CN112485527B - 一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法 - Google Patents

一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法，包括以下步骤：获取不同电流承载量的汇流条对应的等效电阻；根据汇流条所在位置进行分类，分析各类汇流条的不同电流汇集方式；对不同电流汇集方式的汇流条进行分段，根据汇流条各分段对应的等效电阻计算结果进行整合，获取各类汇流条等效电阻的阻值；根据三主栅切片光伏组件中各类汇流条数量，计算获取三主栅切片光伏组件汇流条总等效电阻值。本发明准确计算汇流条部分电学损失，为进一步研究新型组件的发电性能，降低功率损失，提高发电量提供理论支持。

Description

一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法。
背景技术
太阳电池、光伏组件的基本材料性能和结构尺寸参数是电池和组件性能的直接决定因素。因此，从理论上研究这些参数的算法，并与电池和组件的电性能参数计算关联起来建立模型，实现预测，对于其发电原理的研究与性能提升的优化具有重要意义。
目前，不少的研究人员关注了光伏组件汇流条电阻的计算方法，但多数是关于传统的整片电池两分体结构组件的计算，而对于切片电池三分体结构组件的研究较少，那么对于三分体新型切片组件汇流条电阻的研究具有新颖性。
发明内容
为了克服现有技术上的不足，本发明提供了一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法，准确计算汇流条部分电学损失。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法，包括以下步骤：
获取不同电流承载量的汇流条对应的等效电阻；
根据汇流条所在位置进行分类，分析各类汇流条的不同电流汇集方式；
对不同电流汇集方式的汇流条进行分段，根据汇流条各分段对应的等效电阻计算结果进行整合，获取各类汇流条等效电阻的阻值；
根据三主栅切片光伏组件中各类汇流条数量，计算获取三主栅切片光伏组件汇流条总等效电阻值。
进一步的，所述不同电流承载量的汇流条对应的等效电阻，包括：
不同电流承载量的汇流条对应的等效后的电阻分别为：
I类等效电阻：
Figure BDA0002770154880000021
II类等效电阻：
Figure BDA0002770154880000022
Ⅲ类等效电阻：
Figure BDA0002770154880000023
Ⅳ类等效电阻：
Figure BDA0002770154880000024
Ⅴ类等效电阻：
Figure BDA0002770154880000025
Ⅵ类等效电阻：
Figure BDA0002770154880000026
其中：ρcr为汇流条电阻率，D为电池串的串间距，Cx为单片电池片长度，A为单片电池片的面积。
进一步的，所述汇流条按照所处位置分为边界汇流条、中间短汇流条和中间长汇流条三类。
进一步的，所述对不同电流汇集方式的汇流条进行分段，根据汇流条各分段对应的等效电阻计算结果进行整合，获取各类汇流条等效电阻的阻值，包括：
边界汇流条由2段承载1/3切片组件单片电池总电流的汇流条段，2段承载2/3切片组件单片电池总电流的汇流条段和2段承载切片组件单片电池总电流的汇流条段组成，因此边界汇流条的等效电阻看作2段I类等效电阻、2段II类等效电阻和2段Ⅲ类等效电阻的叠加；
边界汇流条等效电阻计算式为：
Figure BDA0002770154880000031
其中：Rcrb为边界汇流条等效电阻，W为汇流条横截面宽度、T为汇流条横截面厚度；
所述的中间短汇流条由1段承载2/3切片组件单片电池总电流的汇流条段，1段承载4/3切片组件单片电池总电流的汇流条段组成，因此中间短汇流条的等效电阻可以看作1段Ⅳ类等效电阻和1段Ⅴ类等效电阻的叠加；
中间短汇流条等效电阻计算式为：
Figure BDA0002770154880000032
其中：Rcrz1为中间短汇流条等效电阻；
所述的中间长汇流条由2段承载2/3切片组件单片电池总电流的汇流条段，2段承载4/3切片组件单片电池总电流的汇流条段和2段承载2倍切片组件单片电池总电流的汇流条段组成，因此中间长汇流条的等效电阻可以看作2段Ⅳ类等效电阻、2段Ⅴ类等效电阻和2段Ⅵ类等效电阻的叠加；
中间长汇流条等效电阻计算式为：
Figure BDA0002770154880000041
其中：Rcrz2为中间长汇流条等效电阻。
进一步的，所述三主栅切片光伏组件中各类汇流条数量为：
所述的三主栅切片光伏组件汇流条共有6条边界汇流条、2条中间短汇流条和2条中间长汇流条。
