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

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、節省支架和占地面積，比縱向排布的常規組件在早晚有陰影遮擋及下沿有積灰、積雪時的發電量損失還要少。不僅如此，新的設計還使組件內部電阻大幅下降，填充因子提高，因而使得組件輸出功率提高，組件效率提升。組件因內部電阻降低，使得組件在發電工作時，溫度比常規組件要低，從而進一步提高了組件的發電能力。

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。目前常規光伏組件內部的電池片排列基本為串聯連接，如圖1所示。而使用常規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60片晶體硅光伏組件電路結構圖

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陰影遮擋組件的現象，只要有遮擋，組件的發電效果就會受到較大影響，電站的發電量就有損失。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、積雪時的發電量，可提高電站的經濟效益。

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，組件陣列發電量損失依然最小？

1　縱向安裝時發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、積雪時的發電量損失還要少。

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

新設計的78 mm×156 mm半片光伏組件（120片）電路結構設計圖如圖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；同產能焊接半片電池的串焊機設備需求數量比常規焊接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量增多，需把常規組件的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光伏組件電路結構設計圖

圖2　120片78 mm ×156 mm光伏組件電路結構設計圖

2　試驗

選擇電池生產線轉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％，經劃片機把156 mm×156 mm的電池切割成78 mm×156 mm的半片，再經焊接、層疊、層壓、裝框、裝接線盒等工序，完成樣品制作，經測試數據如表1所示。

表1　相同效率半片光伏組件與常規組件對比

由表1可知，相同效率電池的半片組件比常規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］，實測數據見表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、積雪時的發電量，提高電站的經濟效益。

圖5　半片組件與常規組件4種不同的遮擋方式

表2　120片78 mm×156 mm光伏組件與常規組件4種不同遮擋方式實測的發電量數據

表3　144片78 mm×156 mm光伏組件與常規組件4種不同遮擋方式實測的發電量數據

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縱向排布、安裝省工省力、支架利用率高、組件溫度系數低，且當有陰影遮擋和下沿積灰時，陣列發電量損失最小的高效晶體硅光伏組件。

［1］ 太陽能光伏網. 光伏組件布置有妙招 橫向豎向發電大不同［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. 光伏組件安裝由縱向改橫向 屋頂光伏電站探索節能新路［EB/OL］.http://solar.ofweek.com/2014-05/ART-260008-8300-28831565.html.

2015-08-17

夏俊杰（1986—），男，本科，主要從事太陽能發電技術方面的研究。a-jun345@163.com