一种区域智能优化的光伏组件及其发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种区域智能优化的光伏组件及其发电系统，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上下两个光伏组件单元，每个组件单元均由沿矩形短边方向的横向串联成电池片串，并在一方面地由两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控制单元，最终在光伏组件中两个相互独立的区域智能优化的组件单元，本发明专利技术的光伏组件及其发电系统可实现在安装成本更低而效率更高的情况，有效避免部分遮挡或照度不均匀而引发的组件内部失配，并可挽回因失配所导致的发电损失，避免热斑效应产生，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。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种区域智能优化的光伏组件及其发电系统


[0001]本专利技术涉及发电领域，具体涉及光伏发电领域，尤其涉及一种区域智能优化的光伏组件及其发电系统。

技术介绍

[0002]光伏组件也叫太阳能电池板，是由多个太阳能电池片呈阵列的串并联构成，是太阳能发电系统的核心部分。随着光伏技术的发展逐渐成熟，传统的组件主要以电池片呈矩形阵列布置构成光伏组件，再由光伏组件串并联形成光伏发电站。如图1所示，是具有12*6块光伏电池片的光伏组件。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，沿矩形短边方向相邻的电池片串极性相反地排布并形成串联结构，每两串电池片串间设有旁路二极管，各旁路二极管设在一接线盒，或分别设在三分体接线盒。如图3所示，光伏组件的安装可分为长边（横向）安装以及长边纵边（竖向）安装，相比竖向安装，横向安装则需要5条以上檩条支撑，且安装效率极大的降低。因此，以下对光伏组件长边竖向安装的运行情况进行分析。
[0003]现有的光伏组件在光伏电站的应用中，存在多种环境因素所形成的局部遮挡和照度不均匀，并可严重影响到发电量，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。以上遮挡或照度的不均匀会导致组件内串联的光伏电池片或光伏组件出现失配的问题。如图2所示，由于光伏组件或电池片的伏安特性和功率特性是与照度高度相关的非线性特征。在太阳照度相关性方面，光伏组件的最大功率输出电流随照度的上升而增大，基本是线性关系；太阳照度的变化对光伏组件的最大功率输出电压影响不是那么大。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%。
[0004]在前后排遮挡问题方面。光伏电站中，若传统的光伏组件为固定倾角安装，则由于早上或下午太阳光入射角比较低，前排的组件将会挡住后排组件的部分。当后排电池片被遮挡的面积大于或等于30%时，组件的三个旁路二极管将全部导通，此时光伏组件的功率将接近零；当后排电池片被遮挡的面积小于30%时，组件的三个旁路二极管会不会导通，但此时由于电池片的失配，光伏组件的功率也会大幅降低。同时，被遮挡电池片将出现热斑效应。同理，在伏组件的安装支撑结构的檩条会遮挡双面组件的背面，这种遮挡难以避免，受长期遮挡发热的问题，被遮挡区域也会发生热斑效应。
[0005]以上两种情况主要是横向的遮挡，在意外情况下局部光伏电池被长期遮挡的问题。传统的组件的其中一片电池片被树叶、鸟粪、积灰遮挡时，当遮挡面积超过30%时，输出
电流将极大的下降，两串被遮挡电池片串的旁路二极管将导通，电池片串的功率将接近零，整个光伏组件的输出功率将减少1/3。同时，被旁路的两串联电池片串在光照下将持续产生电能，并由被遮挡的电池片发热所消耗，导致发生热斑效应，造成电池片黄变和灼伤，影响光伏组件的稳定性与使用寿命。
[0006]此外，还有双面发电的光伏组件其背面照度不均匀的问题。这种照度不均匀也具有不规律的部分。双面发电组件背面照度接收量受到安装条件的影响，例如安装高度、前后排间距、安装倾角和地面场景反射率。同时背面的照度不均匀性主要呈现组件背部上下照度不均匀分布的特点。
[0007]综上，部分现有技术在面临以上失配问题时，采用了一些途径解决。首先，这些方案大部分不能满足光伏组件平准化度电成本（LCOE）的要求而不具备实用性；例如，采用安装组件级功率优化器，在组件竖装时，这种方案依然不能解决诸如前后排遮挡、双面组件背部照度不均匀引起的组件内部失配问题，功率优化器只能解决在组件间失配问题，在电池片串之内的部分的被遮挡电池片依然会导致其他电池片失配；同时，又不可能对串联的每个电池片配置功率优化。另一部分现有技术采取忽视上述问题，如考虑组件版型结构较为成熟而廉价，依然取用上述传统的光伏组件；又如考虑到，当组件内电池片全部串联，输出电压较高因而组串配置组件数量较少，使得组串的电流较低，因而忽略失配的问题。