进一步的，所述计算获取三主栅切片光伏组件汇流条总等效电阻值，包括：
三主栅切片光伏组件汇流条等效电阻由6倍边界汇流条电阻、2倍中间短汇流条电阻与2倍中间长汇流条电阻叠加而成；
三主栅切片光伏组件汇流条总等效电阻计算式为：
Figure BDA0002770154880000042
其中，Rcr为三主栅切片光伏组件汇流条总等效电阻。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明方法将三主栅切片光伏组件的汇流条进行分类，根据各段汇集的实际电流分别计算电阻，再根据实际汇流条的结构与数量计算三主栅切片光伏组件汇流条电阻值。准确计算汇流条部分电学损失，为进一步研究新型组件的发电性能，降低功率损失，提高发电量提供理论支持。
附图说明
图1为三主栅切片光伏组件电流汇聚方式示意图；
图2为切片光伏组件背面三分体结构示意图；
图3为三主栅切片组件汇流条结构模型图；
图4为三主栅切片组件边界汇流条电流承载示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图3所示，三主栅切片光伏组件是一种典型的三分体式光伏组件，主要分为整片串联结构以及半片串并联结构，对于采用电池切半技术的半片组件，电池电路结构为上下两部分，如图1示所示，上下两部分的电池串与常规整片组件相同，均为串联结构，而上、下两部分为并联关系(通过中间汇流条连接实现)。端子引出线在中间汇流条的左、右两边将正、负极分别引出，引出接线端子与接线盒装配，但接线盒并不引出电极，只起到电路连接和电路保护的作用，汇流条电阻的计算不需要考虑与接线盒之间的影响关系。
在本专利中，根据不同组件的结构特征，把“整片光伏组件”也称为“单线盒式光伏组件”，“三主栅切片光伏组件”也称为“三分体光伏组件”。多次提及“整片光伏组件”，是为了凸显“三主栅切片光伏组件”电流关系与常规的“整片光伏组件”之间的差异。
如图1所示，12片电池片串联组成电池串，三主栅切片组件的每片电池片包含3条主栅线、组件中包含144片半片电池，图3显示了组件上、中两处的结构与连接方式，加粗部分为端子引出线。由于下汇流条与上汇流条的结构完全相同，模型省略了下汇流条的结构。三主栅切片光伏组件汇流条分为边界汇流条、中间短汇流条与中间长汇流条三种。
不同位置电流的不同将导致计算功率损耗时每个位置消耗的功率均不同，如果直接使用电阻率进行电阻的计算能够直接得到汇流条电阻，但所求值不便于功率损耗的计算，因此，在本发明中，汇流条电阻不是其本身的真实电阻，是运用等效转化的方法，将电流在汇流条上的汇集过程近似为线性变化，汇流条上的电流也随着该过程而线性增长，如此推导得到的。
对于普通的整片光伏组件(未切片组件)，各位置处焊带电流的承载情况是：I分段汇流条只能接收到电池片上三根焊带中的一根所传递的电流，因此该部分只能承载电池片全部电流Impp(最大工作电流)的三分之一；同理，II分段接收由两根焊带产生的电流，此可以承载电池片全部Impp的三分之二；而Ⅲ分段位于整个电池片电流流通方向的末端，承载的是电池片完整的Impp。这里的I、II、III分段和下面的I、II、III类都位于组件的相同位置。这两种组件的切片类型和串并联方式不同，但是组件里面电池整***置排布是一样的。
对于三主栅切片光伏组件，电路的连接形式不同导致等效电阻转化方法不同，单片电池片所提供的总电流由于并联关系的加入将变为单线盒式组件单片电池Impp的一半，参见图4所示，是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处的放大图，更清晰的展示各个分段的电流承载关系。于是，等效后的三段电阻就变为为：(1/6)2×R、(2/6)2×R、R/4。
电阻计算的理论式为：
P＝I2R
R＝ρL/A
Figure BDA0002770154880000061
其中：P：功率，I：实际电流，R：实际电阻，R等效：等效电阻；L：电阻长度；A：电阻横截面积；ρ：电阻率。
本发明中计算的是等效电阻，等效电阻的计算就是通过以上三个公式之间的关系得到的：由P＝I2R、R＝ρL/A，那么就可以推导出P＝I2ρL/A，最后等效电阻就是R＝P/Impp 2＝(I2ρL/A)/Impp 2。这里的I就是实际承载电流值，即为本发明中描述的承载电流占电池片全部Impp的比例值，I和Impp的关系是将汇流条各分段电流的不同等效为不同电阻阻值的关键。
本发明的一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法，参见图1所示，包括以下过程：
步骤S1，根据汇流条所在位置进行分类，分析各类汇流条的不同电流汇集方式。
