CN212909007U - 一种组件带优化功能的低lcoe光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，涉及光伏发电领域，其通过将排布于矩形阵列长边方向光伏电池片区域等分为至少两个组件单元，每个组件单元均由矩形短边方向的电池片串联的电池片串，并在一方面地由两个组电池片串等功率地并联后再串联构成，并独立的受控于光伏功率优化器，使组件可采用低成本高效率的竖装，使光伏组件输入电压降低和输出电流升高，可在电缆、汇流箱、支架和桩基等方面降低成本；并利用光伏功率优化器跟踪组件单元的最大功率点，配合电池片阵列结构有效减少遮挡失配，并能挽回失配的功率损失，最终达到能在大型光伏电站中大幅降低LCOE成本的目的，弥补组件内增加功率优化器功能所带来的成本增加。

Description

一种组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及发电领域，具体涉及光伏发电领域，尤其涉及一种组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统。

背景技术

光伏功率优化器，是可调配太阳能电池输出端的电压和电流，跟踪其最大功率点的元器件。相比于传统通过简单的旁路二极管，带功率优化器的太阳能电池可获取更多电能。目前，光伏功率优化器较多地应用于户用与中小型工商业光伏电站等场景，周边复杂环境而导致的遮挡或不一致的辐照。参照图2，太阳能电池伏安特性和功率特性是与照度高度相关的非线性特征。其中，最大功率输出电流随照度的上升而增大，基本是线性关系，在光伏组件或电池片串联结构当中，存在着木桶效应，即串联的光伏电池其中一块因遮挡等原因照度下降，会是的整串电池的电流下降，并且使串联的其他光伏电池的工作电压不在最大功率的工作电压下，产生光伏组件或子电池片串的失配效应。如电池片串中一光伏电池片被遮挡超过95%，整个串联电池片的电流将下降，未被遮挡的光伏电池片均运行在不匹配的电压下，则整串的功率将下降87.3%。而光伏功率优化器可通过可实现最大功率跟踪（MPPT）的DC/DC电路模块，通过调节占空比配置太阳能电池输出端和功率优化器输出端的电压电流关系，使被阴影等影响的输出电流与组串其他组件电流匹配一致，挽回失配发电损失。

但是，功率优化器只能挽回其连接太阳能电池两个端的失配，对于太阳能电池内部的所发生的失配挽回的效果有限。参照图1，是传统的光伏组件，沿矩形长边方向12块太阳能电池片全部串联形成电池片串，沿短边的6串电池片串全部串联，每两个串电池片串间设有旁路二极管。传统的遮挡问题可归类到一下几种问题：1）在意外情况下局部光伏电池被长期遮挡；2）随太阳入射角的降低，前排组串将遮挡后排组串；3）双面发电的光伏组件其背面照度不均匀；4）光伏组件的安装支撑结构的檩条会遮挡双面组件的背面；5）大气变换移动的云层呈现不规律的遮挡。而大型的光伏发电系统中，为降低成本需要组件采用如图3所示的竖装方式，在4块光伏组件的安装比较上，竖装需要4条横向的檩条支撑，而横装则需要5条以上檩条支撑，且安装效率极大的降低。传统的光伏组件在采用成本更低的竖装方式下，如面临前后排遮挡的问题，3串电池片串均有电池片被遮挡，因而整串的电流将下降，串内其电池片的运行电压将升高，并离开最大功率点，当遮挡超过95%，组件损失87.3%的功率。如面临局部遮挡的问题，其中1串电池片串有电池片被遮挡，而该串电流下降，串内其他电池片离开最大功率点。如双面组件的背部辐照不均匀情况下，各电池片串均有部分电池片电流较高，而部分较低，最终电池片将以较低的电流运行，而各电池片均在失配的电压状态下运行。以上问题，增加功率优化器可重新调高串内电流，挽回部分功率损失，但大部分的电池片所接收的辐照与其输出的功率仍然是不相配的，依然存在发电量的损失。

此外，光伏电站固定支架安装时，有主要有C字与一字型两个种连线方式。C字可直接连接上下相邻两个排光伏组件构成串组，而一字型则将一排的光伏组件构成串组。将一字型的串组两个端连接到逆变器，需要更多的电缆和更高的线损；而C字型则可直接从其中输出的一端连接到逆变器。但是，C字型在下排发生前后排遮挡时，以及背面照幅不同情况，上下排的发电量会影响，继而造成串组的电参量失配。

综上，光伏功率优化器应用于组件装机容量在1MW的大型光伏电站还很少。原因在于当前在大型光伏电站应用带功率优化器的光伏组件的LCOE成本(平准化度电成本，即对项目生命周期内的成本和发电量进行平准化后计算得到的发电成本)仍然很高。在一方面，不同于中小型工商业和户用光伏电站，大型光伏电站周边环境比较一致首先，出现阴影遮挡情况很少。在另一方面，在大型光伏电站场景的组件安装和连接方式中，传统组件即使增加功率优化器，其能挽回的失配功率有限。因此，应用功率优化器带来成本的增加与功率挽回有限的形成了难以调和的矛盾，限制了大型光伏电站是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段。

