微信客服
微信公眾號
引言:
隨著社會對能源的需求量越來越大，充分利用太陽能，可為世界經(jīng)濟發(fā)展提供可持續(xù)增長的長遠戰(zhàn)略及出路。近年來，隨著科技的進步,太陽能電池用于太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)取得了很大的進展，逐步成為人類未來主要電力來源之一。相對應的，就給我們的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)提出了新的課題--如何適應越來越高的負載要求以及高可靠性要求。因此，太陽能光伏技術(shù)的深入研究極為重要.
熱斑及熱斑的形成與避免
.太陽能電池片熱斑是指電池片在陽光照射下,由于部分組件受到遮蔽而無法正常工作,使得被遮蔽部分的組件升溫遠遠大于未被遮蔽部分,致使溫度過高出現(xiàn)燒壞的現(xiàn)象.
在太陽能光伏系統(tǒng)中,電池片由于外界環(huán)境以及自身匹配問題,很容易出現(xiàn)熱斑現(xiàn)象(圖1 紅色部分)
圖1 熱斑實拍圖
當光伏陣列中部分電池片被云層,樹葉或其他物體遮蔽時,由于光照的變化,其溫度將明顯不同于其他未被遮蔽電池片.這將引起內(nèi)電場的變化,而使被遮蔽部分熱量急劇上升,形成熱斑.若熱斑的溫度超過一定極限,將會使電池片上的焊點融化并損壞柵線,從而導致整個光伏陣列甚至系統(tǒng)的損壞.
為了避免熱斑的產(chǎn)生，接線盒因應而生。
圖2 接線盒工作原理圖
在太陽能電池組件中，一般將N塊電池片串聯(lián)成電池組，以達到更高電壓，如上圖。一旦A/B/C任一片電池片被遮住，該電池片就不再作為電源，而是變成負載消耗其他正常電池片產(chǎn)生的電能。而此時，由于該組的電池片出現(xiàn)反偏，則二極管導通，電流將沿二極管繼續(xù)形成回路，不再消耗在被遮蔽的電池片上。
傳統(tǒng)接線盒的功能限制與局限性
傳統(tǒng)接線盒,由于設(shè)計以及技術(shù)的問題,有著許多需要解決的問題,首當其沖的就是溫度問題.正常日照下的環(huán)境溫度以及二極管工作而產(chǎn)生的溫度。
在戶外環(huán)境中，電池片的背板溫度，可能達到70~80度，再加上二極管工作后，結(jié)溫可能升至200度，將會嚴重影響接線盒內(nèi)部溫度的上升，從而導致盒體材料以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形與損壞，嚴重的甚至導致組件損壞。
因而，如何解決接線盒溫度的問題，成了一個刻不容緩的課題。而我們，也一直致力于這方面的研究，并已取得突破性的發(fā)展。
其實在太陽能光伏中,旁路需要的是"理想二極管",即正向沒有導通壓降,反向沒有漏電流.正向壓降是由二極管本身決定的,硅管一般在0.9V左右，肖特基一般在0.5V左右。反向漏電是二極管的主要反向特性，一般硅管在3~5uA,肖特基在50~500uA.正向壓降會導致接線盒的溫度升高，從而影響壽命。反向漏電流，會直接影響電池組件的輸出功率。
新型模塊的特性：
圖 3 新型模塊工作原理
該方案利用低壓大電流開關(guān)電源中次級整流的原理，利用HB-Drive,輸出一寬度隨電流大小變化而變化的方波，來驅(qū)動模塊內(nèi)置MOS的柵極，以控制模塊的導通/截止，以達到讓較大電流通過的目的。
MOS管是電壓控制元件,只需要從信號源取極小電流，就能控制極大ID的流通。所以，在對效率要求較高（低壓大電流開關(guān)電源），以及能源成本較高（太陽能光伏）的情況下，MOS管的低工作消耗尤為重要。
該模塊內(nèi)置MOS管以及驅(qū)動IC均由我司獨立設(shè)計開發(fā)，內(nèi)置MOS導通電阻極小，小于4毫歐。正由于有這樣的特性，MOS管在工作的時候，功耗極低，特別是在大電流情況下，尤為突出。
在我們的MOS管旁路模塊設(shè)計中，DS端電壓損耗小于0.1V，即該線路的壓降低于0.1V。相比于傳統(tǒng)二極管以及肖特基管的VF而言，MOS管旁路的功耗更小。我們以10A電流舉例：
STD： 1V*10A=10W
SKY： 0.45V*10A=4.5W
MOS： 0.1V*10A=1W
在太陽能光伏系統(tǒng)中，旁路二極管的結(jié)溫是一個制約大電流二極管發(fā)展的因素。而MOS管旁路，由于它具有自身功耗小，Rds(on)較小的優(yōu)點，所以它的本體溫度較低，且由于它壓降低，所以換言之，MOS管的結(jié)溫也會比較低。并且，MOS管本身可以比軸向二極管耐受更大電流。
