[發明專利]一種光伏組件定電壓范圍工作點控制消除熱斑損害的方法

有效

• 申請號: 201110163159.1
• 申請日: 2011-06-17
• 公開（公告）號: CN102244139A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 張臻;姜猛;郝玉哲
• 申請（專利權）人: 常州天合光能有限公司;天合光能（常州）科技有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 王凌霄

技術領域

本發明涉及一種光伏組件定電壓范圍工作點控制消除熱斑損害的方法。

背景技術

由于單個太陽電池組件輸出功率往往不足以提供實際需求的功率，因此它們通常以串聯、并聯的方式構成太陽電池陣列來滿足設計要求。在選取太陽電池組件構成陣列的時候，通常都會遇到由于串、并聯的各個組件的電性參數不一致而導致串、并聯后的輸出功率小于單個組件輸出功率之和，稱之為失配損失。同時，在串聯聯接時若電流不匹配，會造成陣列工作在某一狀態下時，陣列內個別組件處于反向偏置，形成“熱斑”，在并聯聯接時若電壓不匹配，會造成陣列工作在某一狀態下時，陣列內形成“環流”。“熱斑”和“環流”都會使串、并聯聯接中的個別組件處于消耗功率的狀態，并可能損及組件壽命。特別當太陽電池陣列無法工作在均勻的光照下，產生的失配損失就更大。為了緩解此時的功率下降，通常給每個組件或組件中一個電池串反向并聯一個旁通二極管，來阻止一個組件或一個電池串支路消耗整個陣列的電能。而為了避免某個并聯支路電壓小于陣列電路電壓時造成的電流回流，往往還會在每個并聯支路上安裝一個阻塞二極管。但旁通二極管和阻塞二極管工作時會產生大量的熱量，本身存在安全隱患。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種光伏組件定電壓范圍工作點控制消除熱斑損害的方法，在無旁通二極管的情況下減小熱斑，提高發電效率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種光伏組件定電壓范圍工作點控制消除熱斑損害的方法，在組件的輸出端依次串聯MPPT功能模塊和DC-DC模塊，DC-DC模塊使組件串的每個組件輸出電流一致，MPPT功能模塊在設定的工作電壓范圍內尋找組件的最大功率點的跟蹤，該工作電壓范圍的設定方法為：通過測得的環境溫度Ta、輻照強度R，輻照引起的組件溫升系數K，組件溫度電壓系數Ct、組件的標稱額定最佳工作點電壓Vmr，根據Vm＝Vmr-Ct(Ta+R×K-25)計算組件無遮擋時的最佳工作電壓Vm，Vm+Vr～Vm-Vr即為設定工作電壓范圍，Vr為被遮擋組件的最大反偏電壓。

該工作電壓范圍的設定具體方法如下：首先，通過組件串輸出的電流Im與組件1000W/m2光強下的標準電流Ir比較，根據電流與輻照成近線型關系，計算出此時的輻照度R；組件中電池的溫升Tg與輻照強度線性相關，Tg＝K×R，其中K為輻照引起的溫升系數，取0.031～0.04，利用測得的環境溫度Ta、根據輻照強度R計算組件中電池工作溫度Tc＝Ta+Tg＝Ta+K×R；根據組件溫度電壓系數Ct，組件的25℃時標稱額定最佳工作點電壓Vmr，計算組件的無遮擋時電池溫度Tc與輻照度R情況下無遮擋時實際最佳工作電壓Vm＝Vmr-Ct(Tc-25)；根據組件中電池的漏電流的分布情況，設定被遮擋組件的最大反偏電壓Vr，如金屬硅電池組成的組件，漏電流大可以設置Vr為5～6V，反向漏電性能好的電池可以設置Vr為8～10V，Vm+Vr～Vm-Vr即為設定的工作電壓范圍。

本發明的有益效果是：本發明通過控制光伏組件的工作點電壓方式可以消除組件的熱斑損害。同時通過該方式可以實現無旁通二極管光伏組件設計，減少組件因旁通二極管結溫過高引起的安全隱患。該發明與DC-DC直流變化器與控制電路結合還可減少組件之間電性能失配帶來的功率損耗。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明；

圖1為失配情況下光伏組件的IV與PV曲線圖；

圖2光伏組件電路結構圖；

圖3單組件熱斑控制系統流程圖。

具體實施方式

圖1為失配情況下光伏組件的IV與PV曲線圖，遮擋后PV(功率與電壓)曲線在低電壓處(圖1中極值點1)與高電壓處(圖1中極值點2)各有一個功率極大值。有/無旁通二極管情況下，當工作在極值點1附近時，工作點電壓V1低，組件產生的電壓大部分(Voc-V1)聚集在被遮擋電池兩端，且有電流I1(較大，接近短路電流)通過，從而被遮擋電池產生大量熱，出現熱斑效應；在極值點2附近時，工作點電壓高，太陽電池組件損失的功率較均勻分布在組件的各個未遮擋電池上，組件中每片電池兩端電壓均不高，通過電流不大(I2)，不會產生電池溫度過高現象。