发明内容

本实用新型提供了一种组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，可解决应用功率优化器带来成本的增加与功率挽回有限的形成了难以调和的矛盾，有效地从容量增加、失配挽回及稳定性增加等方面提高发电的效能，以及从减省安装、接线及设备配置数量等多方面降低成本，使应用带功率优化器组件的大型光伏电站在项目生命周期内的成本较大幅降低，使光伏发电系统在效能上获得极大的突破。

主要应用于地面、水面及大型工商业屋顶场景的集中式光伏发电系统，其具备环境较为单一，光伏阵列朝向基本一致、各个光伏组串的组件数量一致的特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，包括光伏组件和光伏逆变器，所述光伏组件包括呈矩形阵列排布的光伏电池片，多个所述光伏组件串联成光伏组串，多个所述光伏组串连接于光伏逆变器；所述光伏组件包括至少两个组件单元，以及与之数量对应的功率优化器；所述组件单元包括多串由矩形短边方向呈行排布的光伏电池片相互串联而成的电池片串，且所述组件单元包含的电池片串数量相同；在所述组件单元中均有，各所述电池片串相互串联和/或并联连接构成组件单元的输出端，且该输出端连接到功率优化器的输入端；各所述功率优化器的输出端串联，且串联的两个端作为光伏组件的输出端。

上述发电系统，优选地有，所述光伏电池片为双面光伏发电，所述光伏组件包括沿矩形长边方向排布的两个或者三个组件单元；或者，所述光伏电池片为单面光伏发电，所述光伏组件包括沿矩形长边方向排布的两个组件单元。

上述发电系统，优选地有，所述光伏电池片为整片电池片，或者半片电池片，或者由整片划片而成的多片电池片；所述光伏电池片通过叠瓦、叠焊、拼片或焊带串焊工艺串联成电池片串，优选地，所述光伏电池片为半片电池片。该方案的有益效果在于，降低电池片串的内阻，减少电能在电池片中的损耗。

上述发电系统，优选地有，所述光伏组串包括长边竖向安装的光伏组件，若干所述光伏组件沿横向排列并相串联构成组件排；两所述组件排沿纵向排列，排列的其中一端两所述组件排串联，排列的另一端作为光伏组串的输出端。该方案有益效果在于，利用光伏组串C字型的连接方式，降低线缆的使用。

上述发电系统，光伏组件的控制方面，优选地有，所述光伏逆变器还包括控制模块，所述功率优化器为设置主控模块的DC/DC转换模块，所述主控模块可优化输入及输出端的电参量，所述控制模块连接于各DC/DC转换模块，所述控制模块在光伏逆变器的输入端设定推荐输入电压，并根据推荐输入电压在光伏组串中的各DC/DC转换模块中设定一推荐占空比，使光伏逆变器的实际输入电压维持在推荐输入电压的浮动范围。该方案有益效果在于，进一步利用功率优化器控制其输出电压在运行在较窄范围，使得光伏组串均有较窄而较高的输出电压，使光伏逆变器的输入电压稳定在高位，降低其交流输出的线损，增加组串中组件的配置数量。

上述发电系统，系统的控制方面，优选地有，所述主控模块包括最大功率跟踪模块、脉冲宽度调制模块和受控端口；所述最大功率跟踪模块用于获取DC/DC转换模块的输入及输出端的电参量并处理获得最大功率点，所述脉冲宽度调制模块根据最大功率点调节DC/DC转换模块的占空比；所述受控端口实时接收外部控制器的推荐占空比，以使DC/DC转换模块在推荐输出电压的浮动范围内变换。该方案有益效果在于，进一步利用功率优化器控制其输出电压在运行在较窄范围，使得光伏组串均有较窄而较高的输出电压，使光伏逆变器的输入电压稳定在高位，降低其交流输出的线损，增加组串中组件的配置数量。

上述发电系统控制方面，具体在功率优化方面，优选地有，所述最大功率跟踪模块的推荐占空比，为光伏组串中各组件单元的即时平均输出电压与设定参考功率优化器输出电压的比值；所述功率优化器的设定参考输出电压为,光伏逆变器电压范围内高位设定输入电压值除以功率优化器数量。

上述发电系统控制方面，具体在功率优化方面，优选地有，所述DC/DC转换模块为Buck型降压式,或者Boost升压式，或者Boost-Buck升降压式；所述光伏逆变器为带Boost电路的两个级式组串式逆变器或集中式无Boost电路的单极式光伏逆变器；优选地，所述光伏逆变器为集中式无Boost电路的单极式电路结构，所述DC/DC转换模块为Buck型降压电路结构。该方案有益效果在于，在因串联而运行在相同电流的基础上，各功率优化器可自动配置组件单元内部的电流和电压，使其运行在最大功率点，提升光伏组件的发电效率。

