高效光伏组件对电气系统设计的影响

高效光伏组件对电气系统设计的影响

武传斌

（中机国能浙江工程有限公司浙江杭州310051）

摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，依据2018年工信部公布的《光伏制造行业规范条件》内容及国家能源局“光伏领跑基地计划”中光伏组件实际应用情况，在分析高效光伏组件高转化效率、高发电量、高投资收益率等特点的基础上，阐述在光伏组件选择、光伏方阵设计、接线盒中二极管选型、的影响和注意问题。

关键词：光伏；转换效率；高效组件；双面组件；接线盒；汇流箱；逆变器；功能接地

引言

在不同气候环境下，对光伏组件工作性能的影响因素主要包括紫外线辐射强度、太阳光谱变化、组件工作温度及组件光学损失等，气候环境的不同，也使这些影响因素有很大不同。因此，为了确保光伏组件的工作性能得以更加可靠发挥，并为技术人员提供精确的数据参考，应对光伏组件在不同典型气候环境中的工作性能进行测试，以此验证光伏组件在典型气候应用中的实际性能。

1光伏区光伏组件设计方案

光伏组件是太阳能发电系统中的核心，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。组件是将太阳的辐射能力转换为电能，送至电网或送往蓄电池中存储起来，或者直接推动负载工作。目前，光伏电站光伏区组件布置方案以一定倾斜角，并通过组件连接线连接为方阵，以达到额定出力。1）组件内部结构组件生产厂家目前所生产组件主要采用3旁路二极管设计，该型组件内部共60片晶体硅电池片，并采用旁路二极管防止热斑效应，每20片加装1个旁路二极管，共计3个旁路二极管，安置在组件背面接线盒中，且电池片串联方向是按其宽边方向U型回路。该型组件电路结构的特点决定了组件横向比竖向布置抗遮挡能力强。因为遮挡以靠近地面居多，以靠近地面的2排电池片被遮挡为例。遮挡一块组件最下边两排电池片，横向排布时，最下边的旁路二极管导通，上边2排电池片继续有功率输出。遮挡一块组件最下边两排电池片，竖向排布时，组件中的每一路均有电池片被遮挡，三个旁路二级管均会导通，电路断路，3排电池片均无功率输出。2）组件连接方式目前，光伏区组件通常以一字型、C字型连接方式进行串联连接。组件按照“一字型”方式连接如图1所示，最终组串的正负极连接线不在同侧，需要从离汇流箱远的一端通过增加一根光伏直流电缆连接至汇流箱，为保证组串正负连接线在同侧，每个组串要至少增加光伏直流电缆，提升电站建设成本。组件“C字形”连接方式如图2所示，有效利用组件自身的连接线，可使组串正负连接线在同侧。此外，因组件为室外安装，“一字型”、“C字形”连接方式使组串存在面积较大的感应线圈。在雷雨天气中，易产生较大感应电流击穿组件的旁路二级管。目前采用跨接法，可极大减小感应线圈的面积，降低感应电流强度，减少旁路二极管被击穿的风险。

图1组件一字型连接方式

图2组件的C字形连接方式

2对电气系统设计的影响

2.1双面双玻组件

双面电池的封装技术中双面双玻组件的结构包括：双层玻璃+无边框结构；双面（带边框）组件采用透明背板+边框形式等。双面双玻组件具有生命周期较长、低衰减率、耐候性、防火等级高、散热性好、绝缘好、易清洗、更高的发电效率等优势。PERC双面双玻组件发电量增益可达5%~30%。

2.2二极管

IEC60364-7-712：2017规定二极管最大计算电流Imax=1.4ISC=1.4×10.36=14.504A。IEC62790-2014《Junctionboxesforphotovoltaicmodules—Safetyrequirementsandtests》规定75℃下，对接线盒施加额定电流至1.25倍，1h稳定后测量二极管表面温度。依据热阻系数推算二极管结温：Tj=Tcase+RTHjcUDID式中：Tj———二极管工作结温，℃；Tcase———二极管壳体温度测量值，℃；RTHjc———二极管热阻系数，℃/W；UD———二极管电压，V；ID———通过二极管电流，A。通过对R6轴向平面、R6轴向沟槽、贴片沟槽、贴片平面等不同类型二极管温度试验测量得到，当ID=13A二极管在75℃测试条件下，二极管表面温度为169.2~194.6℃，接线盒上盖温度为100.4~116.1℃。在短路电流时ID=16.25A，二极管表面温度为193.4~220.6℃，接线盒上盖温度为106.8~126.6℃。当ID=12.25A、UD=15.8V在90℃测试条件下，二极管引脚温度达175.1~196.2℃，导致二极管失效。

2.4光伏组件表面温度的测试

两个试验地中的光伏组件均在其表面前后各设置4个监测点，表面前侧的监测点分别位于与接线盒相对应的正面、右上角、左下角及中心点，表面后侧的监测点则分别位于与接线合对应的帝边、中心点、右上角及左下角，然后采用T型热电阻对光伏组件表面上的8个监测点温度进行监测，监测结果表明，两试验地中光伏组件表面的监测点温度最高值均位于与接线盒相对应的前表面，光伏组件的前表面温度要稍高于背面温度，尤其是前表面监测点中的温度要比背面监测点高1℃左右，而前表面的其他监测点也比背面监测点高出0.5℃左右。

结语

随着工信部《光伏制造行业规范条件》（2018年本）的出台，采用高效新技术的高转换效率、高发电量、高投资收益率的光伏组件成为市场主流产品，在电气系统设计时，应注意以下几个问题：a.受安装高度、地面反射、阴影遮挡等影响，在复杂安装环境下高功率组件使得功率失配问题更加突出，为了避免木桶效应，光伏方阵设计难度增加。b.高效组件输出电流一般在9~11A之间，使得组件表面温度较常规组件高。双面发电组件的电流密度和磁感强度都会增强，使可以布线回路面积更小。c.高电流导致接线盒内二极管、汇流箱内熔断器的选型多为16（15）A、20A，单一规格的器件、设备将无法适应组件失配问题。多MPPT输入的逆变器可能无法适应0.9~1.3倍输入电流的宽范围，使得组串逆变器成为最佳选择，集中型逆变器的应用受到限制。

参考文献

［1］国家电网.关于做好分布式电源并网服务工作的意见［J］.电站信息，2013（3）：1-2.

［2］国家发展改革委.发改价格［2013］1638号国家发展改革委关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知［EB/OL］.（2013-08-26）.