一种智能防热斑光伏组件制造技术

本发明专利技术公开了一种智能防热斑光伏组件，组件中的第一光伏电池串组发电单元和第二光伏电池串组发电单元通过汇流条连接后引出出线端子接入功率优化器，作为接线盒的出线端子内无需设置旁路二极管，规避了常规光伏组件因接线盒内设置有旁路二极管而在发生故障时难以对接线盒进行更换的问题；提供的控制单元对于功率优化器的输入电流预设有阈值，根据功率优化器的实际输入电流与其阈值比较来设置功率优化器的不同的输入低电压保护值，以便在无热斑破坏风险时，有更大MPPT跟踪范围，提升发电效率；在有热斑破坏风险时，设置更高的输入低电压保护值，限制发生遮挡的电池片两端的反向偏向电压值，以远离极端热斑温度，降低了对背板等封装材料的耐高温要求。板等封装材料的耐高温要求。板等封装材料的耐高温要求。

【技术实现步骤摘要】
一种智能防热斑光伏组件


[0001]本专利技术涉及光伏发电
，具体涉及一种智能防热斑光伏组件。

技术介绍

[0002]当安装在户外环境下的光伏组件表面有灰尘、风沙、鸟粪等遮挡时，光伏组件输出功率会有所损失，严重时组件会发生热斑效应。所谓热斑效应指，光伏组件串联电路中被遮挡、脏污、裂纹、气泡等有缺陷区域的电池片时，缺陷电池片被当做负载，消耗其他电池片产生的电能，导致局部过热。热斑效应严重时会使组件起火，引发火灾，对光伏组件造成不可逆的严重损坏。近年来，生产厂商为提高光伏组件输出功率，组件尺寸越来越大。光伏组件尺寸的增大将带来电流的显著提升，当组件的电流达到18A及以上时，面对的电气安全风险急剧增加，严重时由于热斑等原因可能导致装有旁路二极管的接线盒、背板等材料烧毁，甚至引起火灾，为光伏电站带来巨大损失。
[0003]正常情况下，一个光伏组件中各单元（单体电池）因光照而产生的电流Iph基本相等，光伏组件中某个单体电池或几个单体电池由于遮光或本身原因导致电流Iph降低，不能匹配组串和其他单体电池的电流，当光伏组件工作电流超过该单体电池或几个单体电池电流时，超出的电流会流经并联电阻Rsh，则该部分单体电池被置于反向偏置状态，在电路中的功能由电源变为负载，消耗能量，产生热量，从而在组件内部形成局部过热的现象。
[0004]组件级功率优化器、微型光伏逆变器等MLPE产品与常规光伏组件配置时，常规光伏组件通常划分为2
‑
3个光伏电池串发电单元。为防止太阳能电池在强光下由于遮挡造成其中一部分光伏组件因为得不到光照而成为负载产生严重发热受损，因此需要在每个光伏电池串发电单元反向并联如图3、图4中所示的旁路二极管。当电池片正常工作时，旁路二极管反向截止，常温下对光伏组件转换效率影响微乎其微，然而随着旁路二极管的器件温度大幅上升，二极管的反向漏电流亦会大幅的上升，此时就有可能对光伏组件的发电效率产生不容忽视的影响。而且，当且光伏组件接线盒发生故障时由于整体采用了灌胶处理，造成接线盒更换困难，需要对整个光伏组件进行更换，造成极大浪费。
[0005]旁路二极管的作用是约束光伏组件中发生失配的子电池串的电压值，减轻热斑效应强度，同时发生遮挡的电池片两端的反向偏向电压受制于子电池串的电压值而不会超过雪崩击穿电压而发生雪崩击穿。当电池片两端反偏电压增大到其雪崩击穿电压时，其反向饱和电流会迅速变大，进一步加强热斑效应强度，容易发生热击穿而损坏，甚至引起火灾。旁路二极管导通后热斑效应依然存在，而且热斑效应随着旁路二极管的导通而达到最大。
[0006]单个光伏组件的工作电压较低，为了获得高的串电压，将光伏组件接入光伏逆变器，甚至30个以上的光伏组件串联后接入光伏逆变器。组件级功率优化器、微型光伏逆变器等MLPE产品可以把所接入的光伏组件从光伏组串隔离，这样光伏组件串中的其他光伏组件不会对接入MLPE产品的光伏组件造成影响，较小的脏污、裂纹、气泡等电池片缺陷不容易引起热斑，降低了光伏组件发生热斑的频率。然而，当前将光伏组件接入MLPE产品的方式无法完全消除热斑效应，特别是当光伏组件中某个子电池串中单个电池片由于鸟粪、落叶等原
因发生严重遮挡时，子电池串并联的旁路二极管将导通，子电池串的其他正常电池片产生的能量将全部加在发生遮挡的电池片上，其热斑影响程度与没有加MLPE产品的光伏组件程度基本一致，因此无法通过光伏组件接入MLPE产品而降低其对背板、胶膜等光伏组件封装材料的要求。