上述发电系统，优选地有，至少部分组件单元中有,部分的所述电池片串同一极性朝向地相互并联构成第一串组，相同数量的另一部分的所述电池片串相反极性朝向地相互并联构成第二串组，所述第一串组和第二串组相互串联，并且串联的两个端构成组件单元的输出端。该方案的有益效果在于，通过并联降低组件单元内的失配情况的发生，进一步降低电压增加电流，提升光伏组串的容量，通过串联平衡电流，简化接线。

具体在光伏组件方面，优选地有，至少部分组件单元中有，极性朝向相同的各所述电池片串相邻地排列；该方案的有益效果在于，简化电池片串的接线接线。进一步使如前后排遮挡。或者，至少部分组件单元中有，极性朝向相反的各所述电池片串相邻地排列。该方案的有益效果在于，背部照度不均匀等情况可均衡地分配在并联的电池片串内，使相串联的两个电池片串并联体发生的遮挡情况相接近，使失配的情况进一步减少。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

与现有技术相比，本实用新型有益效果如下：

（1）本实用新型通过将排布于矩形阵列长边方向光伏电池片区域等分为至少两个组件单元，每个组件单元均由矩形短边方向的横向串联成电池片串，并在一方面地由两个组电池片串等功率地并联后再串联构成，并且独立的受控于光伏功率优化器，使组件可采用低成本高效率的竖装，可通过光伏组件结构挽回前后排遮挡、局部电池片遮挡、背面不均匀照度，横梁遮挡等问题造成的失配损失，同时还可利用功率优化器使多个组件单元匹配不同的照度情况相互独立的输出功率；并且利用光伏输入电压的降低，提升光伏组串的装机容量，可在电缆、汇流箱、支架和桩基等方面降低成本，最终达到能在大型光伏电站中大幅降低LCOE成本的目的，实现具有实效性地大型光伏电站中配备组件级的功率优化器。

（2）相对于传统的光伏组件及发电系统，本实用新型中发电系统在发电功率提升方面有：1）子电池片串级功率优化器数量可以两个，降低功率优化器成本；并且，电池采用切半分片，实现光伏开路电压降低1/3，实现组串中安装组件容量的提升；并且，各功率优化器采用Buck降压式电路结构，实现1.2-1.5倍的工作电流，1/1.5-1/1.2倍的输出工作电压。综上，相对于传统光伏组件电路结，本实用新型在相同系统开路电压下，组串工作电流可提升到2倍以上，因此光伏组件容量可达到传统光伏组件的2倍以上。每个组串光伏容量增加一倍，不计光伏功率优化器，原始组串的开路电压提升1/3。2）在竖装情况下，本实用新型可实现失配情况较为平均的发生在电池片串上，更为有利于功率的优化，挽回传统组件难以挽回的失配功率损失。3）比不带功率优化器组件，本实用新型可使早晚低太阳辐照下功率优化器的输出电压更大范围满足光伏逆变器启动工作电压，做到光伏逆变器早启动晚关机，提升项目发电量。

（3）相对于传统的光伏组件及发电系统，本实用新型中发电系统在提升上成本下降方面有：1)在相同光伏装机容量下，单个组串接入的光伏组件容量提升到原来的2倍可以使组串路数变为原来一半，而直流汇流箱数量可以减半，直流汇流箱到光伏逆变器直流电缆根数及电缆与逆变器间接线端子数减半。2）每套支架安装光伏组件数量可以增加2倍。3）采用C型的光伏组件串接方式，可以串联上下排，有效降低使用导线。并且光伏组件采用竖装的方式，4）通过光伏组件横版的结构，在降低失配的情况的同时，可有效降低光伏支架的用钢量、支架成本和安装费用。

附图说明

图1为传统光伏组件电路结构及遮挡示意图；

图2为光伏温度-伏安特性和功率电压特性示意图；

图3为光伏组件的两个种安装方式对比，左侧为长边纵向安装，右侧为长边横向安装；

图4为本实用新型的光伏发电系统的电路结构示意图；

图5为本实用新型第一实施例的光伏组件整体电路结构示意图；

图6为本实用新型第一实施例的光伏组件主视外观结构示意图；

图7为本实用新型第一实施例的光伏组件正背面遮挡效果展示示意图；

图8为本实用新型第二实施例的光伏组件整体电路结构示意图；

图9为本实用新型第二实施例的光伏组件主视外观结构示意图；

图10为本实用新型第二实施例的光伏组件正背面遮挡效果展示示意图；

图11为本实用新型光伏发电系统中功率优化模块电路结构示意图；

图12为本实用新型光伏发电系统中光伏组串的电路结构示意图。

附图标记为：10、光伏组件；11、组件单元；20、光伏电池片；20a、半片电池片；21、电池片串；221、第一串组；222、第二串组；30、功率优化器；31、DC/DC转换模块；32、最大功率跟踪模块；321、受控端口；33、脉冲宽度调制模块；34、接线盒；40、光伏组串；50、光伏逆变器；60、控制模块。