綜上所述,與傳統(tǒng)二極管以及肖特基二極管相比,使用內(nèi)置MOS旁路技術(shù)為核心的智能模塊，擁有更大電流承載力，更低的功率損耗（肖特基的1/5~1/6，傳統(tǒng)管的1/10），更高的信賴性及使用壽命！
圖4 智能模塊75℃/10A測試溫升曲線圖
在日常建站使用中,由于環(huán)境變化,光照條件變化,負載變化等外在因素,會造成串聯(lián)系統(tǒng)組件中,組件端電壓波動。當單一組件端電壓波動,達到接線盒內(nèi)所使用二極管的門檻電壓（Vf)時,該接線盒就會工作，將該組件旁路掉，從而影響該電池組件正常工作，損失有效發(fā)電量。目前建站使用傳統(tǒng)接線盒作旁路技術(shù)的組件系統(tǒng)，均面臨這種非正常能量損失。這也是目前已建電站發(fā)電能力，達不到額定發(fā)電標準的重要原因。
圖5 光伏電站矩陣示意圖
如上圖所示，當負載電流變化時（充電電流或市網(wǎng)電流波動），組件電流也會發(fā)生相應變化。由于電池片匹配問題，會造成組件端電壓波動，當波動幅度達到接線盒導通門檻電壓時（設(shè)為A），A組件就會被短路，從而損失A組件的輸出功率。由于A組件被短路，整體輸出電壓也會降低。在負載功率不變的情況下，輸出電流會有進一步變化。即電壓持續(xù)下降，電流持續(xù)上升，直到達到最大發(fā)電電流。在串并聯(lián)系統(tǒng)中，當某串聯(lián)組串電壓下降后，根據(jù)并聯(lián)分流理論，該降壓組串將不會再對負載提供電流，從而使該組串能量整體損失！
據(jù)相關(guān)資料報道，以上狀況在大功率光伏發(fā)電應用系統(tǒng)中，時有發(fā)生，直接損失逾億美元。美國國家半導體公司實驗并給出數(shù)據(jù)，表明有10%的陰影將導致整個系統(tǒng)損失總電量的50%。
而我司利用自有專利技術(shù)的電壓監(jiān)控，配合內(nèi)置MOS管，能最大限度的減少非正常能量損失，從而變相提高了有效發(fā)電總量。
附件：原文引自 《太陽能》2011年第7期 ------智能型光伏組件
目前, 光伏系統(tǒng)的安裝服務公司及投資者都希望有關(guān)的設(shè)備（亦即他們的投資項目）可以順利運行25年，而且在整個壽命周期內(nèi)能發(fā)揮最高的效率。但由于組件性能會隨著年月而退化（一般來說組件的性能會以每年0.5%至1.0%的速度逐漸退化），因此光伏系統(tǒng)的用戶一般都會按照線性比率計算某一段時間內(nèi)的系統(tǒng)損耗。事實上，幾乎所有光伏系統(tǒng)都受實際的操作環(huán)境影響，以致其組件性能的衰退速度遠比估計高，令投資回報低于預期。這些影響實際操作的因素包括光伏組件之間的失配、傍路二極管的熱能耗散令組件性能加速退化、以及各種的環(huán)境因素如浮云、污垢及碎片等。為了解決系統(tǒng)效率低落的問題以及確保產(chǎn)品能夠在瞬息萬變的產(chǎn)品市場上脫穎而出，光伏組件生產(chǎn)商都寄望智能集成電路能為他們開辟一條新路。
近幾年來，多家電子設(shè)備供應商相繼在市場上推出獨立式的直流/直流和直流/交流變換的電源管理產(chǎn)品。這種獨立式解決方案的優(yōu)點是可以裝入目前正在使用的太陽能系統(tǒng)中。但事實上, 有意將舊系統(tǒng)升級的用戶不多，若與銷售全新光伏系統(tǒng)的市場比較，升級系統(tǒng)的市場發(fā)展?jié)摿Ρ泔@得微不足道。獨立的電源管理方案有其不足，例如，要添加連接線路、接地回路、外殼和支架，不但增加了成本，線路設(shè)計較復雜，而且安裝時間也更長，而且要為新添產(chǎn)品另外提供質(zhì)保。
越來越多光伏組件的生產(chǎn)商預先將智能電路內(nèi)置于組件內(nèi)，使系統(tǒng)可以充分利用智能電路的優(yōu)點，來提高光伏陣列的整體效率，同時降低了系統(tǒng)壽命周期內(nèi)的總成本。這是一個極具成本效益的解決方案，讓光伏組件生產(chǎn)商可為市場提供不同的選擇。系統(tǒng)壽命周期的總成本是指包括安裝和設(shè)計時間以及所有物料成本在內(nèi)的總成本。換言之，平衡的系統(tǒng)總成本更低意味著，安裝和設(shè)計時間更短，所需的電纜/機架更少，變逆器成本以至光伏系統(tǒng)的分類成本也更低。其實廠商一直要面對來自市場的各種壓力，例如，價格方面的壓力，新增廠商的競爭壓力，而且還要確保自己的產(chǎn)品能夠在市場上脫穎而出，因此廠商都紛紛因應市場的需要將集成電路內(nèi)置于光伏組件內(nèi)。
智慧型太陽能光伏技術(shù)漸趨成熟
