專利名稱：一種新型的晶體硅太陽能電池組件結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于晶體硅太陽能電池組件設(shè)計領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種新型的晶體硅太陽能電池組件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
單個晶體硅太陽電池的電壓和輸出功率都很小，為了滿足大功率和高電壓的供電要求，需要將多個晶體硅太陽能電池片串并聯(lián)起來，組成一個具有一定輸出功率的組件。串聯(lián)結(jié)構(gòu)是太陽電池組件中必不可少的一種結(jié)構(gòu)，因為單個電池的電壓很小，必須通過串聯(lián)連接來提高整個組件的輸出電壓，所以，任何晶體硅太陽電池組件中必然都有電池片的串聯(lián)。然而，串聯(lián)連接有一個很大的缺陷，即它的輸出電流取決于所有單個電池中的最小值。所以只要在整個串聯(lián)結(jié)構(gòu)中有一個晶體硅電池片的電流出現(xiàn)異常，那么所有串聯(lián)結(jié)構(gòu)中的晶體硅電池片都會受到影響。因而在串聯(lián)結(jié)構(gòu)中一般要求所有晶體硅電池片的工作電流基本一致。并聯(lián)結(jié)構(gòu)是太陽能電池組件中的一種重要結(jié)構(gòu)。并聯(lián)結(jié)構(gòu)的輸出功率并不受每個晶體硅電池片電流的制約，因而即使所有晶體硅電池片的電流大小不一樣，只要其電壓基本一致，它們?nèi)杂休^大的功率輸出。但是，并聯(lián)結(jié)構(gòu)的輸出功率受每個晶體硅電池片的工作電壓制約，而且并聯(lián)連接的電壓仍然是單個晶體硅電池片的電壓，所以并聯(lián)結(jié)構(gòu)必須與串聯(lián)結(jié)構(gòu)復(fù)合在一起方能應(yīng)用于晶體硅太陽電池的組件中。因為傳統(tǒng)的組件連接基本采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，而串聯(lián)結(jié)構(gòu)的輸出功率與每片晶體硅電池片的工作電流都有很大的關(guān)系，所以在傳統(tǒng)組件的安裝過程中要求所有晶體硅電池片的功率基本相同(商品化的晶體硅太陽電池一般按照功率等將電池片分類，功率相同的晶體硅電池片，它的轉(zhuǎn)換效率、工作電壓和電流也基本相同，高功率的晶體硅電池片，它的轉(zhuǎn)換效率、工作電壓和電流都比低功率的電池片的高)。這樣，那些低功率的晶體硅電池片因為輸出的功率、電壓和電流較正常的電池片相比均要小，因此，它們按照傳統(tǒng)晶體硅電池片的連接組成的組件功率達不到要求，而且它們在串聯(lián)結(jié)構(gòu)中也不適合同其他高功率的晶體硅電池片混合使用，因而此類低功率的晶體硅電池片只能做成低功率的小組件。此外，在傳統(tǒng)技術(shù)中即使全部采用高功率的電池片來組裝一塊組件，由于在一個組件中需要串聯(lián)的晶體硅電池片數(shù)目較多，這樣由于產(chǎn)品質(zhì)量有一定的不穩(wěn)定性，在這批高功率的晶體硅電池片當(dāng)中也可能有某一兩片電池片的電流較小，從而會對其他所有的電池片產(chǎn)生影響。在傳統(tǒng)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)中，為避免因某一晶體硅電池片出現(xiàn)損壞而導(dǎo)致整個組件無法正常工作，常常是使用一個旁路二極管保護多個相互連接的電池片。當(dāng)某串晶體硅電池片中某一電池片出現(xiàn)異常時，那么這串晶體硅電池片，其中包括那些正常的晶體硅電池片，便會因旁路二極管的作用與整個光伏組件系統(tǒng)隔離。這樣就會使整個光伏組件的輸出功率因某一電池片的實效而出現(xiàn)過多的下降。因為串聯(lián)結(jié)構(gòu)組件的總電流受每一電池片的制約，在實際的生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的質(zhì)量也不可避免的存在一定的不穩(wěn)定性，所以減少所串聯(lián)的晶體硅電池片的數(shù)目，采用串并聯(lián)結(jié)構(gòu)能在一定程度上解決這個弊端。雖然采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)會因為并聯(lián)電池片的電壓不同而帶來功率損耗，但是通過分析商品化晶體硅太陽電池片出廠參數(shù)發(fā)現(xiàn)不同類型的電池片， 其開路電壓的相對變化量比其短路電流的相對變化量要小。表1是某晶體硅電池片供應(yīng)商給出的晶體硅電池片出產(chǎn)的相關(guān)參數(shù)，表2是由表1得出的相關(guān)的參數(shù)變化量。由表2可以看出不同類型的電池，其短路電流的相對變化量比開路電壓的相對變化量大一倍。
