海潤光伏科技股份有限公司 ■ 夏俊杰張蠡 姜波 邵愛軍 溫建軍

一種半片設計的高效晶體硅光伏組件

海潤光伏科技股份有限公司 ■ 夏俊杰*張蠡 姜波 邵愛軍 溫建軍

最新設計了一款晶體硅光伏組件，可使光伏電站排布組件陣列時依然為縱向排布，以方便安裝、節(jié)省支架和占地面積，比縱向排布的常規(guī)組件在早晚有陰影遮擋及下沿有積灰、積雪時的發(fā)電量損失還要少。不僅如此，新的設計還使組件內(nèi)部電阻大幅下降，填充因子提高，因而使得組件輸出功率提高，組件效率提升。組件因內(nèi)部電阻降低，使得組件在發(fā)電工作時，溫度比常規(guī)組件要低，從而進一步提高了組件的發(fā)電能力。

縱向安裝；晶硅組件；低損耗；高效率；半片

0　引言

光伏組件通過串聯(lián)組合升壓后，達到逆變器工作窗口所需的電壓及電流值，是形成光伏矩陣的基本條件。目前常規(guī)光伏組件內(nèi)部的電池片排列基本為串聯(lián)連接，如圖1所示。而使用常規(guī)光伏組件安裝在光伏電站上進行組件陣列排布時，通常有縱向排布與橫向排布兩種方式［1］。

圖1　常規(guī)60片晶體硅光伏組件電路結(jié)構(gòu)圖

縱向排布組件的主要原因是安裝方便，支架利用率高，占地面積較小。但這種排布組件的方式會帶來一個不容忽視的問題：在電站設計過程中，為了節(jié)省土地面積，陣列間距一般只考慮冬至日時6 h不遮擋。而在城市，屋頂電站在早晨和傍晚一般都會出現(xiàn)陰影遮擋組件的現(xiàn)象，只要有遮擋，組件的發(fā)電效果就會受到較大影響，電站的發(fā)電量就有損失。另外，除了早晚的陰影遮擋，還有3種情況會使組件發(fā)電量降低：1）平時灰塵會在組件下沿積聚；2）清洗時，水漬也可能會在下沿積累一層污垢；3）下雪時，雪順著組件滑落，也會在下沿積上一層。

在這些情況下，橫向排布的組件發(fā)電量會相對較高一些。所以，相對于縱向排布，用橫向排布的方式安裝組件能提高組件早晚及組件下沿積灰、積雪時的發(fā)電量，可提高電站的經(jīng)濟效益。

而將組件的安裝方向由縱向排布變成橫向排布，可有效減少底端陰影遮擋對光伏組件陣列造成的發(fā)電量損失。但橫向安裝支架利用率較縱向安裝利用率低，相同裝機容量占地面積增大，安裝不便導致安裝成本增加［2］。能否改變組件內(nèi)部電池排列的方式，使光伏電站縱向排布組件陣列時，即使存在陰影遮擋和下沿積灰，組件陣列發(fā)電量損失依然最小？

1　縱向安裝時發(fā)電量損失小的高效晶體硅光伏組件的設計

最新設計的一款組件可使光伏電站排布組件陣列時依然為縱向排布，且比縱向排布的組件在早晚有陰影遮擋及下沿有積灰、積雪時的發(fā)電量損失還要少。

不僅如此，新的設計還使組件內(nèi)部電阻大幅下降，填充因子提高，因而使得組件輸出功率提高，組件效率提升。組件因內(nèi)部電阻降低，使組件在發(fā)電工作時的溫度比常規(guī)組件要低，從而進一步提高組件的發(fā)電能力。

