10001601_防阴影遮挡组件性能研究-solarbe文库

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Yingli Green Energy Holding Co. Ltd. 英利绿色能源控股有限公司 3399 North Chaoyang Avenue Baoding 071051, China 中国保定国家高新区朝阳北大街 3399 号（ 071051） T 86.312.8929.700 E yingliyingli.com F 86.312.8929.800 W yinglisolar.com 防阴影遮挡组件性能研究冯天顺, 倪健雄，蒋京娜，李亚彬英利能源（中国）有限公司摘要电池片级智能防阴影遮挡组件是在电路设计中采用单片电池片旁路二极管设计，可以有效提升光伏电站上午 9 点以前及下午 15 点以后系统发电量，提升发电效率约 0.9。大幅提高了问题电池片热斑或组件遮挡情况下组件输出功率，相同情况下最高较常规组件提升发电效率 82。由于使用电池片及旁路二极管设计，此种组件可以平衡组件内部失配问题，均衡电流输出，平均降低组件工作温度 5℃，有效避免了热斑现象造成的电站火灾隐患。关键词太阳能组件, 旁路二极管 , 电池遮挡, 热斑 1、简介阴影遮挡现象在光伏组件的应用当中普遍存在，树叶、飞鸟以及前后排之间都会造成阴影遮挡。阴影遮挡不仅会造成发电功率的降低，更严重的会造成热斑现象的发生，因此目前市场上的常规组件全部使用了安装有旁路二极管的接线盒来降低阴影对组件的影响。而实践证明常规电路方式并不能完全有效的避免阴影遮挡对组件造成的影响。常规组件接线盒中放置有 3 个旁路二极管，每个旁路二极管分管 20 片电池，当发生阴影遮挡情况时二极管启动，至少 20 片电池被屏蔽，电压下降明显，单块组件输出功率下降 33。如果发生在电站阵列中，由于串并联效应，影响范围会更大。常规组件电路图常规组件遮挡情况为避免以上情况的发生，原则上应在每一片电池上并联一个旁路二极管，但由于成本及技术限制，直到目前我们才将这一结构实现产业化。此种组件收到遮挡后与其相应的电池片并联的旁路二极管启动，只屏 INTERNAL USE ONLY – STRICTLY CONFIDENTIAL 蔽收到遮挡的电池片功率，其他电池片并未收到影响。防阴影遮挡组件电路图防阴影遮挡组件遮挡情况 2、电气原理及工艺实现防阴影遮挡组件中采用了贴片式旁路二级极管设计，每片电池上并联一个二极管，其并联方式如下图。由于二极管位于两片电池之间，使电池片间距变大，组件整体尺寸在长度方向上增大 1.8（40mm），总重量较常规组件增加 0.5KG，产品电气性能参数与常规组件一致。目前英利已经具备防阴影遮挡组件产业化能力，年产能 150MW。生产指标碎片率低于 0.7，一次成型率 80以上。 INTERNAL USE ONLY – STRICTLY CONFIDENTIAL 3、发电性能实践针对防阴影遮挡组件的性能我们设计并实践了组件在实际应用中的模拟发电量试验。 A、相同阴影遮挡情况下与常规组件发电量对比分别使用相同功率防阴影遮挡组件与常规组件各一块进行下列阴影遮挡试验，比较两种组件的功率输出情况，试验发现在组件收到横向全遮挡时（模拟电站前后排阴影），防阴影遮挡组件较常规组件功率输出增益达 82。防阴影遮挡组件 95 95 83 67 84 73 63 常规组件 64 38 1 65 30 30 1 功率增益 31 57 82 2 54 43 62 针对上述数据我们又进行了组件横向安装时遮挡对比。对同样安装方式的两种组件进行不同比例的遮挡，对比发现防阴影遮挡组件发电量较常规组件增益最高可高达 31。遮挡面积 0 10 20 30 40 50 100 防阴影组件输出功率 100 98 96 96 96 96 96 常规组件输出功率 100 98 91 83 73 65 65 功率增益 0 0 5 13 23 31 31 INTERNAL USE ONLY – STRICTLY CONFIDENTIAL B、模拟电站中前后排之间遮挡对组件发电量的影响。目前电站设计时，考虑前后排间距大小均参照上午 9 点以后下午 15 点以前无遮挡为标准。这就造成在此时间段以外时由于太阳高度角偏小，前排阴影会投射到后排组件上，造成遮挡，影响后排发电量。如果被遮挡方阵与前排方阵在汇流箱中为并联结构，由于遮挡方阵电压大幅降低会使无遮挡方阵电流对有遮挡的方阵造成回灌，严重时遮挡方阵输出电流变为负输出。我们使用相同功率常规组件及防阴影遮挡组件分别在两个纬度地区进行户外发电量模拟测试，结果显示，由于前后排阴影遮挡因素，防阴影遮挡组件发电效率较常规组件发电效率提高 0.9。 a 吉林白城北纬 45.6，占地面积相同时，系统效率提高 0.9 间距（m）总发电量单瓦发电量 PR 常规组件 5.8 8215 1580 88.1 防阴影遮挡组件 5.8 8296 1595 89 b 山西太原北纬 37.5 度），占地面积相同时，系统效率提高 0.7 间距（m）总发电量单瓦发电量 PR 常规组件 3.8 6455 1299 86 防阴影遮挡组件 3.8 6815 1310 86.7 C、不同遮挡面积下组件测试功率及温度的对比 INTERNAL USE ONLY – STRICTLY CONFIDENTIAL 选取防阴影遮挡组件及常规组件分别进行不同比例的遮挡，测试其功率衰减情况如下图，遮挡单片电池时常规组件衰减最多为 34.7。相同遮挡情况下防阴影遮挡组件衰减仅为 5.1。选取防阴影遮挡组件及常规组件分别进行不同比例的遮挡，测试其温度情况如下图，防阴影组件平均较常规组件温度低 5℃，可以有效延长组件封装材料寿命。 4、可靠性研究防阴影遮挡组件通过了 TUV 南德产品认证测试，并在英利国家重点实验室通过了双倍的 IEC61215 测试，DH2000 测试衰减 0.15，TC400 测试衰减 0.82，HF20 测试衰减 1.07。 0遮挡 6遮挡 10遮挡 100遮挡 0遮挡 6遮挡 10遮挡 100遮挡 INTERNAL USE ONLY – STRICTLY CONFIDENTIAL 5、结论电池片级防阴影遮挡组件大幅提高了组件遮挡时的组件输出功率，可以有效提高分布式电站和地面电站系统发电效率。同时大幅降低了电池片的工作温度，消除了组件因为高温造成的火灾隐患，避免了组件封装材在高温下加速失效的隐患，保障了组件长期有效运行，电站的长期运行收益。参考文献 [1] 太阳电池热斑现象和成因的分析[J]. 伊纪禄, 刘文祥,马洪斌,王晟 . 电源技术. 201206 作者简介姓名冯天顺主要研究方向组件产品研发。 Emailtianshun.fengyingli.com 通信地址河北省保定市朝阳北大街 3399 号邮政编码071051