表 1
表2
轉(zhuǎn)換效率％最大功率(W)最大工作電壓V (mV)最大工作電流Im (A)開路電壓Voc (mV)短路電流Isc(A)絕對變化量10. 16110. 181100. 178相對變化量(％)5. 686. 112. 093. 651. 603. 35
近年來，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，關(guān)于太陽電池組件的拓撲結(jié)構(gòu)的研究也在不斷的推進。安徽工業(yè)大學(xué)王培珍等研究了不同拓撲結(jié)構(gòu)太陽電池聯(lián)結(jié)損失，其中包含串并聯(lián)結(jié)構(gòu)。蘇州富能技術(shù)有限公司劉穆清等將串并聯(lián)結(jié)構(gòu)用于了在薄膜太陽電池模塊組中(專利公開號CN101510570)，該技術(shù)的不足之處在于，所設(shè)計的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)中仍然必須采用同一功率范圍的晶體硅電池片，不同功率的晶體硅電池片無法同時應(yīng)用于同一組件中，對于小功率的晶體硅電池片只能制成小功率的組件，而小功率的組件的使用有一定的局限性。綜上所述，亟待尋找一種新的晶體硅太陽能電池組件結(jié)構(gòu)，它具備以下特點既不影響組件在正常工作時的功率輸出，又能避免因某一晶體硅電池片出現(xiàn)異常時組件的輸出的功率下降過大，而且各種功率的晶體硅電池片都能合理的運用到同一塊組件中。這對于整個光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
要解決的問題
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在這樣的問題晶體硅太陽能電池組件的設(shè)計主要是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，整個組件的工作電流受每一晶體硅電池片工作電流的制約，當(dāng)其中有某一片出現(xiàn)故障或者陰影時有較多的電池片將無法正常工作且這種結(jié)構(gòu)要求所有晶體硅電池片的功率基本一致， 否則高功率晶體硅電池片無法輸出它的最大功率，本發(fā)明提供了一種新型的晶體硅太陽能電池組件結(jié)構(gòu)。技術(shù)方案
發(fā)明原理本發(fā)明以復(fù)合使用串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的方法并采用不同功率或者轉(zhuǎn)換效率晶體硅電池片來完成太陽能電池組件的設(shè)計，具體地說，本發(fā)明就是根據(jù)晶體硅太陽能電池片額定功率或者光電轉(zhuǎn)換效率的高低對所有的電池片進行分類，同時復(fù)合使用不同類型的電池片和串并聯(lián)結(jié)構(gòu)使組件在正常工作時有一定的功率輸出，在某一電池片出現(xiàn)故障或者陰影時整個組件仍有較高的功率輸出，充分合理的將各種功率的晶體硅電池片應(yīng)用于同一組件中。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的一種新型的晶體硅太陽能電池組件結(jié)構(gòu)，它是由若干電池模塊串聯(lián)而成，每個所述的電池模塊由若干個電池子模塊并聯(lián)而成，每個所述的電池子模塊內(nèi)部是由若干個尺寸相同、額定功率相同的晶體硅電池片串聯(lián)而成；所述組件結(jié)構(gòu)內(nèi)部，不同電池子模塊所包含的晶體硅電池片數(shù)量相同，不同電池子模塊所包含的晶體硅電池片的功率不完全相同。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計是為了使低功率的晶體硅電池片和高功率的晶體硅電池片可以同時應(yīng)用于同一個電池組件中，且不影響高功率的晶體硅電池片正常工作，打破了傳統(tǒng)組件結(jié)構(gòu)中只能使用同一功率的晶體硅電池片的局限性，使得廉價的低功率的晶體硅電池片也能制成較高輸出功率的組件。