具体实施方式

为更好的说明本实用新型的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不作为限制本实用新型的范围。

如图4到12所示，本实用新型提供了一种带功率优化器30光伏组件10的低LCOE光伏发电系统，包括光伏组件10和光伏逆变器50，所述光伏组件10竖向安装并串联成光伏组串40，多个所述光伏组串40并联连接到光伏逆变器50；所述光伏组件10包括至少两个组件单元11，以及与之数量对应的功率优化器30；所述组件单元11包括多串由所有矩形短边方向排布的光伏电池片20相互串联而成的电池片串21，且所述组件单元11包含的电池片串21数量相同；在所述组件单元11中均有，各所述电池片串21相互串联和/或并联连接，并汇流连接到功率优化器30的输入端；各所述功率优化器30的输出端串联，且串联的两个端作为光伏组件10的输出端；各所述功率优化器30为设有最大功率跟踪模块32的DC/DC转换模块31。本实用新型的光伏发电系统利用光伏组件10内拓扑结构实效性地利用功率优化器30，降低失配情况，增加发电效率，增加组串容量，降低汇流箱等设备配置数量，达到降低LCOE平准化度电成本的目的。

参照图5至7，是本实用新型第一实施例光伏发电系统中的光伏组件10结构，包括呈矩形阵列排布的多个光伏电池片20的光伏组件10。其中，光伏组件10包括沿矩形长边方向分布的上区域组件单元11和下区域组件单元11，以及数量与组件单元11对应的功率优化器30。各组件单元11均包括多串由矩形短边方向呈行排布的光伏电池片20相互串联而成的电池片串21；各电池片串21相互串联和/或并联连接，并汇流连接到功率优化器30的输入端。各功率优化器30的输出端串联，且串联的两个端为光伏组件10的输出端，各所述功率优化器30为设有最大功率跟踪模块32的DC/DC转换模块31。

本实施例具体地，参照图5的光伏组件10电路结构，沿矩形的短边方向一行的所有的光伏电池片20全部串联构成电池片串21，沿矩形的长边方向共排布有12串电池片串21，上区域组件单元11由上方的6串电池片串21构成，下区域组件单元11由下方的6串电池片串21构成。在上下区域的组件单元11均有，其中的三串电池片串21极性朝向左侧并联，即正极左向第一串组221相互并联；另外的三串的电池片串21极性朝向右侧并联，即正极右向第一串组222相互并联；正极左向第一串组221和正极右向第一串组222相互串联，且串联的两个端对应连接到各功率优化器30输入端。上下区域的组件单元11对应的功率优化器30相互串联作为光伏组件10的输出端。其中在本方案中，为便于串接，正极左向第一串组221和正极右向第一串组222分别为相邻的三串电池片串21；在其他方案中，为使两个种电极朝向的串组分布均匀，正极左向的电池片串21相邻于正极右向的电池片串21。

本实施例具体地，参照图6的光伏组件10外观阵列结构。在一个实施例中有，光伏电池片20全部采用半片电池片20a呈矩形阵列排布而成，任意电池片串21包含12块半片电池片20a，通过导电焊带串联连接成串，使通过每根主栅的电流降低为原来的1/2，使半片组件内部功率耗损降低为整片组件的1/4，相对于6块整片电池片所构成的电池片串21，本实施例的电流增加电压下降，但电池片的热损耗降低。在一个实施例中有，半片电池片20a为双面光伏发电的电池片，其两个面均可在光的辐射下转化为电能，达到增加根据地形的反光效率的不同，增加5%至20%的发电量。在一个实施例中有，将六串电池片串21相互电连接。在矩形阵列左侧一端，正极左向第一串组221和正极右向第一串组222分别对应连接两个第二汇流条，两个第二汇流条分别连接到功率优化器30的输入端。在一个实施例中有，两个功率优化器30分别设置于两个分体接线盒34当中，两个分体接线盒34串联的两个端作为光伏组件10的输出端。