三主栅切片光伏组件连接方式为串并联结构，参见图1所示，组件汇流条按照所处位置分为边界汇流条、中间短汇流条和中间长汇流条三类。其中，参见图1中矩形框起来的光伏组件的上下部分完全相同，这些电池片串联，边界汇流条位于光伏组件的上、下部的边界(图1中圈起来部分)，且上下两部分的边界汇流条完全一致；中间汇流条位于组件的中部，即上、下两部分的连接通过中间汇流条并联，中间短汇流条位于两侧，中间长汇流条位于中部。
步骤S2，对不同电流汇集方式的汇流条进行分段，获取不同电流承载量的汇流条的各个分段对应的等效电阻。
所述三主栅切片光伏组件的单片电池片所提供的总电流为单线盒式组件单片电池总电流的一半；而中间汇流条承接了上下两部分并联电池串传递的电流，所以承载的总电流与单线盒式组件单片电池总电流相同。按照汇流条的实际电流承载量进行分类，分为I,II,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ类，I类承载三主栅切片光伏组件单片电池片所提供的总电流的1/3；II类承载三主栅切片光伏组件单片电池片所提供的总电流的2/3；Ⅲ类承载三主栅切片光伏组件单片电池片所提供的总电流，Ⅳ类、Ⅴ类、Ⅵ类承载的电流量分别为I、II、Ⅲ类的2倍。从结果上看，II和IV是一样的电流，也就是两个2/3，他们是因为电流汇集形式不同而做的区分，就是说II和IV都是2/3，但是造成这两个2/3产生的原因不同。II是一片电池的两根焊带汇集成的2/3，而IV是由它上下两片电池的两根焊带汇集而成的2/3。
汇流条的计算单元按照其承载电流量进行分类，分别计算出边界汇流条、中间短汇流条、中间长汇流条的阻值再根据汇流条的数量进行叠加，即可计算出组件汇流条理论电阻值。
不同电流承载量的汇流条对应的等效后的电阻分别为：
I类等效电阻：
Figure BDA0002770154880000081
II类等效电阻：
Figure BDA0002770154880000082
Ⅲ类等效电阻：
Figure BDA0002770154880000083
Ⅳ类等效电阻：
Figure BDA0002770154880000084
Ⅴ类等效电阻：
Figure BDA0002770154880000091
Ⅵ类等效电阻：
Figure BDA0002770154880000092
其中：ρcr为汇流条电阻率，D为电池串的串间距，Cx为单片电池片长度，A为单片电池片的面积。
步骤S3，根据汇流条各分段对应的等效电阻计算结果进行整合，获取各类汇流条等效电阻的阻值。
所述的边界汇流条由2段承载1/3切片组件单片电池总电流的汇流条段，2段承载2/3切片组件单片电池总电流的汇流条段和2段承载切片组件单片电池总电流的汇流条段组成，因此边界汇流条的等效电阻可以看作2段I类等效电阻、2段II类等效电阻和2段Ⅲ类等效电阻的叠加。
边界汇流条等效电阻计算式为：
Figure BDA0002770154880000093
其中：Rcrb为边界汇流条等效电阻，W为汇流条横截面宽度、T为汇流条横截面厚度。由于汇流条本身结构尺寸不受组件版型、内部电路连接方式的影响，因此其横截面均为矩形截面，长、短汇流条以及三分体结构中的汇流条电阻计算可以统一使用W*T作为横截面积A的计算公式。
所述的中间短汇流条由1段承载2/3切片组件单片电池总电流的汇流条段，1段承载4/3切片组件单片电池总电流的汇流条段组成，因此中间短汇流条的等效电阻可以看作1段Ⅳ类等效电阻和1段Ⅴ类等效电阻的叠加。Ⅳ类和Ⅴ类都是接收的上下两片电池的电流，中间短汇流条也是这样的电流汇集模式，所以要用Ⅳ类和Ⅴ类来进行描述。
中间短汇流条等效电阻计算式为：
Figure BDA0002770154880000101
其中：Rcrz1为中间短汇流条等效电阻。
所述的中间长汇流条由2段承载2/3切片组件单片电池总电流的汇流条段，2段承载4/3切片组件单片电池总电流的汇流条段和2段承载2倍切片组件单片电池总电流的汇流条段组成，因此中间长汇流条的等效电阻可以看作2段Ⅳ类等效电阻、2段Ⅴ类等效电阻和2段Ⅵ类等效电阻的叠加。
中间长汇流条等效电阻计算式为：
Figure BDA0002770154880000102
其中：Rcrz2为中间长汇流条等效电阻。
步骤S4，根据各类汇流条的等效电阻和切片光伏组件中各类汇流条数量，计算获取三主栅切片光伏组件汇流条总等效电阻值。
所述的三主栅切片光伏组件汇流条共由6条边界汇流条、2条中间短汇流条和2条中间长汇流条组成，则三主栅切片光伏组件汇流条等效电阻由6倍边界汇流条电阻、2倍中间短汇流条电阻与2倍中间长汇流条电阻叠加而成。
三主栅切片光伏组件汇流条总等效电阻计算式为：
Figure BDA0002770154880000111
本发明方法将三主栅切片光伏组件的汇流条进行分类，根据各段汇集的实际电流分别计算电阻，再根据实际汇流条的结构与数量计算三主栅切片光伏组件汇流条电阻值。