在每個電池模塊的兩端并聯(lián)一個旁路二極管，這樣是為了確保整個電池模塊出現(xiàn)故障不能正常工作時整個組件仍有一定的功率輸出。對于不同電池子模塊，所有晶體硅電池片的開路電壓總和的差值< 0. 2V。不同電池子模塊所有晶體硅電池片的開路電壓總和的差值較小，降低了不同電池子模塊并聯(lián)時由于電壓的不同而造成的并聯(lián)損失，提高了整個組件的輸出功率。所述的旁路二極管的耐壓容量V應(yīng)大于等于電池模塊最大反向工作電壓的兩倍，電流容量I應(yīng)大于等于電池模塊最大反向工作電流的兩倍，具體表述V > 2XVOCXM, I彡2XNXISC，其中Voc表示單個晶體硅電池片的開路電壓，Isc表示每個晶體硅電池片的短路電流，N表示每個電池模塊包含的電池子模塊的個數(shù)，M表示每個電池子模塊中串聯(lián)電池片的個數(shù)，VocXM即電池模塊最大反向工作電壓，NXIsc即電池模塊最大反向工作電流。依據(jù)旁路二極管的選用標(biāo)準(zhǔn)選擇使用旁路二極管，晶體硅太陽能電池組件在滿足使用要求的前提下會有較長的使用壽命和較高的穩(wěn)定性。有益效果本發(fā)明的有益效果
(1)本發(fā)明的太陽能電池組件結(jié)構(gòu)在電池子模塊上并聯(lián)有旁路二極管，所以當(dāng)太陽能電池組件中的某些晶體硅電池片發(fā)生故障或陰影時，本發(fā)明的組件結(jié)構(gòu)仍有較高的輸出功率；
(2)本發(fā)明在串聯(lián)結(jié)構(gòu)中混合使用不同功率或者轉(zhuǎn)換效率的晶體硅電池片，打破了傳統(tǒng)組件設(shè)計中只能使用同一功率晶體硅電池片這一局限性，在生產(chǎn)中根據(jù)功率要求合理選擇不同功率的晶體硅電池片相互搭配，所有功率的晶體硅電池片都能應(yīng)用于同一個組件當(dāng)中去；
(3)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能將低功率的晶體硅電池片與其它高功率的晶體硅電池片混合使用且不影響其它高功率晶體硅電池片的正常工作；將低功率的晶體硅電池片有效地運用于較高功率的組件中，因而降低了組件的成本。
圖1是72片2. 75W的晶體硅電池片全串聯(lián)的仿真結(jié)果曲線圖； 圖2是72片2. 69W的晶體硅電池片全串聯(lián)的仿真結(jié)果曲線圖3是實施例1中36片2. 75W和36片2. 69W的晶體硅電池片串并聯(lián)的仿真結(jié)果曲線
圖4是72片2. 75W的晶體硅電池片串并聯(lián)的仿真結(jié)果曲線圖； 圖5是72片2. 75W的晶體硅電池片串聯(lián)結(jié)構(gòu)中某一片出現(xiàn)異常時的仿真結(jié)果曲線圖； 圖6是72片2. 75W的晶體硅電池片串并聯(lián)結(jié)構(gòu)中某一片出現(xiàn)異常時的仿真結(jié)果曲線
圖7本發(fā)明的實施例1的晶體硅電池組件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8本發(fā)明的實施例2的晶體硅電池組件結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1電池模塊；2電池子模塊；3晶體硅電池片；4旁路二極管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本專利作進一步的說明如下?，F(xiàn)將本專利的組件設(shè)計結(jié)構(gòu)應(yīng)用于晶體硅太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計中。具體見以下實施例1和實施例2。實施例1
運用本發(fā)明的晶體硅太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)進行晶體硅太陽能電池組件的設(shè)計。首先隨機選取36片6. 5英寸2. 75W的晶體硅電池片3，設(shè)其為I型晶體硅電池片 3 ；再隨機選取36片6. 5英寸2. 69W的晶體硅電池片3，設(shè)其為II型晶體硅電池片3。分別將這兩類晶體硅電池片3每12片串聯(lián)在一起形成一個電池子模塊2，I型晶體硅電池片和II型晶體硅電池片各形成3個電池子模塊2。然后分別從I型晶體硅電池片的3個電池子模塊2和II型晶體硅電池片的3個電池子模塊2中各選取1個電池子模塊并聯(lián)起來，形成3個電池模塊1。同時，為避免該電池模塊中某一晶體硅電池片異常，導(dǎo)致該電池模塊的輸出功率出現(xiàn)過多的下降，在每個電池模塊1的兩端并聯(lián)一個旁路二極管4。其中旁路二極管4要求為低功耗、超高速半導(dǎo)體器件，其最顯著特點為反向恢復(fù)時間極短，正向?qū)ㄩT限電壓和正向壓降都比PN結(jié)二極管低。在本例中選擇12SQ045型號的二極管。再把3個電池模塊1串聯(lián)起來構(gòu)成一個完整的組件。圖7為該組件的結(jié)構(gòu)示意圖。實施例2