新一代的光伏組件 -- 即智能型光伏組件 -- 開始受到市場歡迎。這種光伏組件內(nèi)置智能接線盒，因此可以充分利用模擬電路和電源管理技術(shù), 以及直流/直流電源優(yōu)化器的優(yōu)點。以灝訊集團（HUBER+SUHNER）為例，這是全球最大的接線盒供應商之一，該公司已成功開發(fā)內(nèi)置美國國家半導體SolarMagic?SM3320芯片組的RADOX?SolarBox NS3 接線盒。內(nèi)置集成電路的接線盒可以支持更多功能，相比僅內(nèi)置傍路二極管的接線盒更為優(yōu)勝。智能接線盒采用無縫銜接的設(shè)計，可以輕易裝入光伏組件內(nèi)，以提高光伏組件的性能及發(fā)電量。除了灝訊集團之外，市場上還有Shoals Technologies Group、Onamba和QC Solar 等多家智能接線盒生產(chǎn)商，而且預計陸續(xù)會有更多競爭者進軍這個市場。
智能接線盒供應商的產(chǎn)品都采用各自專有的設(shè)計，以確保系統(tǒng)能充分利用分布式集成電路的優(yōu)點。部分接線盒采用單件式的設(shè)計，亦即由傍路二極管至集成電路的整個單元都置于同一個封閉的盒內(nèi)，并通過一組接線連到下一個光伏組件。這種設(shè)計的優(yōu)點是可以確保系統(tǒng)有極高的穩(wěn)定性，因為所需的元器件及連接器極少。部分接線盒則采用雙單元的設(shè)計，一般來說，這種設(shè)計將帶狀電纜和傍路二極管設(shè)于連接座內(nèi)，與集成電路分開，其優(yōu)點是在現(xiàn)場的系統(tǒng)升級或部件更換時比較容易。
由于市場上有多種智能接線盒可供選擇，因此各大光伏組件生產(chǎn)商都躍躍欲試，希望能在現(xiàn)有的產(chǎn)品之外添加全新的智能型產(chǎn)品系列。尚德公司（Suntech）是全球晶體硅光伏組件領(lǐng)導生產(chǎn)商之一。該公司最近宣布與分布式集成電路的市場領(lǐng)導者美國國家半導體攜手合作，為太陽能產(chǎn)品市場開發(fā)新產(chǎn)品。這個合作計劃已取得成果，推出的分布式集成電路可以提升光伏系統(tǒng)的性能，有助于解決這類系統(tǒng)一直存在的性能問題，而且這是個極具成本效益的解決方案。美國國家半導體SolarMagic技術(shù)的優(yōu)點是可以提高組件的峰值效率（99.5%），為組件提供了三種操作模式（即降壓、升壓及直通模式），以及在光伏組件層面 ( 而不是一列組件)上減少電流及電壓失配問題所產(chǎn)生的不利影響。
智能光伏組件對于生產(chǎn)商的價值所在
光伏組件生產(chǎn)商一直努力降價以提高產(chǎn)品的競爭力，但市場對光伏組件的要求越趨嚴格，例如，要求的更高的發(fā)電量及更高的效率，但若要提升性能便須增加生產(chǎn)及研發(fā)方面的開支，令本已極微的利潤更加微薄。生產(chǎn)商一方面要確保其利潤，另一方面又要降價以滿足市場要求。在這樣的市場壓力之下，太陽能組件生產(chǎn)商便不得不推出擁有獨特個性的產(chǎn)品。目前許多大大小小的光伏組件生產(chǎn)商都在與直流/交流及直流/直流集成電路開發(fā)商合作，希望可以推出各種能源效率更高而又獨具個性的產(chǎn)品。
生產(chǎn)智能型光伏組件的廠商只要采用這個智能電路解決方案，便可安枕無憂，因為生產(chǎn)的每塊光伏電池板必定符合質(zhì)保書上所列的性能。一般來說，廠商保證在最初的10年內(nèi)組件性能不會低于規(guī)定的90%，而且在其后的15年不低于規(guī)定的80%。光伏組件若添加了集成電路，便可發(fā)揮更高的性能。換言之，廠商面對的索賠個案將會減少，因為即使組件功能退化令組件失配，以致發(fā)電量下跌，但添加的集成電路可以提升組件性能，有助于彌補這方面的損失。
智能光伏組件對于安裝公司/系統(tǒng)集成商的價值所在
光伏系統(tǒng)安裝公司面對的主要問題是如何確保利潤符合指標。一般來說，這些安裝公司都屬于較小型的企業(yè)，日常運營幾乎全依靠現(xiàn)金流支持。換言之，每分錢的利潤都與公司的業(yè)務休戚相關(guān)。此外，雖然光伏系統(tǒng)目前的單位發(fā)電成本以每瓦多少美元（US$/W）計，但當光伏系統(tǒng)的單位發(fā)電成本接近傳統(tǒng)電網(wǎng)的發(fā)電成本時，衡量成本的主要標準將會改為每度電多少美元（US$/Wh）計。這是衡量產(chǎn)品質(zhì)量及性能的標準。安裝公司必須為用戶提供發(fā)電效率最高的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，只有這樣，他們才可在市場上生存。