技术实现思路

[0007]本专利技术以规避旁路二极管可能引起的热斑效应的同时，使发生遮挡的电池片远离雪崩电压击穿风险为目的，提供了一种智能防热斑光伏组件。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：提供一种智能防热斑光伏组件，光伏组串中的每个光伏组件中的第一光伏电池串组发电单元和第二光伏电池串组发电单元通过汇流条连接后引出出线端子接入功率优化器功率优化器，每个所述功率优化器功率优化器配置有控制单元，每个所述控制单元对接入的所述功率优化器功率优化器预设有相对应的输入电流阈值，当所述控制单元判定作为配置对象的所述功率优化器功率优化器的输入电流小于等于预设的输入电流阈值时，将所述功率优化器的输入低电压保护值设置为第一限制值，并控制所述功率优化器功率优化器的输入电压大于等于所述第一限制值；当判定所述功率优化器功率优化器的输入电流大于所述输入电流阈值时，将所述功率优化器功率优化器的所述输入低电压保护值设置为第二限制值，并控制所述功率优化器功率优化器的输入电压大于等于所述第二限制值，所述输入电压低电压保护值的所述第二限制值高于第一限制值。
[0009]作为优选，所述光伏组件由第一光伏电池串组发电单元和第二光伏电池串组发电单元构成，每个光伏电池串发电单元包括至少一个第一电池串组和至少一个第二电池串组，若干个所述第一电池串组和所述第二电池串组串联构成所述光伏电池串发电单元的输出端，所述输出端包括所述光伏电池串发电单元的正极输出端和负极输出端，且该输出端的正、负极输出端一一对应连接所述汇流条的输入端的正、负极端子；从通过所述汇流条连接后的所述光伏组件中引出所述出线端子连接至同一个功率优化器；各个所述功率优化器的输出端相互串联构成光伏组串，并且每个所述功率优化器配置有控制单元；所述控制单元对于本地电流预设有阈值；所述控制单元用于判定当所述本地电流值未超出阈值时将变换电路的输入低电压保护值设置在第一限制值，以及，当所述本地电流值超出所述阈值时将变换电路的输入低电压保护值设置为第二限制值，所述控制单元还用于控制功率优化器的输入电压不低于所设置的输入低电压保护值。
[0010]作为优选，第一光伏电池串组发电单元或第二光伏电池串组发电单元中串联的电池片的数量在18
‑
28片范围内。
[0011]作为优选，所述光伏组件的正负极输出端之间的电压Vpv通过以下公式（1）计算而得：Vpv=Vmmp
×
(N
‑
1)
‑
Vbr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式（1）由公式（1）可得： Vbr =Vmmp
×
(N
‑
1)
‑ꢀ
Vpv
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式（2）其中，Vmmp表示所述光伏组件中的每个未发生热斑效应的电池片两端的电压；N表示所述光伏组件中的所述电池片的总数；N
‑
1表示所述光伏组件中除去发生热斑效应一个电池片后剩余的所述电池片的数
量。
[0012]作为优选，发生热斑效应的电池串组中的电池片的两端的最大反向偏压值Vbrmax通过以下公式（3）计算而得：公式（3）中，Vpw表示所述光伏组件的峰值功率电压；T表示所述光伏组件的实际工作温度；表示所述光伏组件在标准测试条件下的工作温度；表示所述光伏组件的电压温升系数；N表示所述光伏组件中的所述电池片的总数；N
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1表示所述光伏组件中除去发生热斑效应一个电池片后剩余的所述电池片的数量；表示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能防热斑光伏组件，其特征在于，光伏组串中的每个光伏组件中的第一光伏电池串组发电单元（10）和第二光伏电池串组发电单元（20）通过汇流条连接后引出出线端子（300）接入功率优化器（500），每个所述功率优化器（500）配置有控制单元，每个所述控制单元对接入的所述功率优化器（500）预设有相对应的输入电流阈值，当所述控制单元判定作为配置对象的所述功率优化器（500）的输入电流小于等于预设的输入电流阈值时，将所述功率优化器（500）的输入低电压保护值设置为第一限制值，并控制所述功率优化器（500）的输入电压大于等于所述第一限制值；当判定所述功率优化器（500）的输入电流大于所述输入电流阈值时，将所述功率优化器（500）的所述输入低电压保护值设置为第二限制值，并控制所述功率优化器（500）的输入电压大于等于所述第二限制值，所述输入低电压保护值的所述第二限制值高于第一限制值。2.根据权利要求1所述的智能防热斑光伏组件，其特征在于，所述光伏组件由第一光伏电池串组发电单元（10）和第二光伏电池串组发电单元（20）构成，所述第一与第二光伏电池串组发电单元均由相同数量的彼此平行并且平行于所述光伏组件长边的电池串进行并联构成，所述第一与第二光伏电池串组发电单元进行串联，所述第一与第二光伏电池串组发电单元的串联体的正极输出端和负极输出端沿所述光伏组件的短边边缘布置，从通过所述汇流条连接后的所述光伏组件中引出所述出线端子（300）连接至所述功率优化器（500）；各个所述功率优化器（500）的输出端相互串联构成光伏组串，并且每个所述功率优化器（500）配置有控制单元，所述控制单元还用于控制功率优化器（500）的输入电压不低于所设置的输入低电压保护值。3.根据权利要求2所述的智能防热斑光伏组件，其特征在于，第一光伏电池串组发电单元（10）或第二光伏电池串组发电单元（20）中电池串串联的电池片的数量在18
‑
28片范围内。4.根据权利要求1所述的智能防热斑光伏组件，其特征在于，所述光伏组件的正负极输出端之间的电压Vpv通过以下公式（1）计算而得：Vpv=Vmmp
×
(N
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1)
‑
Vbr
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公式（1）由公式（1）可得：Vbr =Vmmp
×
(N
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1)
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Vpv
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公式（2）其中，Vmmp表示所述光伏组件中的每个未发生热斑效应的电池片两端的电压；Vbr发生热斑效应的电池串...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维，宋悦，
申请(专利权)人：江苏旭迈思电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：