当组件为确定的三主栅切片光伏组件(包含玻璃背板三主栅切片组件、双面双玻三主栅切片组件、单面三主栅切片组件)时，即可确定汇流条电阻率，单片电池片长度、汇流条横截面宽度和汇流条横截面厚度，根据这些给定参数，带入公式(4)可以计算出三主栅切片光伏组件汇流条电阻，为分析组件的电学性能提供理论支持。
本发明计算方法适用于所有切片光伏组件汇流条电阻的计算，不局限于三主栅，专利中只是以三主栅进行算法讲解，多主栅情况原理都是相通的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法，其特征是，包括：
获取不同电流承载量的汇流条对应的等效电阻；
根据汇流条所在位置进行分类，分析各类汇流条的不同电流汇集方式；
对不同电流汇集方式的汇流条进行分段，根据汇流条各分段对应的等效电阻计算结果进行整合，获取各类汇流条等效电阻的阻值；
根据三主栅切片光伏组件中各类汇流条数量，计算获取三主栅切片光伏组件汇流条总等效电阻值。
2.根据权利要求1所述的一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法，其特征是，所述不同电流承载量的汇流条对应的等效电阻，包括：
不同电流承载量的汇流条对应的等效后的电阻分别为：
I类等效电阻：
Figure FDA0003788305570000011
II类等效电阻：
Figure FDA0003788305570000012
Ⅲ类等效电阻：
Figure FDA0003788305570000021
Ⅳ类等效电阻：
Figure FDA0003788305570000022
Ⅴ类等效电阻：
Figure FDA0003788305570000023
Ⅵ类等效电阻：
Figure FDA0003788305570000024
其中：ρcr为汇流条电阻率，D为电池串的串间距，Cx为单片电池片长度，A为单片电池片的面积。
3.根据权利要求2所述的一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法，其特征是，所述汇流条按照所处位置分为边界汇流条、中间短汇流条和中间长汇流条三类。
4.根据权利要求3所述的一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法，其特征是，所述对不同电流汇集方式的汇流条进行分段，根据汇流条各分段对应的等效电阻计算结果进行整合，获取各类汇流条等效电阻的阻值，包括：
边界汇流条由2段承载1/3切片组件单片电池总电流的汇流条段，2段承载2/3切片组件单片电池总电流的汇流条段和2段承载切片组件单片电池总电流的汇流条段组成，因此边界汇流条的等效电阻看作2段I类等效电阻、2段II类等效电阻和2段Ⅲ类等效电阻的叠加；
边界汇流条等效电阻计算式为：
Figure FDA0003788305570000031
其中：Rcrb为边界汇流条等效电阻，W为汇流条横截面宽度、T为汇流条横截面厚度；
所述的中间短汇流条由1段承载2/3切片组件单片电池总电流的汇流条段，1段承载4/3切片组件单片电池总电流的汇流条段组成，因此中间短汇流条的等效电阻可以看作1段Ⅳ类等效电阻和1段Ⅴ类等效电阻的叠加；
中间短汇流条等效电阻计算式为：
Figure FDA0003788305570000032
其中：Rcrz1为中间短汇流条等效电阻；
所述的中间长汇流条由2段承载2/3切片组件单片电池总电流的汇流条段，2段承载4/3切片组件单片电池总电流的汇流条段和2段承载2倍切片组件单片电池总电流的汇流条段组成，因此中间长汇流条的等效电阻可以看作2段Ⅳ类等效电阻、2段Ⅴ类等效电阻和2段Ⅵ类等效电阻的叠加；
中间长汇流条等效电阻计算式为：
Figure FDA0003788305570000041
其中：Rcrz2为中间长汇流条等效电阻。
5.根据权利要求4所述的一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法，其特征是，所述三主栅切片光伏组件中各类汇流条数量为：
所述的三主栅切片光伏组件汇流条共有6条边界汇流条、2条中间短汇流条和2条中间长汇流条。
6.根据权利要求5所述的一种三主栅切片光伏组件汇流条电阻计算方法，其特征是，所述计算获取三主栅切片光伏组件汇流条总等效电阻值，包括：
三主栅切片光伏组件汇流条等效电阻由6倍边界汇流条等效电阻、2倍中间短汇流条等效电阻与2倍中间长汇流条等效电阻叠加而成；
三主栅切片光伏组件汇流条总等效电阻计算式为：
Figure FDA0003788305570000042
其中，Rcr为三主栅切片光伏组件汇流条总等效电阻。
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