專利名稱:用于發(fā)電的太陽能系統(tǒng)的制作方法
用于發(fā)電的太陽能系統(tǒng)
相關(guān)申請的交叉引用
本申請根據(jù)35USC119(e)要求2010年I月23日提交的美國臨時申請61/297，747的權(quán)益，將其通過引用以其全部內(nèi)容結(jié)合在此。
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種太陽能發(fā)電裝置并且更具體地涉及為了將太陽能陣列的電力產(chǎn)生最大化而改進的、具有十字網(wǎng)絡(luò)構(gòu)型的太陽能發(fā)電裝置，其中這些太陽能電池通常被至少部分遮蔽。
發(fā)明背景
光伏電池被光伏用于多種應(yīng)用中以產(chǎn)生方便的電力。典型地，單一的太陽能電池產(chǎn)生約0.5V的輸出電壓，而多個電池、典型地是硅基的電池，常規(guī)地被串聯(lián)連接而提供更高的電壓水平。參見圖la，常規(guī)地將多個太陽能電池22串聯(lián)連接而形成太陽能電池22的一個“串聯(lián)單元”26，其中多個串聯(lián)單元26可以串聯(lián)地互連而形成一個串聯(lián)單元串(string)28，以便在太陽能陣列模塊20中獲得所希望的輸出電壓。每個串聯(lián)單元26可以包括一個或多個電池并且被一個旁路二極管25所保護，該旁路二極管是被加入來繞過局部問題，例如污物、陰天遮蔽、其他部分遮蔽或以其他方式無法工作的電池。
串聯(lián)連接的太陽能電池22遭遇以下缺點:
a)太陽能電池22可能由于在一個或多個模塊上的遮蔽和/或累積的污物而遭受至少部分的光遮擋。在部分被遮蔽的電池中產(chǎn)生的電功率大大減小。該電池產(chǎn)生的電流與光強度的降低成比例地減小。旁路二極管25能夠使電流流動但不能補償由所繞過的串聯(lián)單元26損失的功率。典型地，二極管25上的電壓降是約0.25V。
b)典型地，太陽能陣列模塊20對于可能在另一個太陽能陣列模塊20中形成的反向擊穿電壓是敏感的。二極管27防止了該太陽能陣列模塊的擊穿。二極管27還防止了太陽能陣列模塊的輸出短路。
c)太陽能電池22之間的不等同性也導(dǎo)致了功率損失。
在一個不例性安排中，對于額定的30伏特娃太陽能陣列模塊發(fā)電系統(tǒng),將約60個電池串聯(lián)連接而產(chǎn)生30伏特的輸出。通常，將多個旁路二極管置于多組電池上，例如每個二極管5-20個電池而不是每個電池一個旁路二極管，以降低成本。與旁路二極管串聯(lián)連接的電池已被證明在許多光伏應(yīng)用中是有效的。
還參見圖lb，這是一個示意性框圖，示出了在常規(guī)的太陽能模塊20的輸出保護串聯(lián)二極管上的電壓降。
此外:
Vout=Vp-Vds [V] (2)
其中Vrat是該模塊產(chǎn)生的總電壓，包括了在串聯(lián)二極管27上的電壓降。這個電壓降可能是模塊附加功率損失的原因。
實際上，使用兩個串聯(lián)電連接的二極管以便避免二極管擊穿電壓。如果一個串聯(lián)單元26中的電池因任何原因出現(xiàn)故障，則由整個串聯(lián)單元26產(chǎn)生的功率受損失。該模塊產(chǎn)生的功率計算如下:
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)電的太陽能系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一個或多個太陽能陣列模塊，其中所述一個或多個太陽能陣列模塊各自包括: a.多個太陽能電池， 其中將預(yù)設(shè)數(shù)目的所述太陽能電池進行串聯(lián)電連接而形成一個串聯(lián)單元串，以促使所述串聯(lián)單元串產(chǎn)生第一輸出電壓水平； 其中將預(yù)設(shè)數(shù)目的所述串聯(lián)單元串進行并聯(lián)電連接而形成所述太陽能電池的一個陣列，以促使所述太陽能電池的所述陣列產(chǎn)生第一輸出功率水平； 其中在每個所述 串聯(lián)單元串中，所述串聯(lián)單元串之一的至少一個選定的太陽能電池還并聯(lián)地電連接至所有其他串聯(lián)單元串的對應(yīng)的太陽能電池上，以形成太陽能電池的一個十字矩陣陣列；并且 其中所述太陽能電池的十字矩陣陣列允許電流繞過故障電池，由此改進該系統(tǒng)的性能；以及 b.一個高效的DC至DC功率轉(zhuǎn)換器，該功率轉(zhuǎn)換器被電連接至所述太陽能電池的十字矩陣陣列上，所述功率轉(zhuǎn)換器被配置成將所述第一輸出電壓水平升高至高于所述第一輸出電壓水平的第二輸出電壓水平， 其中所述第一輸出電壓水平不足以滿足預(yù)定的工作電壓水平要求。
2.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，在每個所述串聯(lián)單元串中，每個太陽能電池還并聯(lián)地電連接至所有其他串聯(lián)單元串的對應(yīng)的太陽能電池上，以形成所述太陽能電池的十字矩陣陣列。
3.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，所述第二輸出電壓水平基本上足以滿足所述預(yù)定的工作電壓水平要求。
4.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，每個所述串聯(lián)單元串由相同數(shù)目的所述串聯(lián)電連接的太陽能電池組成。