智能型光伏組件的優(yōu)點是以整個壽命周期計的系統(tǒng)總成本較低，使安裝公司及系統(tǒng)集成商可以節(jié)省更多成本，因為安裝這類智能型光伏系統(tǒng)時無需避開可能會阻擋陽光的物體，例如煙囪及障礙物，這樣便可充分利用整個屋頂?shù)目臻g，有助于降低電纜/布線/機架等方面的物料成本，而且還可為用戶提供一個包括各種優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的全方位解決方案。此外，安裝公司也無需避開附近的障礙物或遷就屋頂?shù)膬A斜角度或方向，直接將智能型光伏組件安裝于屋頂?shù)娜魏挝恢?，而且全部安裝工程可以一次完成，無需爬上屋頂多次進行安裝。由于每一塊光伏組件都內(nèi)置智能電路，使串聯(lián)組成的的每列組件數(shù)可以靈活增減，加上采用的MPPT算法可以緩解組件失配問題，因此智能型光伏系統(tǒng)的總體成本較低，使安裝光伏系統(tǒng)的服務公司不但可以獲取更大的利潤，而且還可藉著提高系統(tǒng)的發(fā)電量，使他們的客戶也可從中受惠。
類似美國國家半導體這類公司都不斷研發(fā)新技術(shù)，致力于為系統(tǒng)的性能及穩(wěn)定性創(chuàng)立新的技術(shù)標準，以確保更多業(yè)者會采用分布式集成電路。芯片廠商必須為任何內(nèi)置于光伏組件的集成電路提供與太陽能光伏組件一致的25年維修保證，這是眾所周知的業(yè)界共識。過去50年來，美國國家半導體一直為軍用裝置、航天設(shè)備和汽車電子系統(tǒng)提供各種集成電路，目前的服務范圍更擴大至光伏系統(tǒng)，加上公司的財政穩(wěn)固，而且所經(jīng)營的業(yè)務具有極高的盈利能力，因此有足夠的實力可以為大型的太陽能發(fā)展項目提供支持。一直以來，智能電路被視為光伏系統(tǒng)的脆弱環(huán)節(jié)。但經(jīng)過多年來的發(fā)展，這種技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展成熟，系統(tǒng)的質(zhì)量與可靠性都獲得保證，因為廠商都為其產(chǎn)品提供免費的維護，令智能電路漸受市場歡迎。
光伏系統(tǒng)用戶也可從智能光伏組件中受惠
光伏系統(tǒng)用戶極為關(guān)注兩個重要問題。第一，提供產(chǎn)品的光伏系統(tǒng)安裝公司是否信譽可靠，他們的工程技術(shù)是否符合規(guī)定的質(zhì)量要求；第二，如何盡量提高系統(tǒng)的發(fā)電量，以便減低電費支出，確保投資回報符合當初的估計。目前選購智能型光伏系統(tǒng)的用戶從工程項目開始的一刻起，便可放心相信所安裝的系統(tǒng)必定符合性能規(guī)定，而且每年提供的投資回報也符合要求。一直以來，許多選購光伏系統(tǒng)的用戶都相信，系統(tǒng)一經(jīng)安裝之后其性能及效率可以在隨后的25年內(nèi)保持不變，但在很多情況下, 直到保修期已過了一半，他們才意料地發(fā)覺實際的表現(xiàn)與原先的估計有出入，。造成這個現(xiàn)象的原因很多，例如光伏系統(tǒng)中各光伏組件逐年退化、導線/電纜的效率不斷下降、物料老化和光伏組件之間出現(xiàn)失配等都是引致性能下跌的原因。
智能型光伏系統(tǒng)會不斷調(diào)整一整列內(nèi)或多列光伏組件之間的電流和電壓，以減輕失配造成的影響。用戶可以放心安裝這類智能型光伏系統(tǒng)，因為系統(tǒng)能提高發(fā)電量，而且將kWh計的單位發(fā)電成本降到最低。
尚德、Canadian Solar 和GESOLAR 等公司正在開發(fā)的智能型光伏組件可以提高整套太陽能光伏系統(tǒng)的能源效率，以產(chǎn)品的整個壽命周期計，實際效率甚至可提高25%。更高的能源效率、更少系統(tǒng)故障以及產(chǎn)品具有獨特功能，這些都是光伏組件廠商不斷努力完成的目標。預計2011年第一季上述廠商將在市場上正式推出經(jīng)過認證的智能型光伏組件。
隨著社會對能源的需求量越來越大，充分利用太陽能，可為世界經(jīng)濟發(fā)展提供可持續(xù)增長的長遠戰(zhàn)略及出路。近年來，隨著科技的進步,太陽能電池用于太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)取得了很大的進展，逐步成為人類未來主要電力來源之一。相對應的，就給我們的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)提出了新的課題--如何適應越來越高的負載要求以及高可靠性要求。因此，太陽能光伏技術(shù)的深入研究極為重要.
