图4所示，在本实施例中，MOS管W2-1的栅极和源极同时与电池片B1-1的负极相连，MOS管W2-1的漏极与电池片B1-24的正极相连；MOS管W2-2的栅极和源极同时与电池片B2-1的负极相连，MOS管W2-2的漏极与电池片B2-24的正极相连；MOS管W2-3的栅极和源极同时与电池片B3-1的负极相连，MOS管W2-3的漏极与电池片B3-24的正极相连。
实施例3：
本实施例与实施例1的区别在于：在本实施例中，MOS管W1-1~W1-3采用P沟道耗尽型MOS管W3-1~W3-3。如图5所示，在本实施例中，MOS管W3-1的漏极与电池片B1-1的负极相连，MOS管W3-1的栅极和源极同时与电池片B1-24的正极相连；MOS管W3-2的漏极与电池片B2-1的负极相连，MOS管W3-2的栅极和源极同时与电池片B2-24的正极相连；MOS管W3-3的漏极与电池片B3-1的负极相连，MOS管W3-3的栅极和源极同时与电池片B3-24的正极相连。
实施例4：
本实施例与实施例3的区别在于：在本实施例中，MOS管W3-1~W3-3由MOS管W4-1~W4-3代替，且MOS管W4-1~W4-3的连接方式与MOS管W3-1~W3-3的连接方式不同。如图6所示，在本实施例中，MOS管W4-1的源极与电池片B1-1的负极相连，MOS管W4-1的栅极和漏极同时与电池片B1-24的正极相连；MOS管W4-2的源极与电池片B2-1的负极相连，MOS管W4-2的栅极和漏极同时与电池片B2-24的正极相连；MOS管W4-3的源极与电池片B3-1的负极相连，MOS管W3-3的栅极和漏极同时与电池片B4-24的正极相连。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种光伏电池组件，包括多组电池组，每组电池组中包括串联连接的多个电池片，还包括与每组电池组并联的旁路保护系统，其特征在于：多组电池组串联连接，旁路保护系统为与每组电池组并联，且受每组电池组两端电位变化而导通或关断的开关管。
2.根据权利要求1所述的光伏电池组件，其特征在于：开关管为沟道耗尽型MOS管。
3.根据权利要求2所述的光伏电池组件，其特征在于：开关管为N沟道耗尽型MOS管或P沟道耗尽型MOS管。
4.根据权利要求3所述的光伏电池组件，其特征在于：N沟道耗尽型MOS管的漏极和栅极与相应电池组的输出负极相连，MOS管的源极与相应电池组的输出正极相连。
5.根据权利要求3所述的光伏电池组件，其特征在于：N沟道耗尽型MOS管的栅极和源极与相应电池组的输出负极相连，MOS管的漏极与相应电池组的输出正极相连。
6.根据权利要求3所述的光伏电池组件，其特征在于：P沟道耗尽型MOS管的漏极与相应电池组的输出负极相连，MOS管的源极和栅极与相应电池组的输出正极相连。
7.根据权利要求3所述的光伏电池组件，其特征在于：P沟道耗尽型MOS管的栅极和漏极与相应电池组的输出负极相连，MOS管的源极与相应电池组的输出正极相连。
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