10001602_不同类型的组件在户外电站中的初步研究

不同类型的组件在户外电站中的初步研究 蒋京娜、倪健雄、荣丹丹、张颖 英利能源（中国）有限公司，河北 保定 071051 摘要：建立了一个室外实验电站，用于评估在户外电站中不同类型组件所引起的温度和发电量差 异。四种类型的组件分别进行监测。它们分别是多晶整片组件、多晶半片组件、单晶整片组件和 单晶半片组件。在白天，每个类型的组件工作温度和发电量都受到了监控。结果表明，半片电池 组件的工作温度比整片电池组件低 1℃左右。在冬季较高的辐照度下，半片电池组件的热斑温度 比整片电池组件低 23℃左右。在一排电池片被遮挡后，半片电池组件的发电量输出比整片电池组 件高出 50%以上。 关键词：太阳能组件，半片组件，整片组件，热斑，功率输出 ABSTRACT: An outdoor test facility has been built for the evaluation of the temperature and power yield effects caused by outdoor cell shading testing in crystalline silicon modules. Four types of modules have been subjected to an outdoor test programe with the purpose of monitoring their hot-spot endurance. They are multicrystalline full cell module, multicrystalline halved cell module, monocrystalline full cell module and monocrystalline halved cell module, respectively. The cell temperature in each module type and the power yield have been monitored during the day. The influence of the type of module, the number of cells and the interconnection types per bypass diode, the position and amount of shading have presented. The results demonstrates that the operating temperature of halved cell module is about 1℃ lower than full cell module. The hot temperature of halved cell module is about 23℃ lower than full cell module after one piece of cell shading in winter higher irradiance. The power yield of halved cell module is above 50% than full cell module after a row of cells shading. Keywords: solar module, halved cell module, full cell module, hot spot, power yield 1. 介绍 近年来，光伏技术发展迅速、应用范围广， 市场对高功率组件的需求量也日益增加，降低 组件封装损失、提高组件输出功率已成为国内 外组件厂商研究的趋势。其中半片技术是一种 通过减小电池片尺寸，降低串阻损耗来提高组 件功率的技术。通过将标准规格电池片激光切 割为尺寸相等的两个半片电池片，可将通过每 根主栅的电流降低为原来的 1/2，内部损耗降低 为整片电池的 1/4，进而提升组件功率。 由于电池片划切成 1/2 片后，电流也相应 减小为 1/2，电压不变。若保持原有的串联设计， 则组件的输出电压加倍、电流减半。为了使组 件的输出与常规产品一致，保证低的系统成本， 半片组件内部结构设计一般为并联–串联结构 或串联–并联结构。 目前大多数的组件厂家都已经研发了半片 组件产品或进行研究 [1]。Hamed Hanif 等 [2]通过 模拟和试验验证了半片组件在电池片阴影遮挡 时的性能，实验表明阴影遮挡下半片组件比整 片组件具有更好的性能。MALIK 等 [3]对比研究了 半片组件和整片组件户外发电量差异，实验结 果表明，半片组件电站比整片组件月发电量高 1.9% ~ 3.9%，且辐照度高的时候发电量增益大 [6]。 本文建立了一个室外实验电站，用于评估在户 外电站中不同类型组件所引起的温度和发电量 差异。对包括整片电池组件和半片电池组件在 内的四种类型的组件分别进行监测，并分析它 们在不同遮挡条件下的发电表现和组件温度。 2. 样品准备和实验 2.1 户外电站 Module:分别使用 P 型多晶和 N 型单晶电池 制作整片组件和半片组件，保证同一晶体类型 组件的电池效率、封装材料一致，包括 EVA、背 板、玻璃、焊带等。焊带规格为 0.25mm*1.0mm。多晶整片电池组件使用普通接 线盒，半片组件使用三分体接线盒。 电站：将实验组件安装在中国保定的同一 试验场内，安装角度 45°，距离地面高度 20cm。每块组件分别使用同一型号的微型逆变 器连接并网。 遮挡物：实验过程中使用相同材质的白色 背板对组件进行不同程度的遮挡。 2.2 实验内容 实验一：N 型单晶整片双玻组件和 N 型单晶 半片双玻组件户外无遮挡情况下的发电量对比。 实验二：N 型单晶整片双玻组件和 N 型单晶 半片双玻组件户外在遮挡同样面积电池片情况 下的发电量对比。电池片遮挡图如图 1 所示。 图 1 半片组件和整片组件遮挡同样面积电池片 示意图 实验三：整片组件和半片组件户外在遮挡 最下面一排电池情况下的发电量对比。电池片 遮挡图如图 2 所示。 A 单晶 B 多晶 图 2 半片组件和整片组件遮挡最下面一排电池 片示意图 实验四：整片组件和半片组件户外电站监 测半片工作温度，并分别选取整片组件和半片 组件进行遮挡实验，对比电池组件热斑温度。 