熱斑及熱斑的形成與避免
.太陽能電池片熱斑是指電池片在陽光照射下,由于部分組件受到遮蔽而無法正常工作,使得被遮蔽部分的組件升溫遠遠大于未被遮蔽部分,致使溫度過高出現(xiàn)燒壞的現(xiàn)象.
在太陽能光伏系統(tǒng)中,電池片由于外界環(huán)境以及自身匹配問題,很容易出現(xiàn)熱斑現(xiàn)象(圖1 紅色部分)
圖1 熱斑實拍圖
當光伏陣列中部分電池片被云層,樹葉或其他物體遮蔽時,由于光照的變化,其溫度將明顯不同于其他未被遮蔽電池片.這將引起內(nèi)電場的變化,而使被遮蔽部分熱量急劇上升,形成熱斑.若熱斑的溫度超過一定極限,將會使電池片上的焊點融化并損壞柵線,從而導致整個光伏陣列甚至系統(tǒng)的損壞.
為了避免熱斑的產(chǎn)生，接線盒因應而生。
圖2 接線盒工作原理圖
在太陽能電池組件中，一般將N塊電池片串聯(lián)成電池組，以達到更高電壓，如上圖。一旦A/B/C任一片電池片被遮住，該電池片就不再作為電源，而是變成負載消耗其他正常電池片產(chǎn)生的電能。而此時，由于該組的電池片出現(xiàn)反偏，則二極管導通，電流將沿二極管繼續(xù)形成回路，不再消耗在被遮蔽的電池片上。
傳統(tǒng)接線盒的功能限制與局限性
傳統(tǒng)接線盒,由于設(shè)計以及技術(shù)的問題,有著許多需要解決的問題,首當其沖的就是溫度問題.正常日照下的環(huán)境溫度以及二極管工作而產(chǎn)生的溫度。
在戶外環(huán)境中，電池片的背板溫度，可能達到70~80度，再加上二極管工作后，結(jié)溫可能升至200度，將會嚴重影響接線盒內(nèi)部溫度的上升，從而導致盒體材料以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形與損壞，嚴重的甚至導致組件損壞。
因而，如何解決接線盒溫度的問題，成了一個刻不容緩的課題。而我們，也一直致力于這方面的研究，并已取得突破性的發(fā)展。
其實在太陽能光伏中,旁路需要的是"理想二極管",即正向沒有導通壓降,反向沒有漏電流.正向壓降是由二極管本身決定的,硅管一般在0.9V左右，肖特基一般在0.5V左右。反向漏電是二極管的主要反向特性，一般硅管在3~5uA,肖特基在50~500uA.正向壓降會導致接線盒的溫度升高，從而影響壽命。反向漏電流，會直接影響電池組件的輸出功率。
新型模塊的特性：
圖 3 新型模塊工作原理
該方案利用低壓大電流開關(guān)電源中次級整流的原理，利用HB-Drive,輸出一寬度隨電流大小變化而變化的方波，來驅(qū)動模塊內(nèi)置MOS的柵極，以控制模塊的導通/截止，以達到讓較大電流通過的目的。
MOS管是電壓控制元件,只需要從信號源取極小電流，就能控制極大ID的流通。所以，在對效率要求較高（低壓大電流開關(guān)電源），以及能源成本較高（太陽能光伏）的情況下，MOS管的低工作消耗尤為重要。
該模塊內(nèi)置MOS管以及驅(qū)動IC均由我司獨立設(shè)計開發(fā)，內(nèi)置MOS導通電阻極小，小于4毫歐。正由于有這樣的特性，MOS管在工作的時候，功耗極低，特別是在大電流情況下，尤為突出。
在我們的MOS管旁路模塊設(shè)計中，DS端電壓損耗小于0.1V，即該線路的壓降低于0.1V。相比于傳統(tǒng)二極管以及肖特基管的VF而言，MOS管旁路的功耗更小。我們以10A電流舉例：
STD： 1V*10A=10W
SKY： 0.45V*10A=4.5W
MOS： 0.1V*10A=1W
在太陽能光伏系統(tǒng)中，旁路二極管的結(jié)溫是一個制約大電流二極管發(fā)展的因素。而MOS管旁路，由于它具有自身功耗小，Rds(on)較小的優(yōu)點，所以它的本體溫度較低，且由于它壓降低，所以換言之，MOS管的結(jié)溫也會比較低。并且，MOS管本身可以比軸向二極管耐受更大電流。
綜上所述,與傳統(tǒng)二極管以及肖特基二極管相比,使用內(nèi)置MOS旁路技術(shù)為核心的智能模塊，擁有更大電流承載力，更低的功率損耗（肖特基的1/5~1/6，傳統(tǒng)管的1/10），更高的信賴性及使用壽命！
圖4 智能模塊75℃/10A測試溫升曲線圖