参考图7并对比图1，在上述实施例的光伏组件，在面对各种遮挡情况下的示例性的说明，并且还可以相近地应用到其他实施例当中。

在光伏组件10的正面有。（1）中部圆形阴影，示意性地表示落叶、驻停鸟禽等杂物遮挡的情况。本实施例中，整串的电池片数量更少，因而该遮挡对于光伏组件10的功率影响更小。值得注意地，阴影更大概率分别落在两个并联的电池片串21中，对其中单电池片的遮挡百分比更低，对单串电池片串21的功率影响更低。值得注意地，相邻的电池片串21是并联的，单独一串对其他电池片串21的电流影响较小，这种遮挡仅损失一短边串电池片串21功率。相比于传统光伏组件10，面对相同情况将损失三分一的功率，本实施例极大程度地挽回了失配的功率损失。（2）下部的矩形阴影，示意性地表示早晚太阳入射角低而造成的前排遮挡后排的情况。特别的是，这个阴影是随时间移动的。本实施例中，最开始仅会遮挡下区域组件单元11的最下方一串电池片，相当于组件单元11的六串其中一串被遮挡；由于是并联后串联,其他5串受影响较小，而上区域组件单元11不受影响，则光伏组件10功率损失一短边串电池片串21功率。若最终被遮挡了最下方的三串，则组件功率损失约三串电池片串21功率。相比于传统光伏组件10，面对相同情况将功率接近零，本实施例极大程度地挽回了失配的功率损失。

在光伏组件10的背面有。（1）中上下密度依次递增的阴影，示意性地表示双面光伏组件10中，背面所接收太阳光照度的区别。本实施例中，以单排光伏组件10为示例，上区域组件单元11接收了顶部较强辐照和部分中部的较弱辐照，下区域组件单元11接收了另一部分中部较弱辐照和底部较强辐照，且各电池片串21所接收的照度相接近；在功率优化器30对最大功率点的跟踪，上下区域光伏组件10均可运行在接近最大功率点的电压位置，内部具有并联结构，使各串电池片串21均可充分将辐照转化为电能。相比于传统光伏组件10，面对相同情况将各电池片串21均运行在最低照度的电流工作点上，本实施例极大程度地挽回了失配的功率损失。（2）中部上下矩形阴影，示意性地表示双面光伏组件10中背部两个支撑檩条的遮挡情况。本实施例中，仅两个组件单元11中的两个串短边电池片串21受到影响。相比于传统光伏组件10，面对背面发电量相同情况将功率接近零，本实施例极大程度地挽回了失配的功率损失。

在本实用新型第一实施例中，相比于传统的光伏发电系统，在成本更低而效率更高的竖装条件下，可以使大部分情况的遮挡或照度不均匀会发生在单个组件单元11内或组件单元11中的并联电池片串21内，当上下两个区域组件单元11的存在遮挡或照度不均匀（双面组件背部照度）差异时，有效挽回各种情况的上下两个单元失配而产生的发电损失，并避免热斑效应产生，可有效规避传统光伏组件10版型结构竖装时组件内部由于前后排遮挡、双面组件背部照度等上下照度不均匀引起的组件内部失配问题，并且可适用于各种组件阵列规格，满足降低平准化度电成本的要求，具有良好的应用前景。

参照图8至10，是本实用新型第二实施例光伏发电系统中的光伏组件10结构，包括呈矩形阵列排布的多个光伏电池片20的光伏组件10，所述光伏组件10包括上部组件单元11、中部组件单元11和下部组件单元11，以及数量对应于组件单元11的功率优化器30；所述组件单元11包括多串由矩形短边方向呈行排布的光伏电池片20相互串联而成的电池片串21，且所述组件单元11包含的电池片串21数量相同；在所述组件单元11中均有，各所述电池片串21相互串联和/或并联连接，并汇流连接到功率优化器30的输入端；各所述功率优化器30的输出端串联，且串联的两个端为光伏组件10的输出端；所述光伏电池片20可双面光伏发电，各所述功率优化器30为设有最大功率跟踪模块32的DC/DC转换模块31。

本实施例具体地，参照图8的光伏组件10电路结构，沿矩形的长边方向共排布有12串电池片串21，上部组件单元11包含上部的4串电池片串21；中部组件单元11包含中部的4串；下部组件单元11包含下部的4串。上中下的组件单元11均有，其中的两个串电池片串21极性朝向左侧并联，即正极左向第一串组221相互并联；另外的两个串的电池片串21极性朝向右侧并联，即正极右向第一串组222相互并联；正极左向第一串组221和正极右向第一串组222相互串联，且串联的两个端对应连接到各功率优化器30输入端，各功率优化器30相互串联作为光伏组件10的输出端。其中在本方案中，为便于串接，正极左向第一串组221和正极右向第一串组222分别为相邻的电池片串21；在其他方案中，为使两个种电极朝向的串组分布均匀，正极左向的电池片串21相邻于正极右向的电池片串21。

本实施例具体地，参照图9的光伏组件10外观阵列结构。在一个实施例中有，光伏电池片20全部采用半片电池片20a呈矩形阵列排布而成，任意电池片串21包含12块半片电池片20a，通过导电焊带串联连接成串。在一个实施例中有，在矩形阵列右侧一端设置有第一汇流条，将四串电池片串21相互电连接。在矩形阵列左侧一端，正极左向第一串组221和正极右向第一串组222分别对应连接两个第二汇流条，两个第二汇流条分别连接到功率优化器30的输入端。在一个实施例中有，三个功率优化器30分别设置于三分体接线盒34当中，串联的两个端作为光伏组件10的输出端。

