智能光伏组件及核心部件的研究与发展概要

智能光伏组件及核心部件的研究与发展

作者:段正刚 (苏州快可光伏电子有限公司总经理

摘要:

最近2年来智能光伏组件的研究得到了快速的发展,国际知名太阳能电池组件制造商与光伏智能电路芯片设计供应商、光伏接线盒与连接控制系统供应商三方联合对该领域进行了开发,智能光伏组件已经具备了大规模商业化推广和应用的条件。

1、引言:

传统太阳能电池组件一般是由若干个电池片通过串联方式排列并用封装材

料叠层压制而成的,引出端用防水接线盒并连接电缆与插头,两块电池板之间主要是靠连接电缆与相邻的电池板串联在一起的。一般电池板为了防止发生“热斑效应”都会在接线盒内安装旁路反偏二极管,该二极管的作用是:当电池片发生阴影遮挡时,该串电池片的电效应由“电源特性”变为了“电阻特性”,这时二极管启动,将该“阴影电池串”从整个系统中隔离,起到了电气保护作用。如果没有安装该二极管,则受遮挡的电池片会快速发热可能烧坏电池片、EVA、融化互连带焊锡而造成整块电池板不可恢复损坏。目前全球绝大多数的电池组件都采用了这种旁路隔离保护技术,这种电池板旁路保护技术的优点是原理简单、制造方便、成本低,缺点是如果个别电池板发生“热斑效应”而二极管旁路隔离保护起作用,在该阵列串上的其他电池板会因为这块电池板而受“牵连”,使整个阵列串同其他串发生失配,而大大降低了光伏电站的发电效率。如何提高光伏阵列的整体发电效率,研究智能型光伏组件是目前业界刚刚兴起并迅速开始研究的课题。

2、目前光伏组件的现实使用情况:

太阳能电池板在日常工作中因为受到乌云、灰尘、鸟粪、树木、烟囱等因数的综合影响,往往发电效率低于理论值15-20%,有研究表明,如果一个太阳能电站中大

约10%的电池板受到阴影遮挡,在极端情况下,可以造成光伏电站60%的功率损失。平均造成的功率损失都在30%左右,所有消除阴影遮挡因素对光伏组件及系统的影响是提高系统发电效率的最直接有效的途径之一。

3、智能光伏组件的研究与发展:

目前智能光伏组件的研究主要集中在智能控制电路的研究上,简单说就是智能控制接线盒的研究,近2年来,几家国际知名的模拟电路芯片供应商、电池板制造商、光伏接线盒与连接系统供应商联合开发了一系列智能接线盒系统,安装了这种智能接线盒的电池板被称为“智能型光伏组件”。下面就根据各厂家设计原理与功能不同列表分类评述目前智能组件的研究与发展。

类型原理技术现状代表公司

1,MOS集成电路基础的使用MOS集成电

路代替传统二极

目前意法半导体(ST公司已研发出

这种集成芯片,该芯片已经集成在苏

ST,QC SOLAR,

KOSTAL

智能光伏组

件管,降低组件被

遮挡时二极管的

发热能耗,同时

减少组件正常工

作时晶体管的反

向漏电流,提高

组件的发电效率

州快可光伏(QCSOLAR,德国KOSTA

公司的接线盒,在电流小于8A时,

表现较好

2,二极管旁路电路集成无线发射接受数据系统接线盒内集成了无线收发模块,

可以实时监测并

传输电池板数据

(电压、电流、

功率、温度等

苏州快可光伏(QCSOLAR已开发成

功该智能型接线盒,目前在测试阶段

苏州快可光伏

(QCSOLAR

3,MPPT+ DCTO DC电

路通过对阵列中每

块电池板分布式

安装最大功率跟

踪模块,使电站

方阵中每块板始

终工作在最大功

率输出点

1,美国国家半导体公司提供成熟模

块SOLAR -MAGIC,该模块可以直接集成安装进入组件接线盒内,也可以

单独外挂式安装在系统电站中,目前

该公司同QC SOLAR,H+S,SHOALS三家接线盒厂家合作量产向社会提供

智能接线盒,无锡尚德等电池板厂家

同其合作。

2, 意法半导体公司已可以提供高度

集成的MPPT电路芯片,该芯片可以

同旁路二极管电路集成在同一块电

路板上,目前的问题是输入电压还需

要提高以满足大功率组件需求。

3, TIGOENERGY公司可以提供集成

式和外挂式两种接线盒,已量产。

4,以色列公司SOLAREDGE已量产该

产品直接集成于接线盒。

NS,ST,TIGOEN

ERGY,SOLAR

EDGEQC

SOLAR,H+S,SH

OALS,SUNTECH

POWER,GESOLA

R

4,MPPT+ DCTODC+

MICRO- INVERTER INTEGRATED 在每块电池板上安装MPPT和微型

逆变器,在电池

板端完成DC/AC

变换

ENPHASE ENERGY已量产该产品,但

为外挂式没有集成在接线盒内

ENPHASE

ENERGY

4、目前在技术、应用、商业方面存在的问题

各种原理和功能的智能型接线盒构成了“智能型光伏组件”,在技术原理上以上各种技术均为成熟技术,但因为光伏组件的使用环境为长期户外,多数使用者担心增加了功能模块的接线盒的可靠性是否能够使用25年,在应用方面因为安装了智能接线盒的成本比普通接线盒高出几倍,在成本方面不占优势,需要进一步优化电路设计降低成本。在商业模式方面,因为目前在光伏贸易中主要是

“卖功率W”,不是以“卖功率时WT”也就是度电为主,所以组件厂家在智能型组件推广上还需要进一步解放思想。

5、结论

智能型光伏组件在组件厂家、芯片厂家、接线盒厂家的共同努力下将得到快速而迅猛的发展,将是未来光伏电站建设的主要类型。但在质量可靠性研究、成本下降方面仍需要下大力气开发。

(solarmagic技术接线盒