[实用新型]一种区域优化的双面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优化的双面光伏组件及其发电系统，涉及光伏发电领域。本实用新型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或者上中下三个组件单元，并在成本更低而效率更高的竖装条件下，使单个组件单元及电池片串中呈现相近的照度，而各个组件单元之间的背面照度辐照差异时，可在光伏控制单元作用下可有效挽回组件单元间的因失配而形成功率损失，使双面组件获得实效性的发电量增幅。此外，还有效挽回光伏组件在如前后排遮挡、檩条遮挡和个别电池片遮挡等问题上因为失配而产生的损失，满足降低平准化度电成本的要求，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，尤其涉及一种区域优化的双面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，光伏组件不满足于单面的光伏发电，还通过双面光伏组件进一步提升获取电力的效率。现有的双面光伏组件，与单面组件具有类似的结构，主要以双面光伏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。在双面光伏组件中，在双面太阳能电池片和透明的背板材料的作用下，除了正面发电外，背面也可有效利用接收到的光线来发电。这些光线包含地面的反射光、大气中的散射光、空气中粉尘的反射光、周围建筑物的反射光等。因此，双面发电特性使其可比常规单面光伏组件可以产生更多的电能。

但是，双面光伏组件在实际运用当中往往有许多因素制约了其背面光伏发电效率，加之相较于单面组件会提升成本，使得双面组件对降低光伏发电系统的平准化度电成本（LCOE）的贡献相当有限。现有的双面发电组件背面照度接收量会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等。如图1所示的双面光伏组件，沿长边方向12块太阳能电池片全部串联形成电池片串，沿短边方向相邻的电池片串极性相反的排布并形成串联结构。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。如图1中，背面的照度不均匀性受到光伏组件前后排及左右相邻组件的自阴影影响。光伏组件背面的下部区域可避开自阴影区域,直接接受地面的较强的反射太阳光，所获得的照度较高；而背面中部区域收到自阴影影响较大，主要依赖于大气对太阳光线的散射，所获得的照度较低；而顶部所获得照度在两者之间，其可获得较强的大气散射以及云彩的反射。当在安装支架上沿高度方向装了两块以上组件的情况下，其背面照度又会有所不同。同时，除了整体呈现了下部高于上部，两侧高于中部的特点，随太阳光线的角度变化，各区域的大小也有所变化。

双面光伏组件的背部照度的不均匀将造成串联电池片的失配。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。如电池片串中部分电池片辐照过低，整个串联电池片的电流将下降，高辐照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。

此外，现有的光伏组件在光伏电站的应用中，存在其他情况导致的失配，并严重影响到发电量，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）光伏组件的安装支撑结构的檩条会遮挡双面组件的背面；4）大气变换移动的云层呈现不规律的遮挡。