但是，光伏电站由光伏组件所产生的直流电均需要通过光伏逆变器转化为交流电，再进一步升压经高压电网并网出售，而光伏组件数量受限于光伏逆变器的输入电压，如若要增加组件容量，组串中电流将随之增加，各种遮挡所产生热斑效应将成为迫切的问题。因此，现有技术在失配和解决失配成本之间形成了难以化解的矛盾。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种区域智能优化的光伏组件及其发电系统，可解决上述失配和解决失配成本之间形成的矛盾，实现在光伏组件内电池片阵列形成可减省安装成本而提升组串容量的区域互联结构，减少失配局部地发生在电池片串中的情况，而增加失配不发生或尽量发生在整串中的情况，从而使更多的电池片在电流匹配的情况下运行，提高发电功率，避免了严重热斑的出现，提升组件的可靠性，延长组件使用寿命。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种区域智能优化的光伏组件，包括呈矩形阵列排布的多个光伏电池片的组件本体，所述组件本体的第一光伏组件单元、第二光伏组件单元、第一光伏控制单元和第二光伏控制单元；所述第一光伏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；各所述电池片串相互串联和/或并联连接，并汇流连接到第一光伏控制单元的输入端；所述第二光伏组件单元包括相同数量的所述电池片串，各所述电池片串相互串联和/或并联连接，并汇流连接到第二光伏控制单元的输入端；所述第一光伏控制单元和第二光伏控制单元的输出端串联，且串联的两端为组件本体的输出端。
[0010]上述光伏组件方案中，在电池片串的串联和/或并联的方面，优选地有，第一光伏组件单元与第二光伏组件单元沿矩形长边方向排列；至少部分光伏组件单元中有，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
的两端构成光伏组件单元的输出端。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。
[0011]上述光伏组件方案中，关于不同极性朝向电池片串的相对位置，在一个方面优选地有，至少部分光伏组件单元中有，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。
[0012]上述光伏组件方案中，关于不同极性朝向电池片串的相对位置，另一个方面优选地有，至少部分光伏组件单元中有，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，进一步使如前后排遮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种区域智能优化的光伏组件，包括呈矩形阵列排布的多个光伏电池片(20)的组件本体(10)，其特征在于，所述组件本体(10)的第一光伏组件单元(11)、第二光伏组件单元(12)、第一光伏控制单元(31)和第二光伏控制单元(32)；所述第一光伏组件单元(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)；各所述电池片串(21)相互串联和/或并联构成第一光伏组件单元(11)的输出端，且该输出端连接到第一光伏控制单元(31)的输入端；所述第二光伏组件单元(12)包括相同数量的所述电池片串(21)，各所述电池片串(21)相互串联和/或并联构成第一光伏组件单元(12)的输出端，且该输出端连接到第二光伏控制单元(32)的输入端；所述第一光伏控制单元(31)和第二光伏控制单元(32)的输出端串联，且串联的两端为组件本体(10)的输出端。2.根据权利要求1所述的区域智能优化的光伏组件，其特征在于，第一光伏组件单元(11)与第二光伏组件单元(12)沿矩形长边方向排列；至少部分光伏组件单元中有，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，并且串联的两端构成光伏组件单元的输出端。3.根据权利要求2所述的区域智能优化的光伏组件，其特征在于，至少部分光伏组件单元中有，极性朝向相同的各所述电池片串(21)相邻地排列。4.根据权利要求2所述的区域智能优化的光伏组件，其特征在于，至少部分光伏组件单元中有，极性朝向相反的各所述电池片串(21)相邻地排列。5.根据权利要求1所述的区域智能优化的光伏组件，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)。6.根据权利要求1或4所述的区域智能优化的光伏组件，其特征在于，所述光伏电池片(20)为单面光伏发电，或者双面光伏发电。7.根据权利要求1所述的区域智能优化的光伏组件，其特征在于，所述第一光伏控制单元(31)和第二光伏控制单元(32)均为功率优化器(33)；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋悦，陈泽熙，
申请(专利权)人：广州中旭新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：