在日常建站使用中,由于環(huán)境變化,光照條件變化,負載變化等外在因素,會造成串聯(lián)系統(tǒng)組件中,組件端電壓波動。當單一組件端電壓波動,達到接線盒內(nèi)所使用二極管的門檻電壓（Vf)時,該接線盒就會工作，將該組件旁路掉，從而影響該電池組件正常工作，損失有效發(fā)電量。目前建站使用傳統(tǒng)接線盒作旁路技術(shù)的組件系統(tǒng)，均面臨這種非正常能量損失。這也是目前已建電站發(fā)電能力，達不到額定發(fā)電標準的重要原因。
圖5 光伏電站矩陣示意圖
如上圖所示，當負載電流變化時（充電電流或市網(wǎng)電流波動），組件電流也會發(fā)生相應變化。由于電池片匹配問題，會造成組件端電壓波動，當波動幅度達到接線盒導通門檻電壓時（設(shè)為A），A組件就會被短路，從而損失A組件的輸出功率。由于A組件被短路，整體輸出電壓也會降低。在負載功率不變的情況下，輸出電流會有進一步變化。即電壓持續(xù)下降，電流持續(xù)上升，直到達到最大發(fā)電電流。在串并聯(lián)系統(tǒng)中，當某串聯(lián)組串電壓下降后，根據(jù)并聯(lián)分流理論，該降壓組串將不會再對負載提供電流，從而使該組串能量整體損失！
據(jù)相關(guān)資料報道，以上狀況在大功率光伏發(fā)電應用系統(tǒng)中，時有發(fā)生，直接損失逾億美元。美國國家半導體公司實驗并給出數(shù)據(jù)，表明有10%的陰影將導致整個系統(tǒng)損失總電量的50%。
而我司利用自有專利技術(shù)的電壓監(jiān)控，配合內(nèi)置MOS管，能最大限度的減少非正常能量損失，從而變相提高了有效發(fā)電總量。
附件：原文引自 《太陽能》2011年第7期 ------智能型光伏組件
目前, 光伏系統(tǒng)的安裝服務公司及投資者都希望有關(guān)的設(shè)備（亦即他們的投資項目）可以順利運行25年，而且在整個壽命周期內(nèi)能發(fā)揮最高的效率。但由于組件性能會隨著年月而退化（一般來說組件的性能會以每年0.5%至1.0%的速度逐漸退化），因此光伏系統(tǒng)的用戶一般都會按照線性比率計算某一段時間內(nèi)的系統(tǒng)損耗。事實上，幾乎所有光伏系統(tǒng)都受實際的操作環(huán)境影響，以致其組件性能的衰退速度遠比估計高，令投資回報低于預期。這些影響實際操作的因素包括光伏組件之間的失配、傍路二極管的熱能耗散令組件性能加速退化、以及各種的環(huán)境因素如浮云、污垢及碎片等。為了解決系統(tǒng)效率低落的問題以及確保產(chǎn)品能夠在瞬息萬變的產(chǎn)品市場上脫穎而出，光伏組件生產(chǎn)商都寄望智能集成電路能為他們開辟一條新路。
近幾年來，多家電子設(shè)備供應商相繼在市場上推出獨立式的直流/直流和直流/交流變換的電源管理產(chǎn)品。這種獨立式解決方案的優(yōu)點是可以裝入目前正在使用的太陽能系統(tǒng)中。但事實上, 有意將舊系統(tǒng)升級的用戶不多，若與銷售全新光伏系統(tǒng)的市場比較，升級系統(tǒng)的市場發(fā)展?jié)摿Ρ泔@得微不足道。獨立的電源管理方案有其不足，例如，要添加連接線路、接地回路、外殼和支架，不但增加了成本，線路設(shè)計較復雜，而且安裝時間也更長，而且要為新添產(chǎn)品另外提供質(zhì)保。
越來越多光伏組件的生產(chǎn)商預先將智能電路內(nèi)置于組件內(nèi)，使系統(tǒng)可以充分利用智能電路的優(yōu)點，來提高光伏陣列的整體效率，同時降低了系統(tǒng)壽命周期內(nèi)的總成本。這是一個極具成本效益的解決方案，讓光伏組件生產(chǎn)商可為市場提供不同的選擇。系統(tǒng)壽命周期的總成本是指包括安裝和設(shè)計時間以及所有物料成本在內(nèi)的總成本。換言之，平衡的系統(tǒng)總成本更低意味著，安裝和設(shè)計時間更短，所需的電纜/機架更少，變逆器成本以至光伏系統(tǒng)的分類成本也更低。其實廠商一直要面對來自市場的各種壓力，例如，價格方面的壓力，新增廠商的競爭壓力，而且還要確保自己的產(chǎn)品能夠在市場上脫穎而出，因此廠商都紛紛因應市場的需要將集成電路內(nèi)置于光伏組件內(nèi)。
智慧型太陽能光伏技術(shù)漸趨成熟