参考图10并对比图1，在上述实施例的光伏组件10，在面对各种遮挡情况下的示例性的说明，并且还可以相近地应用到其他实施例当中。在光伏组件10的正面有。第二实施例具体与第一实施例相近的表现，特别是细分为三个组件单元11，对于遮挡具有更高的功率优化输出。在光伏组件10的背面有：（1）对于单排的光伏组件10，上部组件单元11可独立获取光伏组件10背面顶部强度中等的辐照，中部组件单元11可独立获取面中部辐照强度较弱的辐照，下部组件单元11可独立获取光伏组件10背面顶部较强的辐照；在功率优化器30的作用下，三个位置的串接的组件单元11可在输出电流相同的情况下，均运行在最大功率点的电压下。相比于传统组件，面对相同的情况，各电池片串21只能运行在最低辐照区域电流的工作点上，本实施例极大的挽回的功率损失。相比于第一实施例，三单元光伏组件10更能适应于一天的太阳入射角对背面照度区域的影响。（2）对于双排的光伏组件10，当早晚入射角较低，底部较强照度区域的面积更大，可覆盖下排组件的下两个单元。适配地获取最大电能；当中午入射角较高，底部较强照度区域的面积变小，可覆盖下排组件的下一个单元。中部较弱照度区域能始终提供上下排3到4个组件单元11，并始终能独立运行在最大功率点，而不影响另外的组件单元11。

在本实用新型第二实施例中，相比于传统的光伏发电系统，本实施例在成本更低而效率更高的竖装条件下，将背面不同照度区域分别匹配在不同光伏组件10单元中，使单个光伏组件10单元及电池片串21中呈现相近的照度，而各个光伏组件10单元之间的背面照度辐照差异时，可在光伏控制单元作用下可有效挽回组件单元11间的因失配而形成功率损失，使双面组件获得实效性的发电量增幅。同时，各组件单元11能匹配到一天内背面照度变化，还有效挽回光伏组件10在如前后排遮挡、檩条遮挡和个别电池片遮挡等问题上因为失配而产生的损失，满足降低平准化度电成本的要求，满足降低平准化度电成本的要求，具有良好的应用前景。

如图12所示并参考图3，本实施例的光伏发电系统在安装方式上，每个光伏组件10都采用竖装的方式安装。背部的四个檩条即可实现支撑4块光伏组件10的安装，且螺孔的安装位置更少。本实施例的光伏发电系统在电路结构上，各组件单元11的功率优化器30，其串联的输出端作为光伏组件10的输出端。各光伏组件10的输出端依次串联成光伏组串40，光伏组串40的输出端直接或通过直流汇流箱连接到光伏逆变器50光伏组串40包括上下两个矩形短边水平安装的若干光伏组件10，其中在上下两个排结构的一端有，该端的光伏组件10的上下两个端口相串联；其中在上下两个排结构的另一端有，该端的光伏组件10的上下两个端口作为光伏组串40的输出端。该方案仅需要将左右相邻的光伏组件10相连接以及一端上下的光伏相连接，可以大量节省连接的线材。传统采用该连接方案，由于前后排遮挡，上下排之间会出现电流的失配，但在功率优化器30的作用下，下排的组件单元11可跟踪运行在最大功率点上,并调节功率优化器30的输出电压匹配组串电流的变化,使上下排均能运行在最大功率点,避免开失配的影响。

参考图11，在本实用新型各实施例中有，各功率优化器30为设有最大功率跟踪模块32的Buck型降压式DC/DC转换模块31。在其他实施例中，功率优化器30还可以是Boost升压式，或者Boost-Buck升降压式。各功率优化器30输出端相串联，串联后构成光伏组件10的输出端。DC/DC转换模块31设置有主控模块，其可优化输入及输出端的电参量。主控模块包括最大功率跟踪模块32、脉冲宽度调制模块33和受控端口321。每个组件单元11由功率优化器30跟踪最大功率点地获取电能。更具体地有，最大功率跟踪模块32用于获取DC/DC转换模块31的输入及输出端的电参量并处理获得最大功率点，脉冲宽度调制模块33根据最大功率点调节DC/DC转换模块31的占空比；受控端口321实时接收外部控制器的推荐占空比，以使DC/DC转换模块31在推荐输出电压的浮动范围内变换。光伏逆变器50为集中式无boost电路的单极式光伏逆变器50，并且设置有控制模块60，控制模块60在光伏逆变器50的输入端设定推荐输入电压，并根据推荐输入电压在光伏组串40中的各个受控端口321设定一推荐占空比，使光伏逆变器50的实际输入电压维持在推荐输入电压的浮动范围。