運用本發(fā)明的晶體硅太陽能電池組件設(shè)計結(jié)構(gòu)，隨機選取6. 5英寸的2. 75W、2. 72W和 2. 69W的晶體硅電池片各24片，分別設(shè)為I型晶體硅電池片3、II型晶體硅電池片3和III型晶體硅電池片3。分別將這三類晶體硅電池片3每6片串聯(lián)在一起形成一個電池子模塊2，I型晶體硅電池片、II型晶體硅電池片和III型晶體硅電池片各形成4個電池子模塊2。然后分別從I型晶體硅電池片的4個電池子模塊、II型晶體硅電池片的4個電池子模塊和III型晶體硅電池片的4個電池子模塊中各選取1個電池子模塊2并聯(lián)起來，共形成4個電池模塊1 ；在每個電池模塊1的兩端并聯(lián)一個旁路二極管4。
其中旁路二極管4要求為低功耗、超高速半導(dǎo)體器件，其最顯著特點為方向恢復(fù)時間極短，正向?qū)ㄩT限電壓和正向壓降都比PN結(jié)二極管低。在本例中選擇20SQ045型號的二極管。再將4個電池模塊1串聯(lián)起來構(gòu)成一個完整的組件。圖8就是該組件的結(jié)構(gòu)示意圖。實施例3
為了驗證本發(fā)明的晶體硅太陽能電池組件所設(shè)計結(jié)構(gòu)的可行性，現(xiàn)通過Pspice軟件仿真模擬了實施例1中兩種不同類型的晶體硅電池片3串并聯(lián)時組件的功率輸出情況。在仿真時選取了兩種不同類型的晶體硅電池片
I型(2. 75W):Isc=5. 5A, Voc=O. 6V, Im=5. 2409A, Vm=O. 52V ；
II型(2. 69W) :Isc=5. 5A, Voc=O. 6V, Im=5. 2345A, Vm=O. 517V。其中各參數(shù)的意義分別如下 Isc 單個晶體硅電池片的短路電流； Voc 單個晶體硅電池片的開路電壓；
Im 單個晶體硅電池片的最大功率點電流； Vm 單個晶體硅電池片的最大功率點電壓。)在正常情況下，將72片2.75W的晶體硅電池片3全串聯(lián)，其最大輸出功率為 Pmax=198. 052W，圖1是仿真的結(jié)果曲線圖。圖2是72片2. 69W的晶體硅電池片全串聯(lián)的仿真的結(jié)果曲線圖，其最大輸出功率為 Pmax=193. 716W。各取36片2. 75W和36片2. 69W的晶體硅電池片3按照本發(fā)明的實施例1即圖8 的連接方式進行連接，模擬其功率輸出，它的最大功率為Pmax=195. 650W,圖3是仿真的結(jié)果曲線圖。由上述圖1至圖3的3組仿真的結(jié)果可知，將不同類型的晶體硅電池片串并聯(lián)之后其功率輸出仍在正常范圍之內(nèi)，符合組件輸出功率的要求，所以將不同類型的晶體硅電池片串并聯(lián)混合使用的結(jié)構(gòu)切實可行。)當(dāng)組件中有一晶體硅電池片被遮擋或者被損壞等異常情況時，使用Pspice軟件來仿真模擬晶體硅電池片在出現(xiàn)異常時不同結(jié)構(gòu)組件的功率輸出情況。選取上述仿真中的 I型晶體硅電池片來仿真。將72片2. 75W的晶體硅電池片串聯(lián)起來，在正常工作時其最大輸出功率Pmax=198. 052W，即圖1。將72片2. 75W的晶體硅電池片3按照實施例1的結(jié)構(gòu)串并聯(lián)起來，在正常工作時其最大輸出功率Pmax=198. 052W，其最大功率和串聯(lián)時一樣，圖4是仿真的結(jié)果曲線圖。接下來假設(shè)其中的某一晶體硅電池片3出現(xiàn)陰影，設(shè)置其透光率為50%。由于陰影時該晶體硅電池片3不能正常工作，導(dǎo)致旁路二極管4正向?qū)?，該組件的輸出功率降低。圖5是出現(xiàn)異常時72片2. 75W的晶體硅電池片全串聯(lián)結(jié)構(gòu)的最大功率曲線圖，其最大功率為 Pmax=130. 155W。圖6是在出現(xiàn)異常時72片2. 75W的晶體硅電池片采用圖8的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的最大功率曲線圖，其最大功率為Pmax=160. 389W。由上述仿真的結(jié)果可知，在出現(xiàn)異常情況時，傳統(tǒng)的采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)的組件中有較多晶體硅電池片都受該異常晶體硅電池片的影響，對整個組件的輸出功率影響較大，而本發(fā)明因采用了串并聯(lián)復(fù)合結(jié)構(gòu)，當(dāng)出現(xiàn)上述異常情況時，輸出功率影響較小，即串并聯(lián)結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)的輸出功率要大的多，說明了本發(fā)明的有益效果確實存在。