3. 结果与讨论 3.1 遮挡对整片与半片组件发电量的影响 按照实验内容，N 型单晶整片双玻组件和 N 型单 晶半片双玻组件户外无遮挡情况下，发电量数 据见图 3。 图 3 整片组件和半片组件发电量对比 遮挡会造成组件发电量的降低，遮挡条件 不同，发电量降低程度不同；组件类型不同， 遮挡后的发电量表现也不同。测试 N 型单晶整 片双玻组件和 N 型单晶半片双玻组件户外在遮 挡同样面积（约一片 156*156 电池的面积）电 池片情况下的发电量，具体数据见图 4。测试整 片组件和半片组件在遮挡最下面一排电池情况 下的发电量，具体数据见图 5。 图 4 整片组件和半片组件遮挡同样面积电池发 电量 图 5 整片组件和半片组件遮挡最下面一排发电 量 从数据可以看出，在同样安装情况下，较 整片组件，半片组件的单瓦发电量可以获得 3% 左右的增益。在同样的遮挡条件（遮挡约 1 片 156*156 电池的面积）下，半片组件单瓦发电量 较整片增益 2%左右。无论是 P 型多晶还是 N 型 单晶组件，在遮挡最下排电池片情况下，半片 组件仍可以保持 50%左右的功率输出，而整片组 件几乎为零。 在现实电站中，组件多为竖向安装，当阵列前 面有遮挡时，首先受阴影影响的就是最下排电 池片。而整片串联结构在现实的阴影过程中很 可能会遮挡下面一整排电池片，这一排电池片 可能会使三个二极管启动，从而影响整块组件 发电量，而半片组件由于其并串结构的设计， 所以发生同样情况的阴影只会影响组件的 1/2 功率，从而减少了阴影遮挡而导致的发电量的 损失。 3.2 整片组件与半片组件的工作温度和热斑温 度 对比整片组件和半片组件户外电站监测半 片工作温度，并分别选取整片组件和半片组件 进行遮挡实验，对比电池组件热斑温度，具体 数据见表 1。 表 1 整片组件和半片组件工作温度和热斑温度 户外电站监测半片电池组件和整片组件的 工作温度，半片组件工作温度低 1℃左右。分别 选取整片组件和半片组件分别进行遮挡实验， 半片电池组件热斑温度较整片低 20℃。 晶硅电池组件的工作输出与其温度相关， 组件（电池）的温度升高，会降低组件的发电 量。半片组件的工作温度和热斑温度更低，是 其获得发电优势和更好适应复杂光环境的原因 之一。 4. 总结 本文分别从半片组件的未遮挡和遮挡情况 下的发电量进行研究，分析半片电池组件发电 量增益，同时对比半片组件和整片组件工作温 度和热斑温度。实验结果表明，在没有遮挡的 情况下，半片组件发电量较整片组件增益 3%， 在遮挡一片电池片的情况下，半片组件比整片 组件单瓦发电量高 2%。在最下面一排电池的遮 挡下，半片组件的功率输出较整片组件高 50%左 右。半片电池组件的工作温度比整片组件低 1℃ 左右。在冬季较高的辐照度下，半片电池组件 热斑温度较整片组件低 20℃。 5 摘要 [1] Jens Schneider, Stephan Schoenfelder, Sascha Dietrich, et al. Solar module with half size solar cells[C]//29th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Amsterdam, Netherlands, September, 2014: 185-189. [2] Hamed Hanifi, David Dassler, Jens Schneider, et al. Reduced shading effect on half-cell modules- measurement and simulation[C]//30th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Hamburg, Germany, September, 2015. [3] Stephanie Malik, David Dassler, Jes Frbel, et al. Outdoor Data Evalution of half/full-cell Modules with Regard to Measurement uncertainties and the application of statistical methods[C]. 29th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 2015: 3269-3273. [4] Siyu Guo, Jens Schneider, Fei Lu, et al. Investigation of the short-circuit current increase for PV modules using halved silicon wafer solar cells[J]. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2015, 133: 240-247. [5] Robert Witteck, Henning Schulte-Huxel, Hendrik Holst, et al. Optimizing the solar cell front side metalklization and the cell interconnection for high module power output[J]. Energy Procedia, 2016, 92: 531-839 [6] 荣丹丹, 蒋京娜, 倪健雄, 等. 半片电池技术在 光伏组件中的应用[J]. 新能源进展, 2017, 5(4): 255-258. DOI: 10.3969/j.issn.2095- 560X.2017.04.003. 作者简介：蒋京娜，女，工程师，主要从事太阳能组件的研发， 邮箱：402528271@qq.com Module Type P 型多 晶整片 /℃ P 型多 晶半片 /℃ N 型单 晶整片 /℃ N 型单 晶半片 /℃ 工作温 度 14.8 13.7 13.8 12.9 热斑温 度 29.6 10.8 27.5 8.8