新設計的78 mm×156 mm半片光伏組件（120片）電路結(jié)構(gòu)設計圖如圖2所示。

當然，這種設計加大了組件制造過程的復雜程度，提高了制造成本，尤其是需要切割電池；同產(chǎn)能焊接半片電池的串焊機設備需求數(shù)量比常規(guī)焊接156 mm×156 mm整片電池的需求量增加一倍；層疊時焊接接頭的數(shù)量增多，需把常規(guī)組件的1個接線盒變成3個。同理，還可設計144 片78 mm×156 mm光伏組件。

圖3　144片78 mm×156 mm光伏組件電路結(jié)構(gòu)設計圖

圖2　120片78 mm ×156 mm光伏組件電路結(jié)構(gòu)設計圖

2　試驗

選擇電池生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換效率最低和最高的156 mm×156 mm四主柵多晶硅電池，分別為17.2％ 和18.4％，經(jīng)劃片機把156 mm×156 mm的電池切割成78 mm×156 mm的半片，再經(jīng)焊接、層疊、層壓、裝框、裝接線盒等工序，完成樣品制作，經(jīng)測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　相同效率半片光伏組件與常規(guī)組件對比

由表1可知，相同效率電池的半片組件比常規(guī)整片組件輸出功率明顯得到提升，這主要得益于半片組件串聯(lián)電阻的降低，填充因子FF的提高。組件外觀照片見圖4。

采用圖5所示的4種不同的遮擋方式來驗證設計初衷［3］，實測數(shù)據(jù)見表2和表3。

圖4　組件正面外觀照片

由表2和表3可知，在組件同為縱向安裝前提下，在相同早晚陰影遮擋或組件下沿積灰、積雪遮擋面積條件下，本設計方法設計的半片光伏組件能降低由于遮擋造成的發(fā)電功率損失。在極端情況底部積灰達到312 mm（如圖5 方式4）條件下，使用120片78 mm×156 mm光伏組件比常規(guī)60片156 mm×156 mm光伏組件最高可降低功率損失46％，使用144片78 mm×156 mm光伏組件比常規(guī)72片156 mm×156 mm光伏組件最高可降低功率損失72％。故使用本設計方法設計的組件可提高組件早晚及組件下沿積灰、積雪時的發(fā)電量，提高電站的經(jīng)濟效益。

圖5　半片組件與常規(guī)組件4種不同的遮擋方式

表2　120片78 mm×156 mm光伏組件與常規(guī)組件4種不同遮擋方式實測的發(fā)電量數(shù)據(jù)

表3　144片78 mm×156 mm光伏組件與常規(guī)組件4種不同遮擋方式實測的發(fā)電量數(shù)據(jù)

光伏電站排布半片組件陣列時依然為縱向排布，具體的排布和連接方式如圖6所示。

圖6　半片組件的排布和連接方式

3　結(jié)論

我們設計的半片光伏組件雖加大了組件制造過程的復雜程度，提高了制造成本，但相同效率的半片光伏組件比常規(guī)整片光伏組件輸出功率有明顯的提升，這主要得益于半片光伏組件串聯(lián)電阻的降低，填充因子FF的提高，這對于組件制造者來說是最好的回報，希望輸出功率提升帶來的收益可抵消制造過程提高的成本。關鍵是，我們奉獻給客戶的是一款可按常規(guī)縱向排布、安裝省工省力、支架利用率高、組件溫度系數(shù)低，且當有陰影遮擋和下沿積灰時，陣列發(fā)電量損失最小的高效晶體硅光伏組件。

［1］ 太陽能光伏網(wǎng). 光伏組件布置有妙招 橫向豎向發(fā)電大不同［EB/OL］.http://solar.ofweek.com/2014-08/ART-260008-8300-28861747.html.

［2］ 王炳楠. 幾種減少陰影遮擋造成光伏組件失配的方法分析比較［J］. 太陽能， 2013， （17）: 21-23.

［3］ 太陽能光伏網(wǎng). 光伏組件安裝由縱向改橫向 屋頂光伏電站探索節(jié)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，主要從事太陽能發(fā)電技術方面的研究。a-jun345@163.com