一种半片设计的高效晶体硅光伏组件

海润光伏科技股份有限公司 ■ 夏俊杰张蠡 姜波 邵爱军 温建军

一种半片设计的高效晶体硅光伏组件

海润光伏科技股份有限公司 ■ 夏俊杰*张蠡 姜波 邵爱军 温建军

最新设计了一款晶体硅光伏组件，可使光伏电站排布组件阵列时依然为纵向排布，以方便安装、节省支架和占地面积，比纵向排布的常规组件在早晚有阴影遮挡及下沿有积灰、积雪时的发电量损失还要少。不仅如此，新的设计还使组件内部电阻大幅下降，填充因子提高，因而使得组件输出功率提高，组件效率提升。组件因内部电阻降低，使得组件在发电工作时，温度比常规组件要低，从而进一步提高了组件的发电能力。

纵向安装；晶硅组件；低损耗；高效率；半片

0　引言

光伏组件通过串联组合升压后，达到逆变器工作窗口所需的电压及电流值，是形成光伏矩阵的基本条件。目前常规光伏组件内部的电池片排列基本为串联连接，如图1所示。而使用常规光伏组件安装在光伏电站上进行组件阵列排布时，通常有纵向排布与横向排布两种方式［1］。

图1　常规60片晶体硅光伏组件电路结构图

纵向排布组件的主要原因是安装方便，支架利用率高，占地面积较小。但这种排布组件的方式会带来一个不容忽视的问题：在电站设计过程中，为了节省土地面积，阵列间距一般只考虑冬至日时6 h不遮挡。而在城市，屋顶电站在早晨和傍晚一般都会出现阴影遮挡组件的现象，只要有遮挡，组件的发电效果就会受到较大影响，电站的发电量就有损失。另外，除了早晚的阴影遮挡，还有3种情况会使组件发电量降低：1）平时灰尘会在组件下沿积聚；2）清洗时，水渍也可能会在下沿积累一层污垢；3）下雪时，雪顺着组件滑落，也会在下沿积上一层。

在这些情况下，横向排布的组件发电量会相对较高一些。所以，相对于纵向排布，用横向排布的方式安装组件能提高组件早晚及组件下沿积灰、积雪时的发电量，可提高电站的经济效益。

而将组件的安装方向由纵向排布变成横向排布，可有效减少底端阴影遮挡对光伏组件阵列造成的发电量损失。但横向安装支架利用率较纵向安装利用率低，相同装机容量占地面积增大，安装不便导致安装成本增加［2］。能否改变组件内部电池排列的方式，使光伏电站纵向排布组件阵列时，即使存在阴影遮挡和下沿积灰，组件阵列发电量损失依然最小？

1　纵向安装时发电量损失小的高效晶体硅光伏组件的设计

最新设计的一款组件可使光伏电站排布组件阵列时依然为纵向排布，且比纵向排布的组件在早晚有阴影遮挡及下沿有积灰、积雪时的发电量损失还要少。

不仅如此，新的设计还使组件内部电阻大幅下降，填充因子提高，因而使得组件输出功率提高，组件效率提升。组件因内部电阻降低，使组件在发电工作时的温度比常规组件要低，从而进一步提高组件的发电能力。

新设计的78 mm×156 mm半片光伏组件（120片）电路结构设计图如图2所示。

当然，这种设计加大了组件制造过程的复杂程度，提高了制造成本，尤其是需要切割电池；同产能焊接半片电池的串焊机设备需求数量比常规焊接156 mm×156 mm整片电池的需求量增加一倍；层叠时焊接接头的数量增多，需把常规组件的1个接线盒变成3个。同理，还可设计144 片78 mm×156 mm光伏组件。

图3　144片78 mm×156 mm光伏组件电路结构设计图

图2　120片78 mm ×156 mm光伏组件电路结构设计图

2　试验

选择电池生产线转换效率最低和最高的156 mm×156 mm四主栅多晶硅电池，分别为17.2％ 和18.4％，经划片机把156 mm×156 mm的电池切割成78 mm×156 mm的半片，再经焊接、层叠、层压、装框、装接线盒等工序，完成样品制作，经测试数据如表1所示。

表1　相同效率半片光伏组件与常规组件对比

由表1可知，相同效率电池的半片组件比常规整片组件输出功率明显得到提升，这主要得益于半片组件串联电阻的降低，填充因子FF的提高。组件外观照片见图4。

采用图5所示的4种不同的遮挡方式来验证设计初衷［3］，实测数据见表2和表3。

图4　组件正面外观照片

由表2和表3可知，在组件同为纵向安装前提下，在相同早晚阴影遮挡或组件下沿积灰、积雪遮挡面积条件下，本设计方法设计的半片光伏组件能降低由于遮挡造成的发电功率损失。在极端情况底部积灰达到312 mm（如图5 方式4）条件下，使用120片78 mm×156 mm光伏组件比常规60片156 mm×156 mm光伏组件最高可降低功率损失46％，使用144片78 mm×156 mm光伏组件比常规72片156 mm×156 mm光伏组件最高可降低功率损失72％。故使用本设计方法设计的组件可提高组件早晚及组件下沿积灰、积雪时的发电量，提高电站的经济效益。

图5　半片组件与常规组件4种不同的遮挡方式

表2　120片78 mm×156 mm光伏组件与常规组件4种不同遮挡方式实测的发电量数据

表3　144片78 mm×156 mm光伏组件与常规组件4种不同遮挡方式实测的发电量数据

光伏电站排布半片组件阵列时依然为纵向排布，具体的排布和连接方式如图6所示。

图6　半片组件的排布和连接方式

3　结论

我们设计的半片光伏组件虽加大了组件制造过程的复杂程度，提高了制造成本，但相同效率的半片光伏组件比常规整片光伏组件输出功率有明显的提升，这主要得益于半片光伏组件串联电阻的降低，填充因子FF的提高，这对于组件制造者来说是最好的回报，希望输出功率提升带来的收益可抵消制造过程提高的成本。关键是，我们奉献给客户的是一款可按常规纵向排布、安装省工省力、支架利用率高、组件温度系数低，且当有阴影遮挡和下沿积灰时，阵列发电量损失最小的高效晶体硅光伏组件。

［1］ 太阳能光伏网. 光伏组件布置有妙招 横向竖向发电大不同［EB/OL］.http://solar.ofweek.com/2014-08/ART-260008-8300-28861747.html.

［2］ 王炳楠. 几种减少阴影遮挡造成光伏组件失配的方法分析比较［J］. 太阳能， 2013， （17）: 21-23.

［3］ 太阳能光伏网. 光伏组件安装由纵向改横向 屋顶光伏电站探索节能新路［EB/OL］.http://solar.ofweek.com/2014-05/ART-260008-8300-28831565.html.

2015-08-17

夏俊杰（1986—），男，本科，主要从事太阳能发电技术方面的研究。a-jun345@163.com