在光伏组件10和光伏发电系统的实施例中，光伏输出控制方面均有：最大功率跟踪模块32，即图中MPPT。其可依据检测功率优化器30的输出电参量跟踪组件单元11的最大功率点，并通过脉冲宽度调制模块33，即图中PWM，控制功率管的占空比。其中，最大功率跟踪模块32设置有受控端口321，可使PWM调节的占空比运行在推荐占空比的浮动范围，如推荐占空比为80%，实际占空比运行在80±3%。

如图4所示，在光伏发电系统中，所述控制模块60连接于各受控端口321，控制模块60在光伏逆变器50的输入端设定推荐输入电压，并根据推荐输入电压在光伏组串40中的各个受控端口321设定一推荐占空比，使光伏逆变器50的实际输入电压维持在推荐输入电压的浮动范围。具体实施例中有，在光伏逆变器50，设定其推荐输入电压设定在U^_in.ref。则可计算出单个功率优化器30的推荐输出电压为U_o.ref等于U^_in.ref除以功率优化器30的个数N。控制模块60通过与各功率优化器30的MPPT进行信息互通，获取每个功率优化器30的输入电压U_in.1、U_in.2、U_in.3、…、U_in.n（即为每个组件单元11的输出电压U_in），处理获得平局输入电压

_in=U_in.1+U_in.2+U_in.3+…+U_in.n。由于功率优化器30为Buck型降压式电路结构，因此可知在一光伏组串40中设置的推荐占空比为D_ref=

_in÷U_o.ref。光伏优化器在获得D_ref后将在设定的浮动的范围±3%内跟踪该光伏组件10在最大功率点的实际占空比D。

在无遮挡状况下，光伏组串40的实际运行电压将和光伏逆变器50推荐输入电压相近；在部分老化或遮挡情况（出现损失一般不超过3%），此时光伏组串40的实际运行电压将略低于光伏逆变器50推荐输入电压，同时光伏逆变器50输入仍运行在电压高位，提高交流输出电压降低线损，减少额定线圈数量。在照度增加的时候，各组件单元11的最大功率点下的输出电压

_in升高，则通过即时控制降低推荐占空比D_ref，使功率优化器30推荐输出电压U_o.ref维持不变，跟随同样维持不变的光伏逆变器50的推荐输入电压U^_in.ref值。在光伏发电系统中光伏组串40发生前后排遮挡，遮挡将相近地发生在每一光伏组串40中，则此时光伏组串40的因遮挡，下排的组件单元11的最大功率点下的输出电压将降低，则处理的

_in将降低，维持推荐U_o.ref不变，并跟随设定的光伏逆变器50的推荐输入电压设定在U^_in.ref，则由控制模块60在功率优化器30设置的D_ref将降低。

特别地还有，控制模块60在其运算的周期（该周期大于功率优化器30周期100倍以上，如30秒），采集处理得到光伏逆变器50的实际输入电压与推荐输入电压的比值变化小于3%，判断变化发生于光伏组串40内的部分组件中，则各功率优化器30维持上一次设置的推荐占空比运行；而当比值变化大于3%，判断该变化发生在各个光伏组装之间的，其属于如背部照度不均匀，前后排遮挡，以及照度或温度变化等的变化，则根据以上运算重新设置一次占空比。最终使光伏逆变器50运行在当前温度和照度可获取最大功率情况下，其输入电压的最大化。本实施例的方案可使光伏逆变器50的输入电压时刻运行在数值较大而变化幅度较小的范围之内，提高交流输出的电压值，降低升压变压器等后续设备以及线缆的损耗，降低功率优化器30和光伏逆变器50之间的极端电压和电流的冲击，提高光伏发电系统的稳定性。

上述各实施例中，可进行简单的单瓦发电成本核算，依照本实用新型的特点，在其他实施例中可也具有类似的单瓦发电成本优势。（1）电池片阵列结构与传统相当，光伏组件10具有输出电压下降的结构，组串中光伏组件10可大幅增加容量；同时，而在相同容量的情况下，可降低直流电缆和直流汇流箱的数量及支架模组与桩基数量，降低建设成本。（2）横向的电池片排列方式，可匹配前后排遮挡情况，大部分的挽回背部照度不均匀的失配损失，以及其他在横向上的遮挡情况。（3）在可降低成本的竖装方式上，通过电池片的整列电路结构有效降低失配的情况，挽回即使装功率优化器30也无法挽回的功率损失。（4）半片电池片20a略微增加成本，可降低光伏内阻损耗，特别是电流大于传统的情况，提升发电效率。（5）双面电池片略微增加成本，相对于传统双面将在使用中适配而只有较低的功率增加下过，本方案利用电路结构以及功率优化器30增加发电功率。（6）设置两个功率优化器30较为增加成本，但可进一步在稳定电流工作，并且对于集中式逆变的大型变电站中，具有充足的照度和较小的环境干扰，可经过环境电量等参数计算，设置动态调节占空，一方面让集中逆变器50运行在输入电压范围较高而变化较窄状况下，进一步增加容量和发电效率。由此可见，本实用新型的光伏组件10，比传统光伏组件10更低的单瓦成本，是具有非常好的实用效果。