新一代的光伏組件 -- 即智能型光伏組件 -- 開始受到市場歡迎。這種光伏組件內(nèi)置智能接線盒，因此可以充分利用模擬電路和電源管理技術(shù), 以及直流/直流電源優(yōu)化器的優(yōu)點。以灝訊集團（HUBER+SUHNER）為例，這是全球最大的接線盒供應商之一，該公司已成功開發(fā)內(nèi)置美國國家半導體SolarMagic?SM3320芯片組的RADOX?SolarBox NS3 接線盒。內(nèi)置集成電路的接線盒可以支持更多功能，相比僅內(nèi)置傍路二極管的接線盒更為優(yōu)勝。智能接線盒采用無縫銜接的設(shè)計，可以輕易裝入光伏組件內(nèi)，以提高光伏組件的性能及發(fā)電量。除了灝訊集團之外，市場上還有Shoals Technologies Group、Onamba和QC Solar 等多家智能接線盒生產(chǎn)商，而且預計陸續(xù)會有更多競爭者進軍這個市場。
智能接線盒供應商的產(chǎn)品都采用各自專有的設(shè)計，以確保系統(tǒng)能充分利用分布式集成電路的優(yōu)點。部分接線盒采用單件式的設(shè)計，亦即由傍路二極管至集成電路的整個單元都置于同一個封閉的盒內(nèi)，并通過一組接線連到下一個光伏組件。這種設(shè)計的優(yōu)點是可以確保系統(tǒng)有極高的穩(wěn)定性，因為所需的元器件及連接器極少。部分接線盒則采用雙單元的設(shè)計，一般來說，這種設(shè)計將帶狀電纜和傍路二極管設(shè)于連接座內(nèi)，與集成電路分開，其優(yōu)點是在現(xiàn)場的系統(tǒng)升級或部件更換時比較容易。
由于市場上有多種智能接線盒可供選擇，因此各大光伏組件生產(chǎn)商都躍躍欲試，希望能在現(xiàn)有的產(chǎn)品之外添加全新的智能型產(chǎn)品系列。尚德公司（Suntech）是全球晶體硅光伏組件領(lǐng)導生產(chǎn)商之一。該公司最近宣布與分布式集成電路的市場領(lǐng)導者美國國家半導體攜手合作，為太陽能產(chǎn)品市場開發(fā)新產(chǎn)品。這個合作計劃已取得成果，推出的分布式集成電路可以提升光伏系統(tǒng)的性能，有助于解決這類系統(tǒng)一直存在的性能問題，而且這是個極具成本效益的解決方案。美國國家半導體SolarMagic技術(shù)的優(yōu)點是可以提高組件的峰值效率（99.5%），為組件提供了三種操作模式（即降壓、升壓及直通模式），以及在光伏組件層面 ( 而不是一列組件)上減少電流及電壓失配問題所產(chǎn)生的不利影響。
智能光伏組件對于生產(chǎn)商的價值所在
光伏組件生產(chǎn)商一直努力降價以提高產(chǎn)品的競爭力，但市場對光伏組件的要求越趨嚴格，例如，要求的更高的發(fā)電量及更高的效率，但若要提升性能便須增加生產(chǎn)及研發(fā)方面的開支，令本已極微的利潤更加微薄。生產(chǎn)商一方面要確保其利潤，另一方面又要降價以滿足市場要求。在這樣的市場壓力之下，太陽能組件生產(chǎn)商便不得不推出擁有獨特個性的產(chǎn)品。目前許多大大小小的光伏組件生產(chǎn)商都在與直流/交流及直流/直流集成電路開發(fā)商合作，希望可以推出各種能源效率更高而又獨具個性的產(chǎn)品。
生產(chǎn)智能型光伏組件的廠商只要采用這個智能電路解決方案，便可安枕無憂，因為生產(chǎn)的每塊光伏電池板必定符合質(zhì)保書上所列的性能。一般來說，廠商保證在最初的10年內(nèi)組件性能不會低于規(guī)定的90%，而且在其后的15年不低于規(guī)定的80%。光伏組件若添加了集成電路，便可發(fā)揮更高的性能。換言之，廠商面對的索賠個案將會減少，因為即使組件功能退化令組件失配，以致發(fā)電量下跌，但添加的集成電路可以提升組件性能，有助于彌補這方面的損失。
智能光伏組件對于安裝公司/系統(tǒng)集成商的價值所在
光伏系統(tǒng)安裝公司面對的主要問題是如何確保利潤符合指標。一般來說，這些安裝公司都屬于較小型的企業(yè)，日常運營幾乎全依靠現(xiàn)金流支持。換言之，每分錢的利潤都與公司的業(yè)務休戚相關(guān)。此外，雖然光伏系統(tǒng)目前的單位發(fā)電成本以每瓦多少美元（US$/W）計，但當光伏系統(tǒng)的單位發(fā)電成本接近傳統(tǒng)電網(wǎng)的發(fā)電成本時，衡量成本的主要標準將會改為每度電多少美元（US$/Wh）計。這是衡量產(chǎn)品質(zhì)量及性能的標準。安裝公司必須為用戶提供發(fā)電效率最高的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，只有這樣，他們才可在市場上生存。
