[实用新型]一种区域智能优化的光伏组件及其发电系统

说明书

本实用新型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，本实用新型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。

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，尤其涉及一种区域智能优化的光伏组件及其发电系统。

背景技术

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。

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％。

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。

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。

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。