摘要：光伏发电与建筑结合是现在节能增效的追求，本文叙述了光伏在建筑领域应用的背景及现有技术出现的问题，详细阐述了一种新型的BIPV幕墙用无热斑中空组件的设计方案，说明了该设计的特点优势，具有广泛的市场应用前景。
关键词：幕墙；无热斑；中空；光伏发电；设计
引言
光伏发电与建筑相结合，不仅具有节能环保的功能，而且外形美观时尚。太阳能光伏发电系统的核心部件是光伏组件，系统由若干数量的光伏组件串联或并联构成，而光伏组件又是由若干单体光伏电池片串联或并联构成的，光伏组件的电性能优劣对整个光伏发电系统的功率输出起到最为至关重要的作用。常规光伏组件一般采用单面受光的封装结构，光伏组件背部采用聚合物背板或者玻璃作为封装材料。中空光伏组件是将一片双玻光伏组件和普通玻璃，使用高强度高气密性复合粘结剂，将玻璃片与内含干燥剂的铝合金框架粘结，制成的高效能隔音隔热玻璃。
1 技术背景
随着光伏在建筑领域的普及使用，不少花园别墅建筑的业主经济富足，思想意识先进，追求高品质生活，希望将光伏应用于光伏别墅建筑，满足发电的同时，还希望建筑物周围绿植环绕，鲜花掩映，由于光伏组件的产品发电特性，组件的局部不允许被遮挡，出现阴影区域，被遮挡的部分不仅会造成功率损失，也会导致被遮挡的光伏组件局部发热，对光伏组件的本身造成不可恢复的损害，为了满足这种不可避免有遮挡的建筑物场景的光伏组件的应用，光伏组件的热斑效应必须消除，或者降低到最低，使热斑效应产生的直接或者间接损害作用降低到最低。
2 现有技术
针对热斑效应，目前大多是在光伏组件通过在组件上将一个旁路肖特基二极管集成在光伏组件的接线盒内，其PN结结构与组件内光伏电池片形成反向偏置并联结构，起到旁路导通作用。这样如果光伏组件表面发电区域被遮挡出现热斑效应时，就会被旁路二极管并联保护，接线盒中的肖特基二极管将作为整串组件串中剩余未被遮挡的光伏组件电流通过的旁路径，从而起到了电流导通作用。
但是，这种防热斑效应的方式仍有很大缺陷，接线盒只能为一块光伏电池片组工作，并不是为光伏组件中的每块单体光伏电池片工作，当一块光伏组件中若干光伏电池被同时遮挡时，会导致整块光伏组件的电流输出降低，旁路二极管的作用只起到了不让这块光伏组件影响整个光伏系统，并不是针对所有单体光伏电池片起到百分百旁路导通作用；同时在高温环境使用时，光伏组件正常发电过程中光伏电池片区域的温度会升高，导致光伏组件的功率输出下降。如果这样较长时间的集中发热，会对对周围的结构及材料特性造成影响，间接的破坏作用仍会影响系统的整体效率及稳定性。
还有，现有光伏组件通过使用带有旁路肖特基二极管的接线盒防止热斑效应的发生，常规的二极管在电子产品中，正向性能较好，在光伏组件的二极管应用中，更注重反向性能，而肖特基二极管最大的缺点就是其反向偏压较低，温度越高反向漏电流越大，二极管产生的热量也越大，所以容易热失控导致击穿。目前光伏电站上，光伏组件出现的不良有70%以上是因为二极管反向性能不好，漏电流较大导致二极管发热击穿，甚至引起接线盒烧毁，大大地降低了光伏组件的使用寿命。
3 方案设计
3.1技术方案
BIPV幕墙用无热斑效应中空光伏组件包括双玻光伏组件、背面玻璃以及设置在双玻光伏组件与背面玻璃之间的内含干燥剂的封边条，双玻光伏组件包括依次经层压封装而成的正面玻璃、串联相接的光伏电池片和内层玻璃，内层玻璃与背面玻璃之间形成中空腔，内层玻璃与内含干燥剂的封边条通过复合粘结剂气密封，背面玻璃与内含干燥剂的封边条通过复合粘结剂气密封；对应光伏电池片上下边缘的内层玻璃上开设有多对用于对内层玻璃结构应力进行栅格状均匀分解且能够及时对光伏电池片发电时产生的热量进行散热的圆孔，每个圆孔内均嵌装一按扣式母座，上下相对的一组圆孔内配装有用于避免光伏组件热斑效应的按扣式二极管，多个按扣式二极管分别与同一光伏电池片反向偏置并联。内层玻璃上的圆孔对应用于连接相邻光伏电池片的栅线设置。
本无热斑效应的中空光伏组件背板采用表面打有圆孔阵列的钢化玻璃封装，层压封装之前按照设定的布局位置固定好组件的电池串，通过按扣式二极管固定端子按压到栅线，再把按扣式母座按压到背部的圆孔里，作为内部光伏电池片与背部二极管电气连接的引出端，这个孔径除了具有引出接线端子的功能，还具有对光伏电池片的散热功能，孔阵列结构能够对钢化玻璃应力结构分解，减少受热不均匀受热导致的自爆现象的发生。
图1 俯视图 图2部分局部放大图
其中：1、正面玻璃，2、光伏电池片，3、内层玻璃，4、中空腔，5、背面玻璃，6、内含干燥剂的封边条，7、圆孔，8、按扣式二极管，9、按扣式母座。
3.2特点
本设计产品结构简单、设计合理，通过在内层玻璃上有规律地开设多对圆孔以及将多个规格相同的按扣式二极管反向偏置在同一光伏电池板上的方式，使得当光伏电池片局部被遮挡产生热斑效应时，只损失被遮挡的光伏电池片功率，其它未被遮挡的光伏电池片的功率输出不受影响，且每个二极管承担的电流减少，相当于二极管降额使用，使得二极管产生的热量对光伏组件材料特性的影响降低到较小的程度。
圆孔的设置能够对内层玻璃产生的结构应力进行栅格状均匀分解，减少光伏组件玻璃因受热不均匀而发生自爆的现象；同时还可作为光伏电池片与按扣式二极管电气连接的引出通道；除此之外，还能够提供光伏组件发热时的散热路径，避免了热量的累积，及时对光伏电池片发电时产生的热量进行散热，能够降低光伏组件的热功率损失，提高光伏组件的整体发电效率。
4结束语
热斑效应的中空光伏组件适用于光伏组件使用不可避免会出现遮挡的场合，能够在当热斑现象发生时，背部的二极管阵列能够精确及时旁路被遮挡的电池片局部，只损失被遮挡的最小面积电池片功率，其它电池片的功率输出不受影响，最大限度的减少光伏组件的功率损失。
论文作者:高含
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
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