智能型光伏組件的優(yōu)點是以整個壽命周期計的系統(tǒng)總成本較低，使安裝公司及系統(tǒng)集成商可以節(jié)省更多成本，因為安裝這類智能型光伏系統(tǒng)時無需避開可能會阻擋陽光的物體，例如煙囪及障礙物，這樣便可充分利用整個屋頂?shù)目臻g，有助于降低電纜/布線/機架等方面的物料成本，而且還可為用戶提供一個包括各種優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的全方位解決方案。此外，安裝公司也無需避開附近的障礙物或遷就屋頂?shù)膬A斜角度或方向，直接將智能型光伏組件安裝于屋頂?shù)娜魏挝恢?，而且全部安裝工程可以一次完成，無需爬上屋頂多次進行安裝。由于每一塊光伏組件都內(nèi)置智能電路，使串聯(lián)組成的的每列組件數(shù)可以靈活增減，加上采用的MPPT算法可以緩解組件失配問題，因此智能型光伏系統(tǒng)的總體成本較低，使安裝光伏系統(tǒng)的服務公司不但可以獲取更大的利潤，而且還可藉著提高系統(tǒng)的發(fā)電量，使他們的客戶也可從中受惠。
類似美國國家半導體這類公司都不斷研發(fā)新技術(shù)，致力于為系統(tǒng)的性能及穩(wěn)定性創(chuàng)立新的技術(shù)標準，以確保更多業(yè)者會采用分布式集成電路。芯片廠商必須為任何內(nèi)置于光伏組件的集成電路提供與太陽能光伏組件一致的25年維修保證，這是眾所周知的業(yè)界共識。過去50年來，美國國家半導體一直為軍用裝置、航天設(shè)備和汽車電子系統(tǒng)提供各種集成電路，目前的服務范圍更擴大至光伏系統(tǒng)，加上公司的財政穩(wěn)固，而且所經(jīng)營的業(yè)務具有極高的盈利能力，因此有足夠的實力可以為大型的太陽能發(fā)展項目提供支持。一直以來，智能電路被視為光伏系統(tǒng)的脆弱環(huán)節(jié)。但經(jīng)過多年來的發(fā)展，這種技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展成熟，系統(tǒng)的質(zhì)量與可靠性都獲得保證，因為廠商都為其產(chǎn)品提供免費的維護，令智能電路漸受市場歡迎。
光伏系統(tǒng)用戶也可從智能光伏組件中受惠
光伏系統(tǒng)用戶極為關(guān)注兩個重要問題。第一，提供產(chǎn)品的光伏系統(tǒng)安裝公司是否信譽可靠，他們的工程技術(shù)是否符合規(guī)定的質(zhì)量要求；第二，如何盡量提高系統(tǒng)的發(fā)電量，以便減低電費支出，確保投資回報符合當初的估計。目前選購智能型光伏系統(tǒng)的用戶從工程項目開始的一刻起，便可放心相信所安裝的系統(tǒng)必定符合性能規(guī)定，而且每年提供的投資回報也符合要求。一直以來，許多選購光伏系統(tǒng)的用戶都相信，系統(tǒng)一經(jīng)安裝之后其性能及效率可以在隨后的25年內(nèi)保持不變，但在很多情況下, 直到保修期已過了一半，他們才意料地發(fā)覺實際的表現(xiàn)與原先的估計有出入，。造成這個現(xiàn)象的原因很多，例如光伏系統(tǒng)中各光伏組件逐年退化、導線/電纜的效率不斷下降、物料老化和光伏組件之間出現(xiàn)失配等都是引致性能下跌的原因。
智能型光伏系統(tǒng)會不斷調(diào)整一整列內(nèi)或多列光伏組件之間的電流和電壓，以減輕失配造成的影響。用戶可以放心安裝這類智能型光伏系統(tǒng)，因為系統(tǒng)能提高發(fā)電量，而且將kWh計的單位發(fā)電成本降到最低。
尚德、Canadian Solar 和GESOLAR 等公司正在開發(fā)的智能型光伏組件可以提高整套太陽能光伏系統(tǒng)的能源效率，以產(chǎn)品的整個壽命周期計，實際效率甚至可提高25%。更高的能源效率、更少系統(tǒng)故障以及產(chǎn)品具有獨特功能，這些都是光伏組件廠商不斷努力完成的目標。預計2011年第一季上述廠商將在市場上正式推出經(jīng)過認證的智能型光伏組件。
0 條