以上实施例主要描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (11)

1.一种组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，包括光伏组件(10)和光伏逆变器(50)，其特征在于，所述光伏组件(10)包括呈矩形阵列排布的光伏电池片(20)，多个所述光伏组件(10)串联成光伏组串(40)，多个所述光伏组串(40)连接于光伏逆变器(50)；

所述光伏组件(10)包括至少两个组件单元(11)，以及与之数量对应的功率优化器(30)；所述组件单元(11)包括多串由矩形短边方向呈行排布的光伏电池片(20)相互串联而成的电池片串(21)，且所述组件单元(11)包含的电池片串(21)数量相同；在所述组件单元(11)中均有，各所述电池片串(21)相互串联和/或并联连接构成组件单元(11)的输出端，且该输出端连接到功率优化器(30)的输入端；

各所述功率优化器(30)的输出端串联，且串联的两个端作为光伏组件(10)的输出端。

2.根据权利要求1所述的组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，其特征在于，所述光伏电池片(20)为双面光伏发电，所述光伏组件(10)包括沿矩形长边方向排布的两个或者三个组件单元(11)；或者，所述光伏电池片(20)为单面光伏发电，所述光伏组件(10)包括沿矩形长边方向排布的两个组件单元(11)。

3.根据权利要求1所述的组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，其特征在于，所述光伏电池片(20)为整片电池片，或者半片电池片(20a)，或者由整片划片而成的多片电池片；所述光伏电池片(20)通过叠瓦、叠焊、拼片或焊带串焊工艺串联成电池片串(21)。

4.根据权利要求1所述的组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，其特征在于，所述光伏组串(40)包括长边竖向安装的光伏组件(10)，若干所述光伏组件(10)沿横向排列并相串联构成组件排；两所述组件排沿纵向排列，排列的其中一端两所述组件排串联，排列的另一端作为光伏组串(40)的输出端。

5.根据权利要求1所述的组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，其特征在于，所述光伏逆变器(50)还包括控制模块(60)，所述功率优化器(30)为设置主控模块的DC/DC转换模块(31)，所述主控模块可优化输入及输出端的电参量，所述控制模块(60)连接于各DC/DC转换模块(31)，所述控制模块(60)在光伏逆变器(50)的输入端设定推荐输入电压，并根据推荐输入电压在光伏组串(40)中的各DC/DC转换模块(31)中设定一推荐占空比，使光伏逆变器(50)的实际输入电压维持在推荐输入电压的浮动范围。

6.根据权利要求5所述的组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，其特征在于，所述主控模块包括最大功率跟踪模块(32)、脉冲宽度调制模块(33)和受控端口(321)；所述最大功率跟踪模块(32)用于获取DC/DC转换模块(31)的输入及输出端的电参量并处理获得最大功率点，所述脉冲宽度调制模块(33)根据最大功率点调节DC/DC转换模块(31)的占空比；所述受控端口(321)实时接收外部控制器的推荐占空比，以使DC/DC转换模块(31)在推荐输出电压的浮动范围内变换。

7.根据权利要求6所述的组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，其特征在于，所述最大功率跟踪模块(32)的推荐占空比，为光伏组串(40)中各组件单元(11)的即时平均输出电压与设定参考功率优化器(30)输出电压的比值；所述功率优化器(30)的设定参考输出电压为,光伏逆变器(50)电压范围内高位设定输入电压值除以功率优化器(30)数量。

8.根据权利要求5所述的组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，其特征在于，所述DC/DC转换模块(31)为Buck型降压式,或者Boost升压式，或者Boost-Buck升降压式；所述光伏逆变器(50)为带Boost电路的两个级式组串式逆变器或集中式无Boost电路的单极式光伏逆变器。

9.根据权利要求8所述的组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，其特征在于，所述光伏逆变器(50)为集中式无Boost电路的单极式电路结构，所述DC/DC转换模块(31)为Buck型降压电路结构。

10.根据权利要求1所述的组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，其特征在于，至少部分组件单元(11)中有,部分的所述电池片串(21)同一极性朝向地相互并联构成第一串组(221)，相同数量的另一部分的所述电池片串(21)相反极性朝向地相互并联构成第二串组(222)，所述第一串组(221)和第二串组(222)相互串联，并且串联的两个端构成组件单元(11)的输出端。

11.根据权利要求10所述的组件带优化功能的低LCOE光伏发电系统，其特征在于，至少部分组件单元(11)中有，极性朝向相同的各所述电池片串(21)相邻地排列；或者，极性朝向相反的各所述电池片串(21)相邻地排列。

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