總之，本發(fā)明可以在一個組件中使用各種功率或者轉(zhuǎn)換效率的晶體硅電池片，使得各類晶體硅電池片都能用于組件中，避免了傳統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)中只能使用同一類型的晶體硅電池片這一局限性。此外，在出現(xiàn)故障或陰影時，由于采用了串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，組件功率的影響比傳統(tǒng)組件要小。故本發(fā)明對整個太陽電池組件的設(shè)計有重要意義。
權(quán)利要求
1.一種新型的晶體硅太陽能電池組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，它是由若干電池模塊(1)串聯(lián)而成，每個所述的電池模塊(1)由若干個電池子模塊(2)并聯(lián)而成，每個所述的電池子模塊⑵內(nèi)部是由若干個尺寸相同、額定功率相同的晶體硅電池片⑶串聯(lián)而成；所述組件結(jié)構(gòu)內(nèi)部，不同電池子模塊⑵所包含的晶體硅電池片⑶數(shù)量相同，不同電池子模塊⑵所包含的晶體硅電池片(3)的功率不完全相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的晶體硅太陽能電池組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，在每個電池模塊(1)的兩端并聯(lián)有一個旁路二極管(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的晶體硅太陽能電池組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，對于不同電池子模塊(2)，所有晶體硅電池片(3)的開路電壓總和的差值S0.2V。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型的晶體硅太陽能電池組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的旁路二極管(4)的耐壓容量V應(yīng)大于等于電池模塊(1)最大反向工作電壓的兩倍，電流容量I應(yīng)大于等于電池模塊(1)最大反向工作電流的兩倍，具體表述V ^ 2XVocXM, I彡2XNXISC，其中Voc表示單個電池片(3)的開路電壓，Isc表示單個晶體硅電池片(3) 的短路電流，N表示每個電池模塊(1)所包含的電池子模塊(2)的個數(shù)，M表示每個電池子模塊(2)中串聯(lián)晶體硅電池片(3)的個數(shù)，VocXM即電池模塊最大反向工作電壓，NXIsc 即電池模塊最大反向工作電流。
全文摘要
本發(fā)明屬于晶體硅太陽能電池組件設(shè)計領(lǐng)域，公開了一種新型的晶體硅太陽能電池組件結(jié)構(gòu)，它是由若干電池模塊串聯(lián)而成，每個所述的電池模塊由若干個電池子模塊并聯(lián)而成，每個所述的電池子模塊內(nèi)部是由若干個尺寸相同、額定功率相同的晶體硅電池片串聯(lián)而成；所述組件結(jié)構(gòu)內(nèi)部，不同電池子模塊所包含的晶體硅電池片數(shù)量相同，不同電池子模塊所包含的晶體硅電池片的功率不完全相同。本發(fā)明提出的太陽能電池結(jié)構(gòu)設(shè)計能將低功率的晶體硅電池片與其它高功率的晶體硅電池片混合使用且不影響其它高功率晶體硅電池片正常工作，將低功率的晶體硅電池片有效的運用于較高功率的組件中，降低了組件的成本。
文檔編號H01L31/05GK102437219SQ20111039012
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者汪煒, 鄭攀, 郭海昕 申請人:馬鞍山晶威電子科技有限公司