5.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中所述功率轉(zhuǎn)換器包括多個快速MOSFET晶體管，用于交替地將一個變壓器的初級線圈中的相反側(cè)連接到一個DC源上，并且其中所述這些快速MOSFET晶體管的運行工作周期是恒定的并且略小于50%。
6.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中將預(yù)設(shè)數(shù)目的太陽能陣列模塊進行串聯(lián)電連接而形成一個太陽能陣列模塊串，其中所述太陽能陣列模塊的陣列產(chǎn)生了第三輸出電壓水平。
7.如權(quán)利要求
6所述的系統(tǒng)，其中，所述第三輸出電壓水平基本上足以滿足所述預(yù)定的工作電壓水平要求。
8.如權(quán)利要求
6所述的系統(tǒng)，其中將預(yù)設(shè)數(shù)目的所述太陽能陣列模塊串進行并聯(lián)電連接而形成一個太陽能陣列模塊的陣列，其中所述太陽能陣列模塊的陣列產(chǎn)生了第三輸出功率水平。
9.如權(quán)利要求
8所述的系統(tǒng)，其中，所述第三輸出功率水平基本上足以滿足預(yù)定的工作功率水平要求。
10.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中所述功率轉(zhuǎn)換器包括: a.一個平面變壓器，該平面變壓器包括: .1.一個鐵磁內(nèi)芯，其中在所述鐵磁內(nèi)芯的相反末端處形成了兩個窗口開口 ；.11.一個初級線圈；ii 一個次級線圈； iv.輸入線圈導(dǎo)線；以及 V.輸出線圈導(dǎo)線； b.一個輸入印刷電路，其中在所述印刷電路板中形成了多個接收孔，從而有助于直接電連接到所述輸入線圈導(dǎo)線上；以及 c.一個輸出印刷電路，其中在所述輸出印刷電路中形成了多個接收孔，從而有助于直接電連接至所述輸出線圈導(dǎo)線上，其中所述輸入印刷電路和所述輸出印刷電路對應(yīng)地布置在所述鐵磁內(nèi)芯的所述窗口開口處，以便由此使從所述初級線圈和所述次級線圈相應(yīng)地到所述輸入印刷電路和所述輸出印刷電路的布線長度最小化。
11.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中，每個所述太陽能陣列模塊進一步包括一個次級的、低功率的太陽能電池陣列，用于啟動所述DC至DC功率轉(zhuǎn)換器。
12.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中所述功率轉(zhuǎn)換器包括一個正傳導(dǎo)墊和一個負傳導(dǎo)墊，并且其中每個所述串聯(lián)單元串單獨地連線到所述正傳導(dǎo)墊和所述負傳導(dǎo)墊上。
13.一種用于發(fā)電的太陽能系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一個或多個太陽能陣列模塊，其中所述一個或多個太陽能陣列模塊各自包括: a.多個太陽能電池， 其中將預(yù)設(shè)數(shù)目的所述太陽能電池進行串聯(lián)電連接而形成一個串聯(lián)單元串，以促進所述串聯(lián)單元串產(chǎn)生第一輸出電壓水平；并且 其中將預(yù)設(shè)數(shù)目的所述串聯(lián)單元串進行并聯(lián)電連接而形成所述太陽能電池的一個陣列，以促進所述太陽能電池的所述陣列產(chǎn)生第一輸出功率水平；以及 b.一個高效的DC至DC功率轉(zhuǎn)換器，該功率轉(zhuǎn)換器被電連接至所述太陽能電池的十字矩陣陣列上，所述功率轉(zhuǎn)換器被配置成將所述第一輸出電壓水平升高至高于所述第一輸出電壓水平的第二輸出電壓水平， 其中所述第一輸出電壓水平不足以滿足預(yù)定的工作電壓水平要求；并且 其中每個所述太陽能陣列模塊進一 步包括一個次級的、低功率的太陽能電池陣列，用于啟動所述DC至DC功率轉(zhuǎn)換器。
專利摘要
本實用新型涉及一種用于發(fā)電的太陽能系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個或多個太陽能陣列模塊，其中該一個或多個太陽能陣列模塊各自包括多個太陽能電池以及一個高效的DC至DC功率轉(zhuǎn)換器。該多個太陽能電池被排列成并聯(lián)電連接的多個串聯(lián)單元串，從而形成了十字矩陣的太陽能電池陣列，該矩陣允許電流繞過故障電池，由此改進該系統(tǒng)的性能。該功率轉(zhuǎn)換器包括快速MOSFET晶體管，這些晶體管具有運行上恒定并且?guī)缀鯙?0%的工作周期。任選地，該功率轉(zhuǎn)換器包括一個正傳導(dǎo)墊和一個負傳導(dǎo)墊，這些串聯(lián)單元串各自單獨連線到該正傳導(dǎo)墊和負傳導(dǎo)墊上。
文檔編號H01L31/00GKCN203026514 U發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 201190000272
公開日2013年6月26日 申請日期2011年1月23日
發(fā)明者鮑里斯·瓦特馬凱爾 申請人:索拉瓦特有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan