專利名稱：平板光伏組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及光伏(“PV”;ph0t0V0ltaiC)系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明的實施例 涉及適于在非均勻光照條件下操作的PV組件。
背景技術(shù)：
通常用在PV組件中的太陽能收集器有兩種主要類型，包括硅和薄膜，太陽能收集 器通常由PV電池構(gòu)成。硅是目前主要使用的技術(shù)，一般可實現(xiàn)為封裝在透明玻璃前板后方 的單晶硅或多晶硅電池。薄膜技術(shù)因其效率低而不如硅技術(shù)那樣廣為普及，但由于其成本 較低也受到歡迎。目前，太陽能行業(yè)正在尋找方法來降低由PV組件所產(chǎn)生的每單位能量的成本。一 種降低每單位能量的成本的方法是增加PV組件暴露于太陽能下的時間。例如，可以在整日 和/或整年中調(diào)整PV組件相對于太陽的方向。在整日和/或整年中調(diào)整PV組件相對于太 陽的方向需要可調(diào)節(jié)的支架系統(tǒng)，所述支架系統(tǒng)價格昂貴和/或由于具有在PV組件的壽命 內(nèi)容易失效的部件而變得復(fù)雜。另一種降低PV組件的每單位能量的成本的方法是降低PV組件的太陽能收集器密 度，并且將入射到PV組件上的太陽能聚集到其余太陽能收集器上。然而，現(xiàn)有技術(shù)的PV組 件通常對與反射器系統(tǒng)有關(guān)的非均勻光照條件很敏感，并且在該非均勻光照條件條件下運 行欠佳。另外，現(xiàn)有技術(shù)的PV組件有時將諸如功率逆變器的電子設(shè)備與PV組件結(jié)合在一 起。與現(xiàn)有技術(shù)的PV組件結(jié)合在一起的功率逆變器和其它電子設(shè)備通常要調(diào)整尺寸和形 狀，以便在PV組件的背面安裝電子設(shè)備。結(jié)果，需要用飛線(flying lead)來連接電子設(shè) 備和PV組件。功率逆變器和其它電子設(shè)備還會顯著地增加PV組件的成本，而且容易失效。替代地或附加地，與PV組件結(jié)合使用的電子設(shè)備可能具有例如在幾千瓦量級上 的大功率要求，使飛線具有載有高達(dá)600伏電壓，這種電壓會對居民用電構(gòu)成巨大的安全 隱患。通常，這些類型的大功率電子部件和設(shè)備與消費類電子相比在全球電子市場中的需 求相對較低，并且不是大量生產(chǎn)。另外，這些大功率電子設(shè)備可以包括相對高成本和低可靠 性且低銷量的專用電子設(shè)備。與PV組件一起使用的電子設(shè)備的高成本可以構(gòu)成PV系統(tǒng)總 成本中的重要因素。文中所要求的主題并不限于改進(jìn)任何缺陷的實施例或僅在諸如上述的環(huán)境中操 作的實施例。確切地說，提供此背景技術(shù)只是為了說明一個示例性的技術(shù)領(lǐng)域，其中，在該 技術(shù)領(lǐng)域中可以實施所述的一些實施例。

發(fā)明內(nèi)容
總體而言，本發(fā)明的示例實施例涉及適于在非均勻光照條件下操作的PV組件。一個示例性實施例包括PV組件，所述PV組件包括導(dǎo)電背板；配置于導(dǎo)電背板上 的非導(dǎo)電層；多個PV電池，配置成行并且一起產(chǎn)生由第一電壓表征的第一功率輸出；以及功率變換設(shè)備。每個行包括兩個或更多個PV電池。每個行中的PV電池可以彼此并聯(lián)連接。 行可以串聯(lián)連接。頂部行可以連接至導(dǎo)電背板。功率變換設(shè)備可以冗余連接至底部行和導(dǎo) 電背板以形成完整電路。功率變換設(shè)備可以將第一功率輸出變換為由大于第一電壓的第二 電壓表征的第二功率輸出。功率變換設(shè)備還可以跟蹤并保持PV電池的峰值功率。另一個示例性實施例包括PV系統(tǒng)，所述PV系統(tǒng)包括PV組件和多個遮板。PV組 件可以包括導(dǎo)電背板、基本透明的前板、多個PV電池、多個導(dǎo)電間隔件和功率變換設(shè)備。PV 電池可以配置于導(dǎo)電背板與前板之間。另外，PV電池可以配置在多個行中，每個行中的PV 電池并聯(lián)連接，并且行串聯(lián)連接。間隔件可以插入于PV電池之間，并且可以包括頂部間隔 件和底部間隔件。頂部間隔件可以將頂部行與導(dǎo)電背板互連。功率變換設(shè)備可以經(jīng)由底部 間隔件而冗余連接至底部行并連接至導(dǎo)電背板以形成完整電路。遮板可以配置于間隔件和 前板上方，并且可以將入射到遮板上的太陽輻射反射到PV電池上。本發(fā)明其它的特征和優(yōu)點將在以下的說明中闡述，其一部分特征和優(yōu)點從說明書 可以明了，或者可通過實施發(fā)明而了解。通過特別是在所附權(quán)利要求中所指出的手段和組 合，可以實現(xiàn)和獲得可本發(fā)明的特征和優(yōu)點。本發(fā)明的這些和其它的特征從以下的描述將 更加清楚，或通過如下文闡述而實施發(fā)明來了解。


為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的以上和其它的優(yōu)點及特點，將參考附圖所示的具體實施 例來對本發(fā)明進(jìn)行更具體的描述。應(yīng)意識到，這些附圖僅描述本發(fā)明的代表性實施例，不應(yīng) 認(rèn)為是對本發(fā)明范圍的限制。通過使用附圖，本發(fā)明將被描述并解釋得更加具體和詳細(xì)。圖1A和1B公開了可以包括非均勻光照的兩個示例性操作環(huán)境；圖1C是表示接收非均勻光照的各種PV組件的性能的圖；圖1D公開了不同的示例性非均勻光照條件；圖2A至2E公開了可以包括冗余連接的功率變換設(shè)備的示例性PV組件的方面；圖3公開了 PV電池或PV組件的示例性IV曲線和PV曲線；圖4A至4B公開了可以包括在功率變換設(shè)備中并能夠從外部連接的正極端子和接 地端子的實例；圖5A至5B公開了可以包括冗余連接的功率變換設(shè)備和多個旁路二極管的示例PV 組件的方面；圖6A和6B是各種PV組件在非均勻光照下的的性能的圖；圖7公開了可以包括冗余連接的功率變換設(shè)備和有源行平衡設(shè)備的示例性PV組 件的方面；圖8公開了可以包括冗余連接的功率變換設(shè)備和梯形形狀的PV電池的示例性PV 組件的方面；圖9A至9D公開了各種全填裝和稀疏填裝的PV組件；圖10公開了示例性的全填裝PV組件；以及圖11A至11D公開了操作過程中的各種PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的熱曲線。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例總體上涉及能夠在非均勻光照條件下操作的PV組件。一些示例 實施例可以包括具有多個PV電池行的PV組件。每行中的PV電池可以彼此并聯(lián)連接，而行 可以彼此串聯(lián)連接。PV組件還可以包括冗余地串聯(lián)連接至PV電池陣列的功率變換設(shè)備。 功率變換設(shè)備可以為PV電池陣列提供功率調(diào)節(jié)。本發(fā)明的原理可以允許文中公開的PV組 件實施例在高度地非均勻光照條件下操作，而基本不會限制PV組件的輸出功率。I.示例性操作環(huán)境現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明示例性實施例的各個方面。要理解的是，附圖是示例 性實施例的概括性和示意性的圖，而并非限制本發(fā)明，并且也不是按比例繪制的。首先參見圖1A，圖1A公開了示出一年中三個不同時段102、104、106的操作環(huán)境 100的一個實例，所述操作環(huán)境100可包括非均勻光照條件。時段102、104、106中的每個可 以分別對應(yīng)于夏季、春季和冬季。替代地或附加地，時段104可以對應(yīng)于秋季。操作環(huán)境100可以包括北半球或南半球中實際上不位于赤道的任何地點。在文中 所描述的此實施例或其它實施例中，假設(shè)地點位于北半球。然而，本發(fā)明的實施例的原理同 樣也適用于南半球。由于穿過北極和南極的地軸相對于地球關(guān)于太陽的軌道平面是傾斜的，例如不是 垂直的，因此在地球上的某位置處的來自太陽的入射光線的角度隨著季節(jié)的變化而變化。 相應(yīng)地，夏季時段102中的入射光線108與冬季時段106中的入射光線110相比總體上從 空中更加直接到達(dá)地球。注意，如文中所用，術(shù)語光線廣義地解釋為可以由PV電池轉(zhuǎn)換為 電能的任何種類的電磁輻射，諸如包括可見光和紅外(“IR”)輻射的太陽輻射。根據(jù)本發(fā)明的實施例，操作環(huán)境100可以包括結(jié)構(gòu)112，結(jié)構(gòu)112包含一個或更多 個反射材料114以及一個或更多個PV組件116。反射材料114和PV組件116可以配置于 結(jié)構(gòu)112的墻壁中。在一些實施例中，結(jié)構(gòu)112可以包括具有配置有反射材料114和PV組 件116并具有一個或更多個墻壁或其它表面的建筑物。在此實例中，反射材料114可以包括玻璃窗，該玻璃窗被處理以根據(jù)輻射的波長 而有區(qū)別地過濾太陽輻射。例如，反射材料114可以允許以可見光形式的太陽輻射或具有 約380nm至約750nm的波長的輻射穿透反射材料114，而將IR輻射形式的太陽輻射或具有 約750nm至約1mm的波長的輻射反射。在一些情況下，反射的輻射可以作用于PV組件116。 相應(yīng)地，在一些實施例中，反射材料114可以允許可見光穿透反射材料114，而將IR輻射反 射到PV組件116上。在本發(fā)明的其它實施例中，結(jié)構(gòu)112可包括墻壁、一個或更多個柱體、或一些其它 結(jié)構(gòu)。替代地或附加地，反射材料114可以配置為反射全部或部分入射太陽輻射，并且可以 包括除處理過的玻璃以外的反射材料，例如鋁材、金屬薄板、白巖、雪、冰、水等。在北半球的安裝地點，PV組件116可以安裝在結(jié)構(gòu)112的總體上朝南的墻壁上。 替代地，在南半球的安裝地點，PV組件116可以安裝在結(jié)構(gòu)112總體上朝北的墻壁上。另外，PV組件116可以安裝在對準(zhǔn)或未對準(zhǔn)太陽的方向上。具體而言，在兩個方 向中，都可以以相對于水平參考平面118成角度e來安裝PV組件116。在對準(zhǔn)太陽的方 向(“對準(zhǔn)方向”)上，角度e的值可以大致為安裝地點的緯度的士3度的范圍內(nèi)。然而， 在未對準(zhǔn)太陽的方向(“非對準(zhǔn)方向”)上，角度e的值比安裝地點的緯度至少大3度，或比安裝地點的緯度至少小3度。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，PV組件116可以配置為在非均勻光照條件下操作。注 意，如文中所用，術(shù)語“非均勻光照條件”廣義地解釋為既包括事實上的非均勻光照條件，也 包括實質(zhì)上的非均勻光照條件?！笆聦嵣系姆蔷鶆蚬庹諚l件”包括的例子是PV組件116中的一個或更多個PV電 池比PV組件116中其它的一個或更多個PV電池接收更大或更小強度的光照。例如，鳥類 的排泄物、雪和/或其它雜物可聚集在PV組件116的正面上，使得雜物所覆蓋的區(qū)域部分 地或完全地阻擋接收光照。在此情況下，未被雜物覆蓋的PV電池的光照強度總體上會大于 被雜物所覆蓋的PV電池的光照強度。作為另一個實例，一個或更多個物體可暫時或永久地置于太陽和PV組件116之 間，使得所述物體在PV組件116的PV電池中的一個或更多個但非全部的電池上投射陰影。 這種物體可以包括在日間的某個時間位于太陽與PV組件116之間的鳥類和其它動物、樹 木、建筑物和/或結(jié)構(gòu)112自身的建筑或其它的物體。在此實例中，被遮蔽的PV電池總體 上會曝露在比直接曝露于太陽的PV電池的光照強度更低強度的光照下。作為又一個實例，在一些實施例中，在PV組件116的某些區(qū)域上可以比PV組件 116的其它區(qū)域聚集更多的反射光照。例如，反射材料114可以將反射的IR和/或其它輻 射聚集到PV組件116的第一組PV電池上，而不聚集到PV組件116的第二組PV電池上。在 此情況下，第一組PV電池和第二組PV電池均可以接收來自太陽的直接輻射，而將反射輻射 附加到第一組PV電池上，致使第一組PV電池上的光照強度增加。另外，在一些實施例中， 根據(jù)入射輻射的入射角度，接收來自反射材料114的反射輻射的第一組PV電池可以在整日 和/或整年間變化。“實質(zhì)上的非均勻光照條件”包括的例子是即使光照事實上是基本均勻的，但PV 組件116中的一個或更多個PV電池表現(xiàn)為如同它們比其它的一個或更多個PV電池接收更 大或更小強度的光照一樣。例如，由于諸如互連失效的制造缺陷或其它問題，PV組件116中 的一個或更多個可以是性能不佳的PV電池和/或可以在PV組件116的操作期間失效。在 此實例中，性能不佳和/或失效的PV電池如同比周圍的PV電池接受了更低強度的光照那 樣來操作。照此，PV組件116中性能不佳和/或失效的電池的存在可被看作是實質(zhì)上的非 均勻光照條件。下面參見圖1B，圖IB公開了可能包括非均勻光照條件的另一個操作環(huán)境120的實 例。操作環(huán)境120可以包括表面122，PV組件124以及一個或更多個反射材料126可以配 置于表面122之上。PV組件124可以包括PV電池的多個行，這些行在PV組件124中相對 于表面122基本垂直地布置。表面122可以包括安裝地點的地面或一些其它表面。在一些實施例中，反射材料126可以包括約6英尺乘6英尺的方形的鋁化包裝材 料，這種鋁化包裝材料可以是高度皺褶的或展平的。替代地或附加地，在一些實施例中，反 射材料126可以包括約1英寸乘6英尺的8個未拋光鋁條。在其它的實施例中，反射材料 126可以包括鋁(包括拋光的鋁或未拋光的鋁)、金屬薄板、接合至諸如鋁等基底的高反射 率的金屬基膜或折射率交替層合膜、巖石、冰、雪、水等材料。另外，反射材料126可以具有 除6英尺乘6英尺的方形或者1英寸乘6英尺的尺寸以外的尺寸。PV組件124可以安裝至或倚靠在建筑物或諸如圍墻的其它物體的側(cè)面。另外，根據(jù)本發(fā)明的實施例，PV組件124可以配置為在非均勻光照條件下進(jìn)行操作。PV組件124可 以直接接收來自太陽的太陽輻射，或者接收首先由反射材料126或一些其它物體反射的太 陽輻射。從反射材料126反射到PV組件124上的太陽輻射的反射可以導(dǎo)致對PV組件124 的光照不均勻。例如，當(dāng)反射材料126包括高度皺褶的鋁化包裝材料時，皺褶可將反射的輻 射聚集到PV組件124的特定區(qū)域上。圖IC是在諸如可能存在于圖IB的操作環(huán)境120中的非均勻光照條件下，PV組件 124相比于現(xiàn)有技術(shù)的PV組件的性能的圖。曲線128包括PV組件124的數(shù)據(jù)，曲線130包 括現(xiàn)有技術(shù)的PV組件的數(shù)據(jù)，曲線132是曲線128與曲線130之比。圖IC的X軸表示日 間的時間，從2008年11月21日大約下午12:00開始，并在大約下午2:24結(jié)束。左Y軸表 示PV組件124和現(xiàn)有技術(shù)的PV組件的短路電流Jsc隨時間的函數(shù)。右Y軸表示PV組件 124與現(xiàn)有技術(shù)的PV組件的Jsc之比。在圖IC的實例中，PV組件124和現(xiàn)有技術(shù)的PV組件中的每一個并排地靠著墻壁 放置，使每一個都可以接收直接來自太陽的基本均勻的輻射，包括光線134。在時間T1或 大約下午12:10，包括6英尺乘6英尺的高度皺褶鍍鋁包裝材料的反射材料126放置在PV 組件124前方的地面上。在時間T2或大約下午12:38，包括約1英寸乘6英尺的8個未拋 光鋁條的額外的反射材料126也放置在PV組件124前方的地面上。在時間T3或大約下午 1:55，反射材料126移至現(xiàn)有技術(shù)的PV組件前方的位置。反射材料126允許PV組件124 或現(xiàn)有技術(shù)的PV組件接收來自反射材料126的包括反射光線136的非均勻反射光照。在時間T1之前，當(dāng)PV組件124和反射材料126都只是暴露于直接來自太陽的均 勻輻射時，PV組件124比現(xiàn)有技術(shù)的PV組件產(chǎn)生略微大的Jsc，Jsc之比約是1. 044。從 T1至約T3,當(dāng)PV組件124接收來自反射材料126的額外的非均勻光照，而現(xiàn)有技術(shù)的PV組 件僅僅接收來自太陽的均勻輻射時，Jsc之比為約1. 05至約1. 25。在T3以后，當(dāng)PV組件 124僅僅接收來自太陽的均勻光照，而現(xiàn)有技術(shù)的PV組件接收來自反射材料的額外的非均 勻光照時，Jsc之比又下降到約1. 04。因此，從T1到T3，PV組件124上的非均勻光照的存在實際上增大了 PV組件124的 效率，而在T3之后，現(xiàn)有技術(shù)的PV組件上非均勻光照的存在對現(xiàn)有技術(shù)的PV組件的影響很小。圖ID公開PV組件140在標(biāo)記為142、144、146、148、150和152的6個非均勻光照 條件下的主視圖。如圖所示，在非均勻光照條件142至152的每個中，PV組件140可包括 總體上布置成行156和列158的多個PV電池154。圖ID中公開的非均勻光照條件142至 152僅旨在說明非均勻光照條件的一些實例，不應(yīng)將其解釋為限制本發(fā)明。II.光伏組件的第一實例下面參見圖2A至2C，公開了 PV組件200的第一實例，PV組件200可以對應(yīng)于圖 IA至ID的PV組件116、124、140。圖2A至2C分別以簡化形式示出PV組件200的主視圖、 剖面圖和側(cè)視圖。首先參見圖2A，PV組件200可以包括前板202 ；配置于前板202下方的 多個PV電池204，多個PV電池可以布置成行206和列208 ；多個間隔件210，在所述多個間 隔件210間互連有行206 ；以及背板212。另外參見圖2B和2C，PV組件200還可以包括粘合層214，配置于前板202與PV 電池204的行206之間；緩沖層216，配置于PV電池204的行206與背板212之間；以及功率變換設(shè)備218，經(jīng)由PV組件200底部的底部間隔件2IOA而冗余地串聯(lián)連接至行206。前板202可以包括對太陽輻射基本透明的諸如玻璃、塑料等的基板，在PV組件200 的制造過程中，PV組件200的其它層可生長在或配置于所述基板上。前板202可保護(hù)PV電 池204免受由例如水汽、風(fēng)等的環(huán)境因素而導(dǎo)致的破壞。前板202對于太陽輻射基本透明 的性質(zhì)可以允許光線穿透前板202并作用在PV電池204上。替代地或附加地，前板202可 向PV電池204提供結(jié)構(gòu)支撐。在一些實施例中，前板202可以用長度1 (圖2A)、寬度w (圖2A)和厚度t (圖2B) 來表征。長度1、寬度w和厚度t可以分別為約1830. 5mm、947mm和3. 2mm。替代地或附加 地，長度1、寬度w和厚度t可以分別大于或小于1830. 5mm、947mm和3. 2mm。粘合層214可以配置為將前板202固定于PV電池204。另外，粘合層214可以包 括乙烯-醋酸乙烯酯(“EVA”)或其它合適的粘合劑。在一些實施例中，粘合層214的厚度 可為2至4密耳，或在其它實施例中大于或小于2至4密耳。粘合層214可對太陽輻射基 本透明，以允許光線到達(dá)PV電池204。替代地或附加地，可處理粘合層214以基本防止紫外 線(“UV” )破壞粘合層214和/或使粘合層214發(fā)黃。緩沖層216可以配置為將背板212固定于PV電池204，并且將PV電池204與背 板212電絕緣。因此，緩沖層216可以包括諸如EVA的粘合劑、諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯 (“PET”)的電絕緣材料等或這些粘合劑和電絕緣材料的任意組合。在一些實施例中，緩沖 層216的厚度可以為約3密耳，或者大于或小于3密耳。一般而言，PV電池204可以通過光伏效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。在一些實施例中， 給定行206中的所有PV電池204彼此并聯(lián)連接，而行206彼此串聯(lián)連接。本發(fā)明中PV電 池204可一起稱作“PV電池陣列204”。PV電池204的每個可以包括單晶太陽能電池或多晶太陽能電池。替代地或附加 地，作為對單個電池204的替代，諸如非晶硅或CIGS的PV材料條可以在PV組件200中實 現(xiàn)。PV電池204或在PV組件200中實現(xiàn)的其它PV材料可以包括硅、銅、銦、鎵、硒化物等或 它們的任意組合。每個行206和每個列208可以分別包括7個或15個PV電池204，或者多于或少 于7個或15個PV電池204。相應(yīng)地，在一些實施例中，PV組件200可以包括105個PV電 池204，或者多于或少于105個PV電池204。另外，PV電池204的每個可以配置為單獨產(chǎn) 生約0. 6伏的電壓以及隨光照強度而變化的電流，但在1太陽的光照下電流可以為2. 5至 10安之間的任意值。利用在每個行206中并聯(lián)連接的PV電池204和串聯(lián)連接的行206，PV 電池陣列204可以產(chǎn)生約9伏的電壓以及隨光照強度變化的電流，但在一些實施例中，在1 太陽光照下此電流可以為25至60安之間的任意值。替代地或附加地，PV電池陣列204可 以產(chǎn)生3至12伏的電壓以及小于25安或大于60安的電流。在本發(fā)明的一些實施例中，PV組件200的上述配置可以允許在有阻塞的PV電池 204或阻塞的行206的情況下實現(xiàn)PV組件200而不需要用于PV電池204的旁路二極管或 其它保護(hù)設(shè)備。具體而言，任何PV電池204兩端的最大電壓可以小于10伏，例如上述的9 伏。在此情況下，如果行206中的一行阻塞，例如阻塞是由阻塞的行中的一個或更多個有故 障的PV電池204導(dǎo)致的或由在阻塞的行上的非均勻光照導(dǎo)致的，則9伏的最大值在阻塞的 行206兩端消耗。然而，PV組件200中實現(xiàn)的PV電池204 —般可以承受經(jīng)PV電池204消耗的9伏電壓。相比而言，在現(xiàn)有技術(shù)的PV組件中，PV電池可以串聯(lián)連接為20個或更多個PV電 池的串。因此，現(xiàn)有技術(shù)的PV組件中的PV電池兩端的最大電壓可高達(dá)600伏，這會對損害 阻斷的PV電池。由此，一些現(xiàn)有技術(shù)的PV組件需要旁路二極管和/或其它保護(hù)設(shè)備以使 電能繞過阻塞的PV電池，從而避免阻斷的PV電池受到破壞。此外，旁路二極管正確操作的 失效可能引起因PV電池失效而導(dǎo)致的火災(zāi)。A.間隔件參見圖2A至2C，在一些實施例中，間隔件210的每個可以包括形成為固體條的、諸 如鋁、銅等的導(dǎo)電材料。在一些實施例中，每個間隔件210可以為約2至8密耳厚、62. 5mm 寬以及888mm長，和/或可以具有與所述尺寸不同的尺寸。在一些實例中，間隔件210可 以包括放置在末行206之后的底部間隔件210A和/或放置在首行206之前的頂部間隔件 210B，底部間隔件210A和頂部間隔件210B比放置在它們之間的其它間隔件210短。在一些情況下，可以沖壓、刻蝕或圖案化間隔件210以在每個間隔件210中形成各 向異性的導(dǎo)電性。間隔件210中各向異性的導(dǎo)電性可以允許根據(jù)期望的應(yīng)用以預(yù)定方式來 控制和管理在行206之間流動的電流。在一些實施例中，間隔件210可以實現(xiàn)為PV電池204的相鄰的行206之間的電互 連線。例如，圖2D圖示相鄰的行206中的兩個PV電池204A和204B以及它們之間互連和 插入的間隔件210C的剖面圖。如圖所示，PV電池204A的正極端子可以經(jīng)由母線條220A 耦合至間隔件210C，而PV電池204B的負(fù)極端子可以經(jīng)由母線條220B耦合至間隔件210C。 每個行206中的所有PV電池204都可以類似地耦合至間隔件210，其中，給定行206中的每 個PV電池204的正極端子耦合至與行206相鄰的一個間隔件210，行206中的每個PV電池 204的負(fù)極端子耦合至其它相鄰的間隔件210，使得行206中的所有PV電池204經(jīng)由在行 206相鄰側(cè)的兩個間隔件210而彼此并聯(lián)連接。任選地，可以布置耦合至每個間隔件210的 母線條220A和220B (統(tǒng)稱為“母線條220”)使得母線條220耦合至間隔件210的背面。任選地，間隔件210可以具有涂覆于間隔件210的正面或涂覆于間隔件210的正 面和背面的發(fā)射涂層。發(fā)射涂層可具有大于0. 6的發(fā)射率，以使間隔件210能夠輔助PV組 件200的熱管理。例如，由于間隔件210靠近PV電池204，由PV電池204產(chǎn)生的熱量可以 傳導(dǎo)性地從PV電池204傳遞至間隔件210，于是涂覆于間隔件210的發(fā)射涂層可以允許間 隔件210有效地將熱量從PV組件200輻射出去。發(fā)射涂層可以包括黑色陽極化涂層、黑漆 涂層、層合黑色PET涂層，或帶有深色顏料或填充材料的有機涂層，或者它們的任意組合。從圖2A可見，間隔件210A和210B中的一個或更多個可以延伸到背板212的底部 邊緣和頂部邊緣以外。更具體地，底部間隔件210A可以在負(fù)y方向上延伸到背板212的底 部邊緣以外，并且/或者頂部間隔件210B可以沿正y方向延伸到背板212的頂部邊緣以夕卜。 在一些實施例中，功率變換設(shè)備218可以經(jīng)由底部間隔件210A延伸到背板212以外的部分 而冗余地耦合至底部間隔件210A。替代地或附加地，背板212可經(jīng)由功率變換設(shè)備218耦 合至底部間隔件210A并且直接耦合至頂部間隔件210B以形成用于PV電池陣列204電流 回路。在此實施例和其它實施例中，頂部行206A可經(jīng)由頂部間隔件210B直接電連接至背 板212，而底部行206B可經(jīng)由功率變換設(shè)備218電連接至背板212。從圖2B可見，底部間隔件210A延伸到背板212的底部邊緣之外的部分的剖面圖。如從圖2B可見，底部間隔件210A延伸到背板212的底部邊緣之外的部分可以包括形成在 底部間隔件210A中并將底部間隔件210A和行206串聯(lián)互連至功率變換設(shè)備218的應(yīng)力緩 解折疊件222。在PV組件200的操作中，PV組件200的溫度可以在某個溫度范圍內(nèi)變化。 溫度變化可以導(dǎo)致前板202在一些情況下彎曲，這會對粘合劑和將功率變換設(shè)備218耦合 至PV組件200的其余部分的其它部件施加應(yīng)變。然而，應(yīng)力緩解折疊件222通過在需要時 彎曲和/或屈曲來適應(yīng)前板202的彎曲，可以基本減少和/或消除功率變換設(shè)備218與PV 組件200的接合處的應(yīng)變。通過彎曲或折疊底部間隔件210A，可以在底部間隔件210A中形 成應(yīng)力緩解折疊件222，并且/或者應(yīng)力緩解折疊件222可以包括底部間隔件210A與功率 變換設(shè)備218之間的焊接的或鉗緊的互連。替代地或附加地，間隔件210中的一個或更多個可以延伸到背板212的側(cè)部邊緣 以外。例如，間隔件210中除底部間隔件210A和頂部間隔件210B以外的每個間隔件可以 沿正χ方向延伸到背板212的側(cè)部邊緣以外。在一些實施例中，諸如多個旁路二極管和有 源行平衡(active row-balancing)設(shè)備等的一個或更多個電子設(shè)備可以經(jīng)由每一個間隔 件210沿正χ方向延伸到背板212以外的部分而耦合至間隔件210。B.背板在一些實施例中，PV電池204可以密封在包括前板202和背板212的保護(hù)外殼內(nèi)。 保護(hù)外殼可以操作以基本上防止PV電池204曝露于水汽和/或其它環(huán)境因素。任選地，如 圖2B所示，保護(hù)外殼還可以包括密封劑材料224，所述密封劑材料224沿著背板212的底部 邊緣處于背板212與底部間隔件210A之間。密封劑材料224可以在背板212與底部間隔 件210A之間形成密封，并且可以將背板212與底部間隔件210A電絕緣。在一些實施例中， 密封劑材料224可以包括丙烯酸基泡沫帶、太陽能封邊帶(solar edge tape)或其它合適 的材料。如以上已描述的，背板212可以實現(xiàn)為形成用于PV電池204的電流回流路徑。更 具體地，背板212可以經(jīng)由頂部間隔件210B耦合至頂部行206A，并且經(jīng)由間隔件210A和功 率變換設(shè)備218耦合至底部行206B，以形成用于PV電池204的電流回流路徑。因此，在一 些實施例中，背板212可以包括具有導(dǎo)電材料的薄板，包括鋁、銅、金屬薄板、不銹鋼或其它 合適的材料中的一種或更多種。替代地或附加地，背板212可以為約2至8密耳厚，并具有 足夠的寬度和長度來覆蓋所有的PV電池204。替代地或附加地，背板212的寬度和長度的 尺寸可以允許間隔件210中的一個或更多個的至少一些部分延伸到背板212的頂部邊緣、 底部邊緣或側(cè)部邊緣中的一個或更多個之外。在本發(fā)明的一些實施例中，背板212的背面，例如背板212的負(fù)ζ —側(cè)，可以具有 至少0.6或更高的高發(fā)射率。經(jīng)由涂覆于背板212背面的發(fā)射涂層可以提供高發(fā)射率。在 此實例中，背板212可以操作以將由PV電池204產(chǎn)生的熱量從PV組件200的背面輻射開 并且/或者使聚集在PV組件200前面的雪和/或冰融化。例如，參見圖2Β，在諸如夏季的時間及其它時間，由PV電池204的行206產(chǎn)生的熱 量可以從PV電池204的行206傳導(dǎo)性地傳遞至背板212。當(dāng)背板212的背面為高發(fā)射性 時，熱量又可以經(jīng)由背板212上的高發(fā)射涂層從PV組件200和背板212的背面輻射出去。在諸如冬季的時間及其它時間，雪和/冰可以聚集在PV組件200的前面和PV組 件200下方區(qū)域及附近區(qū)域。在此情況下，在PV組件200上聚集的雪和冰會阻擋PV組件200的全部或一部分的光照。然而，雖然雪和冰可以將大量光線反射，但是PV組件200下方 區(qū)域及附近區(qū)域的雪和/冰可以朝著背板212的背面反射至少一些光線。作用到背板212 上的反射光線的能量可以被吸收作為能夠從背板212傳導(dǎo)性地傳遞至前板202和PV電池 204的行206的熱量，最終使PV組件200前面的雪和/冰融化。如圖2B所示，背板212可以包括形成在背板212的底部邊緣并將背板212與功率 變換設(shè)備218互連的應(yīng)力緩解折疊件226。如以上關(guān)于底部間隔件210A的應(yīng)力緩解折疊 件222的描述，在操作中，PV組件200的溫度會在一定溫度范圍內(nèi)變化，這種溫度變化可以 導(dǎo)致前板202在一些情況下不定地彎曲。前板202的彎曲可以使粘合劑和將功率變換設(shè)備 218耦合至PV組件200的其余部分的其它部件發(fā)生應(yīng)變。然而，背板212的應(yīng)力緩解折疊 件226通過在需要時彎曲和/或屈曲來適應(yīng)前板202的彎曲，可以基本上減少和/或消除 功率變換設(shè)備218與PV組件200的接合處的應(yīng)變。通過彎折和/或折疊背板212，可以在 背板212中形成應(yīng)力緩解折疊件226，并且/或者應(yīng)力緩解折疊件226可以包括背板212與 功率變換設(shè)備218之間的焊接的或鉗緊的互連。如以下將更加詳細(xì)描述的，PV組件200可以包括背板212和功率變換設(shè)備218之 間的機械連接、電接地連接和/或熱連接。機械連接、電接地連接和/或熱連接可以包括以 下中的一個或更多個結(jié)構(gòu)帶、電連接帶、熱傳導(dǎo)硅密封劑、背板212的應(yīng)力緩解折疊件226 與功率變換設(shè)備218之間的直接機械接觸、機械緊固件等，或它們的任意組合。C.功率變換設(shè)備功率變換設(shè)備218的一些方面公開于圖2B、2C和2E中。如圖所示，功率變換設(shè)備 218可以包括印刷電路板(“PCB”)228、一個或更多個功率變換電路230 (圖2C)和第一外 殼232。替代地或附加地，功率變換設(shè)備218可以包括第一連接件234以及與第一連接件 234互補的第二連接件236。在本發(fā)明的一些實施例中，功率變換電路230可以由PV電池 陣列204輸出的電能來供電。1.印刷電路板PCB 228可以具有891讓的長度Ipeb，或者長度Ipeb可以大于或小于891讓。PCB 228還可以具有為PCB 228的長度Ipeb的20分之一至40分之一量級的寬度wp。b，使得PCB 228的長寬比在20 1至40 1之間。替代地或附加地，PCB 228的寬度Wpeb可以大于長 度Ipeb的20分之一，或小于長度Ipeb的40分之一，使得PCB 228的長寬比小于20 1或大 于 40 1。在一些實施例中，PCB 228的尺寸和20 1至40 1的比例可以允許沿著PV組 件200的邊緣例如沿著PV組件200的底部邊緣安裝PCB 228，允許PCB 228冗余地連接至 底部間隔件2IOA或連接至PV電池陣列204與PCB228之間的一些其它電互連。替代地或 附加地，PCB 228沿著PV組件200底部邊緣的安裝可以允許PCB 228直接連接至底部間隔 件2IOA而不必使用飛線。PCB 228可以基本與背板212正交地放置。替代地或附加地，PCB 228可以與背板 212大致平行地放置。盡管圖2B至2C未示出，PCB 228可以包括一個或更多個控制模塊，諸如數(shù)字控制 器、微控制器、處理器、微處理器等，所述控制模塊可以配置于PCB 228上，并且可以配置為 控制功率變換電路230的操作。替代地或附加地，每個功率變換電路230可以包括控制模塊。在一些實施例中，控制模塊可以經(jīng)由形成于PCB 228中的數(shù)字引線238而彼此連接或 與功率變換電路230連接。數(shù)字引線238可以包括差分的或單端的數(shù)字引線。PCB 228可以另外包括多個電源引線240A、240B，所述電源引線240A、240B包括供 應(yīng)線電源引線240A和零線電源引線240B。替代地或附加地，供應(yīng)線電源引線240A和/或 零線電源引線240B可以用于承載通信，減少可以實現(xiàn)在第一連接件234和第二連接件236 中的互連線的數(shù)量。替代地或附加地，供應(yīng)線電源引線240A和/或零線電源引線240B的 每個可以包括單一總線或冗余總線。2.功率變換電路PCB 228可以包括安裝在PCB 228上的功率變換電路230。功率變換設(shè)備218可 以包括12個功率變換電路230，或根據(jù)期望的應(yīng)用而包括大于或小于12個功率變換電路 230。在本發(fā)明的一些實施例中，功率變換電路230中的每個可以包括相對便宜的消費 電子設(shè)備。如文中所用，“消費電子設(shè)備”指的是制造的數(shù)以百萬計或更多的電子設(shè)備、電路 和部件，其中電子設(shè)備、電路或部件的大量生產(chǎn)使電子設(shè)備、電路或部件的成本下降到眾多 消費者認(rèn)為可負(fù)擔(dān)的水平。例如，消費電子設(shè)備包括手機、mp3播放器以及其他手持電子設(shè) 備，也包括電容器、電感器、晶體管和其它包括在手持設(shè)備中的其它元件。眾多消費電子設(shè)備的一個特征是它們以小于100瓦的功率進(jìn)行操作。在一些實 施例中，在100%輸出時，功率變換電路230中的每個可以配置為輸出約25瓦的功率。替代 地或附加地，在諸如功率變換電路230中的一個或更多個失效或斷開的一些情況下，功率 變換電路230中的每個可以配置為輸出高達(dá)50瓦的功率。因此，功率變換設(shè)備218可以包 括一個或更多個冗余的功率變換電路230，允許功率變換設(shè)備218有時使用比全部功率變 換電路230少的功率變換電路來操作。眾多消費電子設(shè)備的另一個特點是由于它們較小的功率輸出和較小的尺寸，可 以相對較高頻地開關(guān)它們。如上所述，功率變換設(shè)備218可以冗余地連接至PV組件200。具體而言，通過將功 率變換電路230的每個經(jīng)由背板212接地，并在每個功率變換電路230與底部間隔件210A 之間提供單獨的連接，功率變換設(shè)備218可以冗余地連接至PV組件200。每個功率變換電 路230與底部間隔件210A之間的單獨連接可包括以下中的一個或更多個在PCB 228中 形成的跡線、引線、和/或焊接焊盤、底部間隔件210A的應(yīng)力緩解折疊件222、將形成于PCB 228中的跡線/引線/焊接焊盤互連至應(yīng)力緩解折疊件222的焊料等，或它們的任意組合。功率變換設(shè)備218對PV組件200的冗余連接以及對一個或更多個冗余功率變換 電路230的包含可以允許功率變換設(shè)備218每次使用比所有功率變換電路少的功率變換電 路來操作。例如，結(jié)合圖2A和圖2C，在操作中，電流可以經(jīng)由PV電池204和多個間隔件210 從PV電池204的頂部行206A流至底部間隔件210A。在底部間隔件210A，電流可以被等分 且由功率變換電路230接收，功率變換電路230的每個單獨地連接至底部間隔件210A。替代地或附加地，至少有一個功率變換電路230A可以包含失效或斷開的功率變 換電路230A。在此情況下，由功率變換電路230A正常接收的電流可以沿負(fù)χ方向流經(jīng)底部 間隔件210Α，由功率變換電路230B、230C或其它功率變換電路230接收。功率變換電路230可以配置為對PV電池204產(chǎn)生的電功率進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。如文中所用，“功率調(diào)節(jié)”可以包括電壓變換、保持由PV電池204共同產(chǎn)生的供電的峰值功率和 /或減少在功率變換設(shè)備218的輸入和輸出處的電流紋波。功率變換電路230可以對由PV電池204產(chǎn)生的供電進(jìn)行電壓變換，以便產(chǎn)生適合 于長距離傳輸?shù)慕?jīng)調(diào)節(jié)的輸出功率，所述經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出功率具有相對較高的電壓和較低的 電流。例如，PV電池204可產(chǎn)生8伏、25安的200瓦直流(“DC”)電。在缺少功率變換電 路230的情況下，這種供電的長距離傳輸可能成本過高，因為這可能需要相對較大因而價 格昂貴的導(dǎo)線。然而，PV電池204的200瓦輸出可以在例如5個功率變換電路230中分配，使5個 功率變換電路230的每個可接收8伏、5安的40瓦DC電。另外，功率變換電路230的每個 可以配置為將DC供電的電壓和電流變換為較高的電壓和較低的電流。例如，此實例的5個 功率變換電路230的每個能夠?qū)蝹€40瓦的供電變換為54伏、0. 74安。然后，5個功率變 換電路230中每一個的54伏、0. 74安的輸出可以輸出至供應(yīng)線電源引線240A，在電源引線 240A處它們合并成54伏、3. 7安的200瓦的供電，從而允許200瓦的DC供電經(jīng)由比8伏、 25安的200瓦的DC供電所要的導(dǎo)線相對更小且不太昂貴的導(dǎo)線來長距離地傳輸。在本發(fā)明的其它實施例中，功率變換電路230可以將電壓升到低至12伏或高達(dá)60 伏的電壓。替代地或附加地，功率變換電路230的每個可以配置為在檢測到中斷并且功率 變換電路230斷開之后釋放小于2焦耳的能量。功率變換電路230的每個可以包括升壓型DC-DC變換器，所述升壓型DC-DC變換 器的輸出DC電壓大于其輸入DC電壓。升壓型DC-DC變換器的實例包括升壓變換器、降 壓-升壓變換器、SEPIC變換器和丘克(0uk)變換器。替代地或附加地，功率變換電路230 可以包括現(xiàn)在已知的或今后開發(fā)的其它升壓型DC-DC變換器。圖2E公開了實現(xiàn)為升壓變換器的功率變換電路230A的一個實例。功率變換電路 230A可對應(yīng)于圖2C的功率變換電路230。功率變換電路230A可以包括圖2E中未示出的 一個或更多個諸如用于熔斷、保險和/或其它目的部件，然而為了清晰表述而并未在圖2E 中示出這樣的元件。而且，功率變換電路230A僅僅是根據(jù)本發(fā)明的實施例采用的一種升壓 DC-DC變換器的實例，并且不應(yīng)當(dāng)以任何方式解釋為限制本發(fā)明。事實上，本發(fā)明的實施例 包括可以配置為與功率變換電路230A不同的升壓DC-DC變換器。如圖2E所示，功率變換電路230A可以包括輸入端241、耦合至輸入端241和地線 243的電容器242、耦合至輸入端241和電容器242的電感器244、耦合至電感器244的開關(guān) 246、耦合至電感器244和開關(guān)246的二極管247、耦合至二極管247的輸出端248、耦合至 開關(guān)246的控制線250以及耦合在功率變換電路230A與地線243之間的一個或更多個測 量電路252。結(jié)合圖2A和2E，輸入端241可以經(jīng)由底部間隔件210A耦合至PV電池204的底部 行206B。輸出端248可以耦合至與圖2C的供應(yīng)線電源引線相對應(yīng)的供電母線(未示出)。 控制線250可以耦合至包括在功率變換電路230A中和/或在兩個或更多個功率變換電路 230之間共用的控制模塊(未示出)。在一些實施例中，控制模塊可以向控制功率變換電路 230A的開關(guān)頻率和/或占空比的開關(guān)246提供脈沖寬度調(diào)制(“PWM”)控制信號。替代地 或附加地，PWM控制信號可以控制功率變換電路230A相對于其它功率變換電路230的相位 調(diào)整的相位調(diào)整。替代地或附加地，PWM控制信號可以由置于功率變換電路230A外部的功
15率變換設(shè)備218內(nèi)的晶體振蕩器(未示出)產(chǎn)生。在一些情況下，功率變換設(shè)備218可以 包括多個晶體振蕩器，每個晶體振蕩器用于一個功率變換電路230。開關(guān)246可以包括場效應(yīng)晶體管(“FET”)、金屬氧化物半導(dǎo)體FET( “M0SFET”)、 絕緣柵雙極晶體管(“IGBT”)、雙極結(jié)型晶體管(“BJT”)或其它合適的開關(guān)。二極管247 可以包括肖特基整流器或其它合適的二極管。測量電路252可以包括一個或更多個電阻器，并且可以用于測量功率變換電路 230A的某些操作參數(shù)。例如，測量電路252可以測量電感器244中每開關(guān)周期的最大電流 累積以保持最大峰值功率。替代地或附加地，測量電路252可以測量電感器244的充電速 率、功率變換電路230A的輸入電壓、功率變換電路230A的輸出電壓等或它們的任意組合。在操作中，功率變換電路230A可以在輸入端241處接收PV電池陣列204所產(chǎn)生 的一部分未調(diào)節(jié)的電能，并且可以通過開關(guān)246自身的接通和斷開而將接收到的一部分未 調(diào)節(jié)的電能的電壓升壓。在接通狀態(tài)，開關(guān)246閉合使得流經(jīng)電感244的電流增加并且經(jīng) 由開關(guān)246和測量電路252返回地243。在斷開狀態(tài)，開關(guān)246斷開使得流經(jīng)電感244的電 流減少，電流經(jīng)由二極管247和輸出端248流至供電母線226。在功率變換電路230A的接通狀態(tài)下，輸出端248處的電壓可以約為0伏。在斷開 狀態(tài)下，輸出端248處的電壓取決于流經(jīng)電感244的電流的變化速率，而非取決于輸入端 241處的輸入電壓。流經(jīng)電感244的電流的變化速率又可以取決于電感244的電感值。因 此，輸出端248處的升壓電壓可以取決于電感244的電感值。替代地或附加地，輸出端248 處的升壓電壓可以取決于開關(guān)246的開關(guān)頻率和/或開關(guān)246的占空比。通過在連續(xù)模式下使功率變換電路230A循環(huán)接通和斷開，例如，流經(jīng)電感的電流 從不會達(dá)到0安，功率變換電路230A可以在輸出端248處產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)的電能，例如具有升 壓電壓的電能。在此實施例和其它實施例中，開關(guān)246可以經(jīng)由控制線250來操作。具有而言，控 制模塊可直接或經(jīng)由柵極驅(qū)動間接地通過控制線250發(fā)送信號，從而以期望的頻率和占空 比使開關(guān)246開路和閉合。由于功率變換電路230A的升壓電壓和阻抗的每個都取決于開 關(guān)過程的頻率和占空比，因此控制開關(guān)246的控制模塊可以將頻率和/或占空比設(shè)置為預(yù) 定的頻率和/或占空比，以優(yōu)化功率變換電路230A的升壓電壓和阻抗。在一些情況下，開關(guān)246的開路和閉合會產(chǎn)生電磁干擾(“EMI”)。EMI的頻率可 以取決于開關(guān)246的開關(guān)頻率。美國聯(lián)邦通訊委員會(“FCC”)和/或其它機構(gòu)可能會對 處于任何特定EMI頻率的容許EMI峰值能量設(shè)置限制。為了避免超出這樣的限制，功率變 換電路230A，更具體而言為開關(guān)246，可以以擴(kuò)展頻譜的頻率操作，使得由EMI產(chǎn)生的能量 分布于某個頻率范圍內(nèi)，而非聚集在任何特定的頻率上。繼續(xù)參考圖2A和2E，在一些實施例中，流經(jīng)電感244的不斷增加和減少的電流可 以導(dǎo)致功率變換電路230A的輸入電流和/或輸出電流的幅值周期性變化。這些在電流幅 值上的周期性變化也是已知的電流紋波。在功率變換電路230A的輸入端處的電流紋波可 以導(dǎo)致功率變換電路230A的阻抗根據(jù)電流紋波而變化，使得功率變換電路230A難于保持 最大峰值功率。在功率變換電路230A的輸出端處的電流紋波可以產(chǎn)生可能對耦合至電源 的負(fù)載有負(fù)面影響的噪聲電源。然而，通過功率變換電路230彼此異相操作，可以在整體上基本減少在功率變換
16設(shè)備218的輸入端和輸出端處的電流紋波。當(dāng)功率變換電路230異相操作時，功率變換電 路230中的一個的電流紋波幅值可以增加，而功率變換電路230中的另一個的電流紋波幅 值可以減少。功率變換電路230的異相操作的累積作用可以在整體上將功率變換設(shè)備218 的輸入端和輸出端處的電流紋波平均化。如上所述，測量電路252可以測量功率變換電路230A的一個或更多個操作參數(shù)。 測量電路252可以包括一個或更多個阻性電路，所述阻性電路將一個或更多個模數(shù)變換器 (“ADC”)耦合至功率變換電路230A上的不同點，以便測量功率變換電路230A的不同的操 作參數(shù)。測量的操作參數(shù)可包括以下中的一個或更多個功率變換電路230A的輸入電壓、 流經(jīng)電感器244的電流、電感器244中每開關(guān)周期的最大電流累積、電感器244的充電速 率、功率變換電路230A的升壓輸出電壓等或它們的任意組合。每個功率變換電路230、230A—般可以配置為將3至12伏的輸入電壓輸出為12 至60伏之間的逐步升壓電壓。逐步升壓電壓可以由包括在功率變換設(shè)備218中的一個或 更多個控制模塊調(diào)節(jié)為特定的電壓，所述特定的電壓可以與由功率變換設(shè)備218的經(jīng)調(diào)節(jié) 的功率輸出所驅(qū)動的負(fù)載的負(fù)載電壓相匹配。例如，通常與PV組件結(jié)合使用的12伏電池組可以放置于距PV組件距離相對較近 的位置，使得對電池組充電的12伏的輸出適合短距離傳輸。替代地或附加地，電池組可以 包括24伏或48伏的電池，并且/或者距電池組的距離可以相對較遠(yuǎn)，使得24伏或48伏的 輸出可以更加合適。替代地或附加地，60伏的輸出可以適合更長的傳輸距離。替代地或附 加地，功率變換電路230、230A可以輸出處于一些其它預(yù)定電壓值的升壓電壓。結(jié)合圖2A至2E，如上所述，功率變換電路230、230A可以使用電感器244的電流累 積最大值和/或充電速率來保持PV電池陣列204的峰值功率。保持峰值功率可以使PV電 池陣列204的未調(diào)節(jié)的功率輸出最大化，從而使來自功率變換設(shè)備218的經(jīng)調(diào)節(jié)的功率輸 出最大化。如以下將描述的，保持峰值功率一般可以包括(1)確定PV電池陣列204的功 率輸出為最大時所處的峰值功率點，以及(2)設(shè)置功率變換電路230的阻抗以有效地匹配 負(fù)載的阻抗，使得PV電池陣列204兩端的電壓與所確定的峰值功率點基本相同。為了幫助理解峰值功率的保持，圖3用圖表公開了示例性PV電池或PV電池陣列 的電流和功率作為電壓的函數(shù)。X軸表示歸一化電壓V(例如，實際電壓除以最大電壓)。左 y軸表示歸一化電流J。右y軸表示歸一化功率P。圖3包括IV曲線302和PV曲線304。 IV曲線302和PV曲線304分別包括PV電池或PV電池陣列的電流和功率作為電壓的函數(shù) 的數(shù)據(jù)表示。首先參見IV曲線302，當(dāng)電壓為0時，例如當(dāng)PV電池或PV電池陣列自身短路時， 電流處于最大值1。隨著電壓從0增加至約0.7，電流逐漸降低至大于0.9。隨著電壓增加 而超過約0. 7，PV電池或PV電池陣列被偏置為超出其自身的能力，并且電流開始快速下降， 直到在電壓為1處達(dá)到0為止。其次參見PV曲線304，功率是電壓和電流的乘積。在此情況下，PV曲線304的數(shù) 據(jù)點中的每一個數(shù)據(jù)點可等于IV曲線302數(shù)據(jù)點的電壓和電流乘積。從圖3可見，當(dāng)電壓 或電流的任何一個等于0時，功率處于最小值0處。另外，功率隨著電壓從0增大到約0. 7 而從0增大到最大值1，并且之后隨著電壓從約0. 7降低至1而下降至0。PV曲線304可以稱為最大峰值功率曲線，并且可以用于推導(dǎo)峰值功率點306即預(yù)
17定電壓，在所述峰值功率點306由PV電池或PV電池陣列產(chǎn)生的功率最大。具體而言，在此 實例中，PV電池或PV電池陣列所產(chǎn)生的功率在約0. 7的峰值功率點306處最大。PV電池或PV電池陣列的峰值功率點306可以根據(jù)除了其它因素之外的光照強度 而變化。例如，當(dāng)PV電池或PV電池陣列被云或其它物體遮蓋時，直接曝露于日光的PV電 池或PV電池陣列的峰值功率點306可以改變。另外，PV電池或PV電池陣列可以用于驅(qū)動一個負(fù)載或更多個負(fù)載，所述負(fù)載可以 具有與PV電池或PV電池陣列的阻抗不匹配的阻抗。當(dāng)PV電池或PV電池陣列與負(fù)載阻抗 不匹配時，PV電池或PV電池陣列可能不得不以高于或低于峰值功率點306的電壓進(jìn)行操作 以驅(qū)動負(fù)載。如從圖3的PV曲線304可見，當(dāng)PV電池或PV電池陣列不在峰值功率點306 點進(jìn)行操作時，PV電池或PV電池陣列的功率輸出不是最大。而且，在一些情況下，當(dāng)例如 設(shè)備在由PV電池或PV電池陣列所驅(qū)動的電路中接入和斷開時，負(fù)載的阻抗會發(fā)生變化。本發(fā)明的實施例可以相應(yīng)地包括功率變換電路230，被配置為保持PV電池陣列 204的最大峰值功率，以確保PV電池陣列204基本以最大峰值功率進(jìn)行操作。如文中所用， 為諸如PV電池陣列204的PV電池陣列保持峰值功率可以包括(1)確定PV電池陣列204 在PV電池陣列204的功率輸出為最大時所處的峰值功率點，以及(2)設(shè)置功率變換電路 230的阻抗以匹配負(fù)載的阻抗，使得PV電池陣列204兩端的電壓與所確定的峰值功率點基 本相同。在一些實施例中，功率變換電路230的阻抗可以設(shè)置為使得PV電池陣列204兩端 的電壓在可用的峰值功率點的10%的范圍內(nèi)。替代地或附加地，功率變換電路230的阻抗 可以設(shè)置為使得PV電池陣列204兩端的電壓在時間上平均的可用的峰值功率點的2%的范 圍內(nèi)。功率變換設(shè)備218可以實施目前已知的或今后開發(fā)的用于保持PV電池陣列204 峰值功率的任何方法。例如，功率變換設(shè)備218可以實施電路開關(guān)法、擾動觀察法、AC紋波 控制法、固定Voc偏移量法等或它們的任意組合。在一些實施例中，功率變換設(shè)備218可以 結(jié)合一個或更多個其它方法來實現(xiàn)電路開關(guān)法。如上所述，功率變換電路230的每個可以包括諸如在圖2E的功率變換電路230A 中示出的升壓變換器。在此實例中，功率變換電路230A的每個可以包括電感器244和測量 電路252。測量電路252可以測量電感器244的每周期最大電流來確定峰值功率點。如果 需要調(diào)整峰值功率點，可以通過改變與功率變換電路230A有關(guān)的開關(guān)過程的頻率和/或占 空比來調(diào)整并且設(shè)置功率變換電路230A的阻抗，以匹配負(fù)載的阻抗?；氐綀D2A至2C，功率變換設(shè)備218的實施例可以包括冗余的功率變換電路230。 在此實施例和其它實施例中，功率變換設(shè)備218每次可以操作功率變換電路230中全部的 或少于全部的功率變換電路。例如，如果PV組件200僅接收50%的光照，則功率變換設(shè)備 218可以任選地使功率變換電路230中全部的功率變換電路的每個以少于100%的功率來 操作，或使比全部功率變換電路230少的功率變換電路的每個以100%的功率來操作。3.有源接地故障檢測回到圖2C，一個或更多個控制模塊可以配置于PCB上和/或集成在功率變換電路 230的每個中。在本發(fā)明的一些實施例中，一個或更多個控制模塊的每個包括耦合至供應(yīng)線 電源引線240A和零線電源引線240B的有源接地故障檢測設(shè)備(未示出)。有源接地故障
18檢測設(shè)備可以監(jiān)測供應(yīng)線電源引線240A中的流出電流以及零線電源引線240B中的返回電 流。流出電流和返回電流之間的任何不平衡或“中斷”都是電源線斷開或切斷或下游電路 中的其它安全隱患的表象。在此實施例和其它實施例中，在有源接地故障檢測設(shè)備確定了中斷之后，控制模 塊可以斷開相應(yīng)的功率變換電路230以終止經(jīng)由供應(yīng)線電源引線240A傳送電功率。當(dāng)功 率變換電路230斷開時，如果PV電池陣列204仍然產(chǎn)生電流，則功率變換電路230可以配 置為將電流分流回PV電池陣列204。由于有源接地故障檢測設(shè)備可以合并在包含于每個功率變換電路230中的控制 模塊內(nèi)，當(dāng)檢測到中斷時功率變換電路230可以非常快速地斷開。事實上，在一些實施例 中，功率變換電路230可以足夠快速地關(guān)斷，以便在確定中斷之后功率變換設(shè)備218釋放少 于24焦耳的能量。替代地或附加地，功率變換設(shè)備218的最大輸出電壓可以為60伏。在一些實 施例中，每功率變換設(shè)備218的24焦耳和60伏的限制可以允許總計10個PV組件200 和功率變換設(shè)備218串聯(lián)連接在PV系統(tǒng)中，該PV系統(tǒng)根據(jù)由美國安全檢測實驗室公司 (Underwriters Laboratories Inc. ；“UL”)設(shè)立的標(biāo)準(zhǔn)成為合格的低壓設(shè)備。UL低壓設(shè) 備標(biāo)準(zhǔn)將低壓設(shè)備定義為在檢測到中斷之后釋放最大值為240焦耳的能量并且具有60伏 的最大電壓的設(shè)備。在此具體的實例中，在檢測到中斷之后，具有10個串聯(lián)連接的PV組件 200和功率變換設(shè)備218的PV系統(tǒng)可以總計釋放最大值為240焦耳的能量，例如，10個功 率變換設(shè)備218乘每功率變換設(shè)備218的24焦耳=240焦耳，并且可以具有60伏的最大 電壓。更一般地，PV系統(tǒng)中每個功率變換設(shè)備218的最大輸出電壓可以是60伏，并且在 檢測到中斷之后每個功率變換設(shè)備218的最大能量釋放可以小于X/240焦耳的能量，其中X 是PV系統(tǒng)中串聯(lián)連接的組件200的數(shù)量。相應(yīng)地，如果PV系統(tǒng)僅包括5個串聯(lián)連接的PV 組件200，5個功率變換設(shè)備218中每個的功率變換電路230可以足夠快速地關(guān)斷，以使在 檢測到中斷之后5個功率變換設(shè)備218中的每個釋放少于48焦耳的能量。值得注意的是，低壓設(shè)備的UL電氣安全標(biāo)準(zhǔn)允許兼容系統(tǒng)實現(xiàn)非絕緣接地和相 對薄的絕緣體。具體而言，當(dāng)PV組件200符合剛剛提到的240焦耳最大中斷釋放能量以及 60伏最大操作電壓的標(biāo)準(zhǔn)時，PV組件200的背板212是PV電池陣列204的地線并且不需 絕緣來符合針對低壓設(shè)備的UL電氣安全標(biāo)準(zhǔn)。出于相同的原因，當(dāng)在背板212和PV電池 204之間采用“薄”絕緣體時，例如可以為3至10密耳厚的緩沖層216，PV組件200可以符 合UL電氣安全標(biāo)準(zhǔn)。在一些實施例中，非絕緣接地和薄絕緣體可以降低PV組件的制造成 本。在背板212與PV電池204之間使用3至10密耳厚度的薄緩沖層216可以替代地 或附加地提高背板212與PV電池204之間的熱傳導(dǎo)性。具體而言，與包括10至20密耳厚 度的厚緩沖層的現(xiàn)有技術(shù)的PV組件相比，PV電池204可以更加接近背板212。與現(xiàn)有技術(shù) 的PV組件相比，PV電池204對背板212的靠近可以導(dǎo)致PV電池204與背板212之間的熱 傳導(dǎo)性提高。提高的熱傳導(dǎo)性又可以在操作過程中提高PV電池204的散熱。4.功率變換設(shè)備外殼圖2B和2C公開了包括在功率變換設(shè)備218中的第一外殼232的各方面。在一些
19實施例中，第一外殼232可以具有約915mm的寬度wh，或?qū)挾萕h可以大于或小于915mm。PV 組件200還可以包括與第一外殼232協(xié)作以保護(hù)PCB 228的第二外殼254和散熱器256、功 率變換電路230和/或功率變換設(shè)備218的其它元件不暴露于水汽和/或其它環(huán)境因素。在一些實施例中，第一外殼232和第二外殼254可以集成在單個外殼中。替代地 或附加地，第二外殼254和散熱器256可以集成在單個部件中。替代地或附加地，第一外殼 232、第二外殼254和散熱器256中的一個或更多個可以包括塑料、鋁、金屬薄板或經(jīng)軋輾、 擠出或其它方式而形成的其它合適的材料。在本發(fā)明的一些實施例中，諸如螺釘、螺栓等的多個緊固件258可以用于將功率 變換設(shè)備218固定于第二外殼254和/或散熱器256。例如，在此實施例和其它實施例中， PCB 228和第二外殼254可以包括多個通孔并且散熱器256可以包括螺紋孔以容納緊固件 258。在將PCB 228和第二外殼254的通孔與散熱器256的螺紋孔對準(zhǔn)之后，緊固件258可 以插入并穿過PCB 228和散熱器256，以將功率變換設(shè)備218螺紋固定于散熱器256。替代 地或附加地，緊固件258可以將PCB 228和功率變換設(shè)備218的其它電元件經(jīng)由第二外殼 254和散熱器256接地至背板212。5.功率變換設(shè)備連接件如上所述，功率變換設(shè)備218可以包括彼此互補的第一連接件234和第二連接件 236 (圖2C)。第一連接件234和第二連接件236的每個可以包括對供應(yīng)線電源引線240A 和零線電源引線240B的連接。在一些實施例中，第一連接件234和第二連接件236可以分別經(jīng)由包括在負(fù)載或 蓄電池的電路中的互補的第二連接件和第一連接件而耦合至負(fù)載或蓄電池。替代地或附加 地，第一連接件234和第二連接件236可以用于將并排地布置的兩個或更多個PV組件200 耦合在一起。例如，第一 PV組件200的第一連接件234可耦合至與第一 PV組件200相鄰 的第二 PV組件200的第二連接件236。除了或者代替包括對供應(yīng)線電源引線240A和零線電源引線240B的連接的第一連 接件234和第二連接件236，功率變換設(shè)備218可以實現(xiàn)諸如圖4A和4B中公開的正極端子 和接地端子。具體而言，圖4A和4B的每個示出了功率變換設(shè)備的正極端子402A或402B 以及接地端子404A或404B的可能的結(jié)構(gòu)400A或400B。在圖4A和4B的每個圖中，可以提供外殼部件406A和406B，所述外殼部件406A和 406B對應(yīng)于圖2B的第二外殼254或散熱器256中的一個或更多個。另外，如下所述，外殼 部件406A和406B、第二外殼254或散熱器256可以耦合至PV組件200的電接地，在一些實 施例中所述電接地可以是背板212。盡管未示出，正極端子402A或402B的每個可以耦合至PCB 228的供應(yīng)線電源引 線240A(圖C)，而接地端子404A或404B可以耦合至零線電源引線240B。因此，正極端子 402A或402B和負(fù)極端子404A或404B可以用于將相鄰的PV組件200耦合在一起，并且/ 或者將PV組件的功率輸出耦合至負(fù)載或蓄電池。在圖4A的結(jié)構(gòu)400A中，正極端子402A可以包括經(jīng)由絕緣墊圈412穿過外殼部件 406A而耦合至正極接線柱410的帽螺釘408或其它緊固件。接地端子404A可以包括穿過 外殼部件406A而耦合至接地接線柱416的帽螺釘414或其它緊固件。當(dāng)將PV組件200的 正極端子402A和負(fù)極端子404A耦合至相鄰的PV組件200和/或負(fù)載或蓄電池時，正極端子410和接地端子416的每個可以提供可附接導(dǎo)線或電纜的位置。在圖4B的結(jié)構(gòu)400B中，正極端子402B可以包括經(jīng)由絕緣墊圈422穿過外殼部件 406B而耦合至正極接線柱420的帽螺釘418或其它緊固件。如圖所示，帽螺釘418也可以 穿過可以與圖2B和2C的PCB 228相對應(yīng)的PCB 424。一個或更多個橡膠或塑料連接件426 可以插入PCB 424中的通孔，以將帽螺釘418固定于PCB 424以及電源母線428。在一些實施例中，PCB 424可以包括一個或更多個焊接焊盤430，以接收用于將電 源母線428和嵌入在PCB 424中的供應(yīng)線引線(未示出)互連的焊接條432。替代地或附 加地，PCB 424可以包括用于將PCB 424與PV組件的底部間隔件互連的焊接條434，底部間 隔件如圖2A至2C中的PV組件200的底部間隔件210A。圖4B的結(jié)構(gòu)400B中的負(fù)極端子404B可以包括穿過外殼部件406B而耦合至接地 接線柱438的緊固件436。與圖4B的結(jié)構(gòu)400A —樣，在將PV組件200的正極端子402B和 接地端子404B耦合至相鄰的PV組件200和/或負(fù)載或蓄電池時，圖4B的結(jié)構(gòu)400B的正 極接線柱420和接地接線柱438可以提供可附接導(dǎo)線或電纜的位置。在圖4A和4B中，連接至接線柱410、416、420和438的導(dǎo)線或電纜可以相對較大， 具有至少3mm2或更大的截面積，但在一些實施例中不大于150mm2。如上所述，導(dǎo)線或電纜 可以將功率變化設(shè)備的輸出功率傳遞至蓄電池、負(fù)載或其它使用點。D.連接回到圖2B和圖2C，PV組件200可以包括在背板212與功率變換設(shè)備218之間的 機械連接、電接地連接和/或熱連接。機械連接、電接地連接和/或熱連接可以包括以下中 的一個或更多個結(jié)構(gòu)帶、導(dǎo)電帶、導(dǎo)熱硅密封劑、在功率變換設(shè)備218與背板212之間并經(jīng) 由一個或更多個其它部件的機械接觸、機械緊固件和連接件等或它們的任意組合。 具體地，在一些實施例中，結(jié)構(gòu)帶和/或?qū)щ妿Э梢詰?yīng)用于在背板212的應(yīng)力緩解 折疊件226、第二外殼254和散熱器256之間的界面。替代地或附加地，結(jié)構(gòu)帶和/或?qū)щ?帶可以應(yīng)用于散熱器256與背板212之間的界面。在一些實施例中，硅密封劑可以應(yīng)用于背板212、散熱器256、第二外殼254、第一 外殼232和前板202之間的界面260A至260D的一個或更多個。在一些實施例中，功率變換設(shè)備218與背板212之間的機械接觸可以通過緊固件 258、第二外殼254、應(yīng)力緩解折疊件226和散熱器256而連鎖地形成。替代地或附加地，功 率變換設(shè)備218與背板212之間的機械接觸可以經(jīng)由幾個或更多個中間部件而形成。在本發(fā)明的一些實施例中，功率變換設(shè)備218的背板212、散熱器256和電接地可 以處于相同電位。E.無源行平衡本發(fā)明的實施例可以包括使經(jīng)過每行中的PV電池的電流和經(jīng)過PV組件中的行的 電流無源行平衡的PV組件。如文中所用，“電流的無源行平衡”是指使電流無源地繞過一個 或更多個阻塞的PV電池或行。如文中所使用，如果PV電池所產(chǎn)生的電流大幅度小于相同 行中的其它PV電池所產(chǎn)生的電流，則該PV電池是“阻塞的”。同理，如果行所產(chǎn)生的電流大 幅度小于PV組件中的其它行所產(chǎn)生的電流，則該行是“阻塞的”。圖2A至2C的PV組件200是PV組件200的一個實例，該PV組件200可以實現(xiàn)對 經(jīng)過每行206中的PV電池204的電流無源行平衡。對經(jīng)過每行206中的PV電池204的電流的無源行平衡可以通過將每行206中的PV電池204經(jīng)由間隔件210彼此并聯(lián)耦合來實 現(xiàn)。相應(yīng)地，如果頂部行206A中的PV電池204是阻塞的，則本應(yīng)當(dāng)流經(jīng)阻塞的PV電池204 的電流可以經(jīng)頂部間隔件210B繞過阻塞的PV電池204，并且隨后流經(jīng)頂部行206A的其它 PV電池204中的一個或更多個。圖6A和6B圖示地對比了在非均勻光照條件下具有并聯(lián)連接的PV電池的行的PV 組件(“并聯(lián)連接的PV組件”)、諸如圖2A至2C的PV組件200的效率和具有串聯(lián)連接的 PV電池的現(xiàn)有技術(shù)的PV組件(“串聯(lián)連接的PV組件”)的效率，具有并聯(lián)連接的PV電池 的行的PV組件實現(xiàn)對經(jīng)過每行206中的PV電池的電流的無源行平衡。χ軸以光照強度的 3-Sigma變化表示平均光照強度的百分比，所述3-Sigma變化是可以量化光照的不均勻度 的一種措施。y軸可以表示PV組件的效率。曲線602和604可以分別表示并聯(lián)連接的PV組件的短路電流Jsc和開路電壓Voc。 通過比較的方式，曲線606和608可以分別表示串聯(lián)連接的PV組件的短路電流Jsc和開路 電壓Voc ο在串聯(lián)連接的PV組件中，由于PV電池全部串聯(lián)連接，因此每個PV電池中的電流 必須與其它每個電池中的電流相等。相應(yīng)地，當(dāng)PV電池中的一個阻塞時，阻塞的PV電池會 限制串聯(lián)連接的PV組件中其它PV電池的電流。由此，串聯(lián)連接的PV組件相對地對阻塞的 PV電池敏感，并且一般會以性能最差的PV電池的水平上來操作，如曲線606的相對較大的 負(fù)斜率所示。相比之下，由于并聯(lián)連接的PV組件的每行中的PV電池并聯(lián)地連接，因此行中的每 個PV電池的電流不必與同一行的其它每個PV電池相同。相應(yīng)地，當(dāng)行中的一個PV電池阻 塞時，電流可以經(jīng)由同一行中的其它PV電池流過而繞過阻塞的PV電池。這樣，并聯(lián)連接的 PV組件可以相對地對阻塞的PV電池較不敏感，以允許PV電池的電流的較大變化而不至于 工作在性能最差的PV電池的水平，如曲線602的比曲線606的斜率小的斜率所示。對于曲線608所表示的串聯(lián)連接的PV組件的開路電壓Voc，曲線608是平的，意味 著串聯(lián)連接的PV組件的電壓對光照強度變化不敏感。并聯(lián)連接的PV組件的電壓可以對光照強度的變化具有一些敏感性，如在約5%的 3-Sigma變化之后曲線604的負(fù)斜率所示。然而，在PV電池和PV組件中對電壓控制進(jìn)行的 控制比電流控制更加容易，并且電壓不會隨光照顯著變化，使得并聯(lián)PV組件的電壓對光照 強度變化的敏感性不成為問題。另外，就高達(dá)約10%的光照強度的3-Sigma變化的開路電 壓而言，并聯(lián)PV組件可以比串聯(lián)PV組件的性能更佳。圖6B以圖表對比在1. 0和1. 2太陽的平均光照下，并聯(lián)連接的PV組件的功率輸 出和串聯(lián)連接的PV組件的功率輸出。X軸以光照強度的3-Sigma變化表示平均光照強度的 百分比，y軸表示相應(yīng)PV組件每表面積的功率。曲線612和614可以分別表示在1. 2和1. 0太陽的平均光照下并聯(lián)連接的PV組 件每表面積的的功率輸出。曲線616和618也可以分別表示在1. 2和1. 0太陽的平均光照 下串聯(lián)PV組件每表面積的的功率輸出。從圖6B可見，在與均勻光照條件相對應(yīng)的約0%的光照強度的3-Sigma變化處，當(dāng) 平均光照強度增加20%，例如從1. 0太陽增加至1. 2太陽時，串聯(lián)PV組件每表面積的功率 輸出(曲線616和618)可以增加約20%。類似地，當(dāng)平均光照強度增加20%時，并聯(lián)PV組件每表面積的功率輸出(曲線612和614)可以增加約20%。并聯(lián)PV組件和串聯(lián)PV組 件的每個在每表面積功率輸出上的20%的增益在圖6B中由箭頭620來表示。圖6B還示出隨著光照強度的3-Sigma變化增加超過0%，串聯(lián)連接的PV組件每表 面積的功率輸出(曲線616和618)是怎樣比并聯(lián)連接的PV組件每表面積的功率輸出(曲 線612和614)更快地下降。此外，增加光照條件的非均勻性可以導(dǎo)致串聯(lián)連接的PV組件每表面積的功率輸 出在1. 2太陽的平均光照下比在1. 0太陽的平均光照下下降得更快。因此，隨著光照強度 的3-Sigma變化增加，曲線616和618趨于會聚。然而，無論平均光照是1. 2太陽還是1. 0太陽，并聯(lián)PV組件每表面積的功率輸出 都可以大約相同的速率下降。當(dāng)平均光照強度隨著光照強度的3-Sigma變化增加而增加 20%時，并聯(lián)連接的PV組件可以比串聯(lián)連接的PV組件更接近在每表面積功率上20%的增
■、Λ
frff. οIII.光伏組件的第二個實例如上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例的PV組件可以實現(xiàn)對經(jīng)過每行中的PV電池的電流 無源行平衡。替代地或附加地，根據(jù)本發(fā)明實施例的PV組件可以實現(xiàn)對經(jīng)過PV組件中的 行的電流無源行平衡。例如，圖5A和5B公開了 PV組件500的實例，所述PV組件500可以 實現(xiàn)對經(jīng)過PV組件500中的行的電流無源行平衡。PV組件500可以對應(yīng)于圖IA至ID中的PV組件116、124和140。圖5A示出了 PV 組件500的簡化后視圖，圖5B示出了 PV組件500的二極管表示。圖5A和5B的PV組件500在某些方面可類似于圖2A至2C的PV組件200。例如， PV組件500可以包括前板502 (圖5A)；置于前板502下方并可以布置成行506和列508 的多個PV電池504 (總稱為“PV電池陣列504”)；包括底部間隔件510A和頂部間隔件510B 并插在PV電池504的行506之間的多個間隔件510 ；背板512，在圖5A中可透視地表示了 該背板512以使PV電池504可見；以及功率變換設(shè)備514 (圖5B)，經(jīng)由功率變換電路516 而冗余地連接至PV電池504。鑒于背板512可以為PV電池504提供電流回流路徑，在圖 5B中背板512定義為電流回流路徑512A，并耦合在功率變換設(shè)備514與頂部間隔件510B 之間。盡管圖5A或5B未示出，PV組件500還可以包括PV組件200包含粘合層、緩沖層 和/或其它部件。如圖所示，PV組件500通過將每行中的PV電池504彼此并聯(lián)而可以實現(xiàn)對經(jīng)過 每個行506中的PV電池504的電流的無源行平衡。此外，PV組件500可以通過結(jié)合多個 旁路二極管518而實現(xiàn)對經(jīng)過行506的電流的無源行平衡。圖5A包括嵌入件520，所述嵌 入件520示出了旁路二極管518至PV組件500的連接。如嵌入件520中所示，旁路二極管 518可以經(jīng)由間隔件510而彼此串聯(lián)耦合。另外，如圖5B的二極管表示所示，旁路二極管 518的每個可以與相鄰的行506中的PV電池504反向并聯(lián)。例如，在圖5B中旁路二極管 518A表示為與相鄰的行506A的PV電池504反向并聯(lián)。在一些實施例中，旁路二極管518允許電流繞過阻塞的行，比如繞過行506A。例 如，行506A可能由于非均勻光照條件而阻塞，所述非均勻光照條件包括事實上的和實質(zhì)上 的非均勻光照條件。
當(dāng)行506A阻塞時，行506A產(chǎn)生的電流低于其它行506產(chǎn)生的電流，這使行506A 成為電流瓶頸，將其它每行506的電流限制于行506A的電流。結(jié)果是，在缺少旁路二極管 518的情況下，行506A實質(zhì)上可以對連接至底部間隔件510A和功率變換設(shè)備514的PV電 池陣列504所產(chǎn)生的功率輸出造成電壓損耗，并因此造成功率損耗。然而在操作中，由于每個旁路二極管518與相應(yīng)的行506反向并聯(lián)連接，當(dāng)阻塞的 行506兩端的電壓不平衡變得足夠大時，相應(yīng)的旁路二極管518可以導(dǎo)通并允許電流繞過 阻塞的行506。因此，在圖5A和5B的實例中，當(dāng)阻塞的行506A兩端的電壓不平衡變得足夠 大時，反向并聯(lián)耦合至阻塞的行506A的旁路二極管518可以導(dǎo)通以允許電流經(jīng)由旁路二極 管518A從行506B繞過阻塞的行506A而流至行506C。IV.光伏組件的第三個實例本發(fā)明的實施例可替代地或附加地包括對經(jīng)過PV組件的行的電流有源地行平衡 的PV組件。如文中所用，“電流的有源行平衡”是指利用一個或更多個有源電子設(shè)備來輸入 組件功率或使電流繞過一個或更多個阻塞的行。例如，圖7公開了 PV組件700的實例，所述PV組件700可以實現(xiàn)對PV組件700 中的行的有源行平衡。PV組件700可以對應(yīng)于圖IA至ID的PV組件116、124和140。圖 7示出了 PV組件700的簡化后視圖。PV組件700在某些方面可以類似于圖2A至2C的PV組件200和圖5A至5B的PV 組件500。例如，PV組件700可以包括前板702 ；置于前板702下方并可以布置成行和列 的多個PV電池(圖中看不到)；包括底部間隔件704A和頂部間隔件704B并插在PV電池 的行之間的多個間隔件704 ；背板706 ；以及功率變換設(shè)備708，經(jīng)由底部間隔件704A而冗 余地連接至PV組件700的PV電池。盡管圖7未示出，PV組件700還可以包括圖2A至2C的PV組件200包含的粘合 層、緩沖層和/或其它部件。功率變換設(shè)備708可以包括多個功率變換電路710，所述多個功率變換電路710經(jīng) 由底部間隔件704A而單獨地連接至PV組件700的PV電池。功率變換電路710和PV組件 700的PV電池共同接地至背板706。例如，功率變換電路710可經(jīng)由接地連接712接地至 背板706，接地連接712可以包括將功率變換電路710互連至背板706的焊料等。類似地， PV組件700的PV電池可以經(jīng)由接地連接714接地至背板706，接地連接714可以包括經(jīng)頂 部間隔件704B將背板706互連至PV組件700的PV電池的焊料等。附加地，功率變換電路710可以單獨地連接至供應(yīng)線716、零線718和數(shù)字控制線 720。數(shù)字控制線720可以將控制模塊722耦合至功率變換電路710的每個?？刂颇K722 可以將功率變換電路710接通或斷開。替代地或附加地，控制模塊722可以控制功率變換 電路710的每個的占空比、操作頻率或其他方面。替代地或附加地，功率變換電路710的每 個可以包括自身的控制模塊，其中控制模塊722包括主控制模塊。此外，PV組件700可以包括有源行平衡設(shè)備724，所述有源行平衡設(shè)備724對經(jīng)過 PV組件700的PV單元的行的電流進(jìn)行有源行平衡。有源行平衡設(shè)備724可以包括互連于 PV組件700的PV電池的行之間的多個有源電子設(shè)備726。每個有源電子設(shè)備726可以包 括場效應(yīng)晶體管(“FET”)、門極驅(qū)動器、電感器、電容器、旁路二極管、微控制器等或它們的 任意組合。替代地或附加地，有源電子設(shè)備726可以包括消費電子設(shè)備。
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在一些實施例中，有源電子設(shè)備726可以耦合至PV電池的相鄰行之間的相鄰的間 隔件704，使得有源電子設(shè)備726與PV電池的行之間為1 1的對應(yīng)，允許每個有源電子設(shè) 備726對PV電池的相應(yīng)的單個行進(jìn)行有源行平衡。替代地，有源電子設(shè)備726可以每隔一 個間隔件704、每隔兩個間隔件704等交替的方式耦合至間隔件704，使得有源電子設(shè)備726 與PV電池的行之間為1 2或1 X (X> 2)的對應(yīng)，允許每個有源電子設(shè)備726對PV電 池的相應(yīng)的兩個或更多個行進(jìn)行有源行平衡。有源電子設(shè)備726的每個可以耦合至供應(yīng)線716，使得有源行平衡設(shè)備724可以由 來自功率變換設(shè)備708的已調(diào)節(jié)功率輸出來供電。替代地或附加地，有源電子設(shè)備726的 每個可以耦合至數(shù)字控制線720，以允許功率變換設(shè)備708的控制模塊722控制有源電子設(shè) 備726的操作。有源行平衡設(shè)備724還可以包括一個、兩個或更多個PCB 728，有源電子設(shè)備726 和/或引線、跡線或其它部件可以置于所述PCB 728上。每一個PCB 728可以為約1英寸 寬乘36英寸長。替代地，PCB 728的尺寸可以不同于明確描述的尺寸。在一些實施例中， PCB 728的長寬比可以在20 1與40 1之間，允許有源電子設(shè)備726在不使用飛線的情 況下使用焊料和/或其它短距離互連線而沿PV組件700的側(cè)部邊緣耦合至相應(yīng)的間隔件 704。替代地或附加地，使用具有長寬比在20 1至40 1之間的PCB 728可以允許有源 行平衡設(shè)備724以緊湊的形式沿PV組件700的側(cè)部邊緣安裝。在操作中，有源電子設(shè)備726 —般可以將電流經(jīng)由間隔件704饋送至PV電池的阻 塞的行，以便平衡PV組件700中的電流，并使PV組件700在變化的非均勻光照條件下的功 率輸出最大化。在一些實施例中，有源行平衡設(shè)備724可以包括傳感器或其它設(shè)備來檢測 行是否阻塞。當(dāng)檢測到阻塞的行時，有源行平衡設(shè)備可以指示相應(yīng)的有源電子設(shè)備726將 電流饋送至阻塞的行。替代地或附加地，有源行平衡設(shè)備724和/或功率變換設(shè)備708可以承擔(dān)這樣的 循環(huán)過程將電流饋送至PV組件700的每個行，并且當(dāng)每個行被饋送了來自相應(yīng)有源電子 設(shè)備726的額外電流時，測量并記錄PV組件700的功率輸出。一旦記錄下功率輸出的測量 結(jié)果，便可以確認(rèn)出阻塞或性能不佳的行，當(dāng)饋送電流時，阻塞或性能不佳的行使PV組件 700的功率輸出最大。對應(yīng)于阻塞或性能不佳的行的有源電子設(shè)備726隨后可以繼續(xù)將電 流饋送至阻塞或性能不佳的行。替代地或附加地，對應(yīng)于多個阻塞或性能不佳的行的多個 有源電子設(shè)備726可以繼續(xù)將電流饋送至多個阻塞或性能不佳的行。在此實例中，控制模塊722可以經(jīng)由數(shù)字控制線720單獨地指示有源電子設(shè)備726 在間隔的時間將電流饋送至對應(yīng)的行。替代地或附加地，控制模塊722可以在間隔的時間 測量PV組件700的功率輸出，以確定阻塞或性能不佳的行。替代地或附加地，在確定阻塞 或性能不佳的行之后，控制模塊722可以指示相應(yīng)的有源電子設(shè)備726繼續(xù)將電流饋送至 阻塞或性能不佳的行。如上所述，有源行平衡設(shè)備724可以由PV組件700的已調(diào)節(jié)功率輸出來供電。有 源行平衡設(shè)備724使用PV組件700的已調(diào)節(jié)功率輸出來供電可以減少PV組件700的已調(diào) 節(jié)功率輸出。然而，當(dāng)有源平衡了 PV電池的行時，PV組件700的已調(diào)節(jié)功率輸出中的增益 可以大于對有源行平衡設(shè)備724供電所需的已調(diào)節(jié)功率輸出的損耗。因此，與操作具有非 平衡的行的PV組件700相比，利用由PV組件700供電的有源行平衡設(shè)備724的有源行平衡可以在PV組件700的已調(diào)節(jié)功率輸出中產(chǎn)生凈增益。V.光伏組件的第四個實例下面參見圖8，公開了 PV組件800的第四個實例，所述PV組件800可以對應(yīng)于圖 IA至ID的PV組件116、124和140。圖8示出PV組件800的簡化主視圖。PV組件800在 某些方面可以類似于圖2A至2C的PV組件200、圖5A至5B的PV組件500和圖7的PV組 件700。例如，PV組件800可以包括前板802 ；置于前板802下方并可以布置成行806和 列808的多個PV電池804 (總稱為"PV電池陣列804” )，；包括底部間隔件810A和頂部間 隔件810B并插在行806之間的多個間隔件810 ；以及背板812。盡管圖8未示出，PV組件800還可以包括粘合層、緩沖層、冗余地連接至PV組件 800的功率變換設(shè)備、連接至多個間隔件810的每個的端部的有源行平衡設(shè)備和/或文中所 述的其它元件。圖8附加地示出了具有基本上為梯形形狀以減少對PV電池托架的浪費的PV電池 804。嵌入件814示出了并排布置的兩個PV電池804A和804B。如圖所見，PV電池804可 以交替地以第一方向以及與第一方向相反的第二方向來布置。VI. 一些光伏組件的概況根據(jù)本發(fā)明實施例的PV組件可以實現(xiàn)各種配置，并且可以在各種均勻和/或非均 勻光照條件下操作。如上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例的PV組件可以包括多個行，每行包括多 個并聯(lián)連接的PV電池。當(dāng)行中的一個或更多個PV電池例如因非均勻光照而阻塞時，行中 并聯(lián)連接的PV電池的實現(xiàn)可以允許電流繞過一個或更多個阻塞的PV電池而流經(jīng)行中的其 它PV電池來在該行中重新平衡。替代地或附加地，本發(fā)明的一些實施例可以包括冗余耦合至PV組件的功率變換 設(shè)備。如上所述，功率變換設(shè)備可以調(diào)節(jié)PV組件的輸出功率。替代地或附加地，本發(fā)明實施例可以包括利用旁路二極管等對每行中的PV電池 和/或PV組件中的行實現(xiàn)無源行平衡的PV組件。當(dāng)行阻塞時，耦合在阻塞的行附近的旁 路二極管可以導(dǎo)通并允許電流繞過阻塞的行。替代地或附加地，本發(fā)明實施例可以包括利用有源電子設(shè)備實現(xiàn)有源行平衡的PV 組件。當(dāng)行阻塞時，有源電子設(shè)備可以將電流饋送至阻塞的行，以使PV組件的功率輸出最 大化。A.全填裝(Fully Populated)的光伏組件本發(fā)明實施例可替代地或附加地，包括全填裝的PV組件和/或稀疏填裝 (Sparsely Populated)的PV組件。全填裝的PV組件包括PV電池所占據(jù)的PV組件正面的 表面積的百分比為85%或更多的PV組件。與此相反，稀疏填裝的PV組件包括PV電池所占 據(jù)的PV組件正面的表面積的百分比小于85%的PV組件。例如，圖9A和9B每個都示出全填裝的PV組件902和904。為了實現(xiàn)全填裝的PV 組件，PV組件902和904可以采用互連于PV電池的行之間的間隔件，其中該間隔件與PV電 池的行不在同一層中。例如，圖10公開了可以對應(yīng)于PV組件902或904中的一個或更多個的PV組件的 簡化剖面圖。如圖所示，圖10的PV組件可以包括前板1002 ；通過粘合層1006耦合在前 板1002后方的PV電池的多個行1004 ；配置于行1004的后方并互連于行1006之間的多個間隔件1008 ；緩沖層1010 ；以及背板1012。在此實施例和其它實施例中，將間隔件1008放 置于行1004后方可以允許行1004配置在一起而成為全填裝PV組件1000?；氐綀D9A，圖9A的PV組件902可以包括功率變換設(shè)備906。PV組件902可以具 有250瓦的基本輸出和/或600瓦的最大輸出。任選地，PV組件902可以與相鄰于PV組 件902而放置的光反射器一起來實現(xiàn)，所述光反射器將光照聚集到PV組件902上。盡管光 反射器可以對PV組件902產(chǎn)生非均勻光照，但在一些實施例中，光反射器的使用仍可以將 PV組件902的功率輸出增加為1. 2至2倍中的任何倍數(shù)或更高。圖9B的PV組件904可以包括功率變換設(shè)備908和有源行平衡設(shè)備910。PV組件 904可以具有280瓦的基本輸出和/或650瓦的最大輸出。任選地，PV組件904可以與相 鄰于PV組件904而放置的光反射器一起來實現(xiàn)，所述光反射器將光照聚集在PV組件904 上。盡管光反射器可以對PV組件904產(chǎn)生非均勻光照，但在一些實施例中，光反射器的使 用以及對有源行平衡設(shè)備910的包括仍可以將PV組件904的功率輸出增加為1. 3至2倍 中的任何倍數(shù)或更高。B.稀疏填裝的光伏組件圖9C和9D的每個示出稀疏填裝的PV組件912和904。為了實現(xiàn)稀疏填裝的配 置，PV組件912、914可以采用互連于PV電池的行之間的間隔件，其中所述間隔件額外地插 入于PV電池的行中，所述間隔件例如為圖2B中互連并插在行206之間的間隔件210。在一些實施例中，一個或更多個反射器可以與PV組件912、914 一起實現(xiàn)，以反射 否則會在行之間作用到PV電池的行上的光。在一些實施例中，一個或更多個光反射器可以 包括遮板(Louver)。相應(yīng)地，遮板或其它反射器可以直接地放置于間隔件的前方，而使PV 電池的行暴露于陽光，使得光可以直接作用到PV電池的行上，并且/或者光可以從遮板上 反射至PV電池的行上。由于PV組件中所使用的PV電池可以代表PV組件的總成本中的主 要成本，因此稀疏填裝的光伏組件與全填裝的PV組件相比可以極大地降低成本，即使是在 稀疏填裝的PV組件912、914的總成本中加上遮板或其它反射器的成本的情況下。如圖9C所示，PV組件912可以包括功率變換設(shè)備916。PV組件可以具有300瓦 的基本輸出。如圖9D所示，PV組件914可以包括功率變換設(shè)備918和有源行平衡設(shè)備920。在 一些實施例中，PV組件914可以具有330瓦的基本輸出。C.光伏組件中的熱管理在一些實施例中，PV組件的PV電池的操作效率可以隨著PV電池溫度的升高而降 低。然而，本發(fā)明的實施例可以包括用于管理PV組件的PV電池所產(chǎn)生的熱量的方面和特 點。在一些實施例中，如上所述，間隔件可以插在PV電池的行之間，使得PV電池所產(chǎn)生的 熱量可以傳導(dǎo)性地從PV電池傳遞至間隔件，并且隨后通過高發(fā)射性的間隔件而從PV組件 輻射出去。例如，在一些實施例中，圖2A至2C的PV組件200可以包括具有大于0. 6的發(fā) 射率并插在PV電池204的行206之間的間隔件210。替代地或附加地，PV組件的背板可以是高發(fā)射性的，并且可以熱耦合至PV組件的 PV電池，使得PV電池所產(chǎn)生的熱量可以傳導(dǎo)性地從PV電池傳遞至背板，并且隨后通過高發(fā) 射性的背板輻射出去。例如，在一些實施例中，圖2A至2C的PV組件200可以包括具有大 于0. 6的發(fā)射率的背板212，該背板經(jīng)由緩沖層216熱耦合至PV單元204。
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替代地或附加地，PV組件可以包括在PV系統(tǒng)中，所述PV系統(tǒng)還包括布置于PV組 件的間隔件前方的多個遮板。一般地，遮板可以布置為使得熱傳導(dǎo)性地從PV組件的PV單 元傳遞至間隔件，從所述間隔件輻射傳遞至遮板，并從所述遮板傳導(dǎo)性地傳遞至空氣中。遮 板可以提供用于熱交換的大的表面積以冷卻PV組件。例如，圖IlA至IlD分別公開了多個結(jié)構(gòu)1102、1104、1106和1108的剖面圖，所述 多個結(jié)構(gòu)1102、1104、1106和1108可以實現(xiàn)于包括PV組件和可選擇的多個遮板的PV系統(tǒng) 中。具體而言，PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1102至1108的每個可以包括PV組件，而只有PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1104 至1108包括遮板。首先，應(yīng)注意的是PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1102至1108不是按比例繪制的。PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1102至1108的每個可以包括PV組件1110，所述PV組件1110包括 PV電池的行1112和插在行1112之間的間隔件1114。盡管未示出，但PV組件1110可以另 外包括配置于行1112和間隔件1114的前方并且耦合至行1112和間隔件1114的前板。替 代地或附加地，PV組件1110可以包括功率變換設(shè)備、有源行平衡設(shè)備和/或文中所述的其 它部件。附加地，PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1104包括遮板1116A，PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1106和1108包括遮板 1116B。遮板1116A和1116B的每個可以具有基本為三角形且非對稱的剖面形狀。替代地 或附加地，遮板可以具有準(zhǔn)三角形和/或?qū)ΨQ的剖面形狀。遮板1116A的基本為三角形的 剖面形狀可以在全部三條邊上閉合，而遮板1116B的基本為三角形的剖面形狀可以沿著最 接近于PV組件1110的底邊開放。遮板1116可以配置于間隔件1114的前方而使行1112暴露以接收太陽輻射。在 此情況下，來自太陽的光線可以直接作用到行1112上，并且/或者光線在作用到行1112之 前可以由遮板1116反射。在PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1104中，遮板1116A可以具有與直接在間隔件1114前方的PV組 件1110機械接觸的閉合底部。在PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1106中，遮板1116B可以具有也與直接在間 隔件1114前方的PV組件1110機械接觸的開放底部。在PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1108中，遮板1116B 可以具有不與直接在間隔件1114前方的PV組件1110機械接觸的開放底部。作為替換，在 PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1108中，遮板1116B的開放底部可以經(jīng)由間隔層1117與PV組件1110間隔開。 在一些實施例中，間隔層可以包括空氣，并且可替代地或附加地具有在1/16至3/4英寸之 間的厚度t。在一些實施例中，遮板1116可以布置在可拆卸遮板系統(tǒng)中，所述遮板系統(tǒng)可以包 括框架，所述框架用以支撐遮板1116并且將遮板1116可移動地耦合至PV組件1110。在PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1102至1108的每個中，PV組件可以包括鋁背板(未示出)。替代 地或附加地，間隔件1114中的每個可以包括高發(fā)射性的間隔件。圖11另外公開了在操作過程中可分別對應(yīng)于PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1102至1108的每個的 溫度曲線1102A、1104A、1106A和1108A。溫度曲線1102A至1108A圖示了對于PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1102至1108，PV組件1110表面上的溫度(y軸)為PV組件1110表面上的位置(χ軸)的 函數(shù)。溫度曲線1102Α至1108Α還分別公開了 PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1102至1108的最大操作溫度 1118A、1118B、1118C，1118D。對于PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1102，最大操作溫度1118A可以為約60. 9°C。對于PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1104，最大操作溫度1118B可以為約56. 2°C。對于PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1106，最大操作溫度1118C
28可以為約50. 7°C。對于PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1108，最大操作溫度1118D可以約為46. 7°C。從溫度曲線1102A至1108A可見，與缺少遮板的PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1102相比，在PV系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)1104、1106，1108中實現(xiàn)的遮板可以顯著降低PV組件1110的最大操作溫度。例如，在 此實例中，對在PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1104中直接與PV組件1110接觸的具有閉合底部的遮板1116A 的實現(xiàn)，可將PV組件1110表面的最大操作溫度降低約4. 7V。替代地，在此實例中，在PV 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1106中具有與PV組件1110直接接觸的開放底部的遮板1116B的實現(xiàn)可以將PV 組件1110表面的最大操作溫度降低約10.2°C。替代地，在此實例中，在PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1108 中具有由間隔層1117而與PV組件1110間隔開的開放底部的遮板1116B的實現(xiàn)可以將PV 組件1110表面的最大操作溫度降低約14. 2V。應(yīng)當(dāng)理解，PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1104、1106，1108中降低了的最大操作溫度可以允許PV組 件1110中PV電池的行1112在PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1104、1106、1108中比在PV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1102中
更有效地操作。在不脫離本發(fā)明的主旨和基本特征的情況下，本發(fā)明可以其它特定形式來實施。 在此描述的實施例的所有方面都被認(rèn)為是示意性的而非限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由 所附權(quán)利要求而非前面的描述所表示。在與權(quán)利要求等同的意思和范圍內(nèi)進(jìn)行的所有改變 都包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種光伏組件，包括導(dǎo)電背板；配置于所述導(dǎo)電背板上的非導(dǎo)電層；配置于所述非導(dǎo)電層上方的多個光伏電池，所述多個光伏電池配置為多個行，并且共同產(chǎn)生由第一電壓表征的第一功率輸出，其中每個行包括兩個或更多個光伏電池；每個行中的所述光伏電池彼此并聯(lián)連接；所述多個行串聯(lián)連接；和頂部行連接至所述導(dǎo)電背板；以及功率變換設(shè)備，所述功率變換設(shè)備冗余連接至底部行和所述導(dǎo)電背板以形成完整的電路，所述功率變換設(shè)備將所述第一功率輸出變換為由大于所述第一電壓的第二電壓表征的第二功率輸出，并且基本上保持所述多個光伏電池的峰值功率。
2.如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中，在所述頂部行至所述底部行的多個光伏電池 的兩端產(chǎn)生的電壓小于或等于10伏。
3.如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中，所述多個光伏電池密封在保護(hù)外殼中以防止 所述多個光伏電池暴露于濕氣，所述保護(hù)外殼包括所述導(dǎo)電背板、太陽能封邊帶和配置于 所述多個光敏電池上方的前板。
4.如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中，所述導(dǎo)電背板包括用于所述功率變換設(shè)備和 所述多個光伏電池的電接地。
5.如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中，所述多個光伏電池產(chǎn)生的至少一些熱量傳導(dǎo)性地傳遞至所述導(dǎo)電背板；并且所述導(dǎo)電背板將傳導(dǎo)性地傳遞至所述導(dǎo)電背板的至少一些熱量從所述光伏組件輻射出去。
6.如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中，所述功率變換設(shè)備包括配置于所述功率變換 設(shè)備的對置的端部的兩個互補連接件，所述兩個互補連接件使得所述光伏組件以及所述功 率變換設(shè)備與一個或更多個相似地配置的光伏組件以及功率變換設(shè)備并排地連接。
7.如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中，所述功率變換設(shè)備包括接地接線柱和正極接 線柱，所述接地接線柱和正極接線柱的每個被配置為接收具有大于3mm2的截面積的不同的 導(dǎo)線，所述不同的導(dǎo)線將所述第二功率輸出傳輸至使用點。
8.如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中，所述第二電壓小于或等于60伏，所述光伏組件 還包括有源接地故障檢測設(shè)備，所述有源接地故障檢測設(shè)備識別所述第二功率輸出中的中 斷，并且在識別出中斷之后將從所述光伏組件中流出的能量限制為小于24焦耳。
9.如權(quán)利要求8所述的光伏組件，其中，所述導(dǎo)電背板包括暴露的電接地，并且所述非 導(dǎo)電層的厚度小于10密耳。
10.如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中，所述導(dǎo)電背板包括具有大于0.6的發(fā)射率的 背表面。
11.如權(quán)利要求10所述的光伏組件，其中，在操作過程中由所述多個光伏電池產(chǎn)生的至少一些熱量傳導(dǎo)性地傳遞至所述導(dǎo)電背 板，所述導(dǎo)電背板的背面將至少一些熱量從所述光伏組件的背面輻射出去；或者所述導(dǎo)電背板響應(yīng)于對入射到所述導(dǎo)電背板的背面上的光線的吸收而產(chǎn)生熱量，至少 一些所述熱量傳導(dǎo)性地傳遞至所述多個光伏電池，并且所述光伏電池將熱量從所述光伏組 件的正面輻射出去以將聚集在所述光伏組件的正面上的冰或雪融化。
12.如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中，所述光伏組件安裝于墻壁結(jié)構(gòu)并直接接收 來自太陽的太陽輻射、或經(jīng)由一個或更多個反射材料的反射而間接接收來自太陽的太陽輻 射，所述一個或更多個反射材料配置于所述墻壁結(jié)構(gòu)中、配置于墻壁結(jié)構(gòu)上或接近墻壁結(jié) 構(gòu)地放置，所接收的太陽輻射在所述光伏組件的正面上在強度上是非均勻的。
13.如權(quán)利要求12所述的光伏組件，其中，所述一個或更多個反射材料包括配置于所 述墻壁結(jié)構(gòu)中的窗口。
14.如權(quán)利要求1所述的光伏組件，還包括多個導(dǎo)電間隔件，所述多個行互連于所述多 個導(dǎo)電間隔件之間，其中，所述多個行經(jīng)由所述多個導(dǎo)電間隔件而串聯(lián)連接。
15.如權(quán)利要求14所述的光伏組件，其中，底部導(dǎo)電間隔件的至少一部分延伸到所述 導(dǎo)電背板的相應(yīng)的邊緣之外，所述底部導(dǎo)電間隔件耦合在所述功率變換設(shè)備與所述底部行 之間。
16.如權(quán)利要求15所述的光伏組件，還包括在所述導(dǎo)電背板中形成的第一應(yīng)力緩解折 疊件以及在所述底部間隔件中形成的第二應(yīng)力緩解折疊件，所述第一應(yīng)力緩解折疊件將所 述導(dǎo)電背板與所述功率變換設(shè)備互連，所述第二應(yīng)力緩解折疊件將所述功率變換設(shè)備與所 述多個行串聯(lián)地互連。
17.如權(quán)利要求14所述的光伏組件，其中，所述功率變換設(shè)備管理流經(jīng)所述光伏電池 的電流。
18.如權(quán)利要求14所述的光伏組件，其中，所述多個行并排地布置，并且所述多個導(dǎo)電 間隔件配置于所述多個行與所述非導(dǎo)電層之間以使所述光伏組件的正面上的光伏電池密度最大化。
19.如權(quán)利要求14所述的光伏組件，還包括經(jīng)由所述多個導(dǎo)電間隔件而彼此串聯(lián)耦合 的多個旁路二極管，每個旁路二極管與不同的行反向并聯(lián)連接，使得當(dāng)行阻塞時，電流可以 流經(jīng)與阻塞的行反向并聯(lián)耦合的相應(yīng)的旁路二極管而繞過該行。
20.如權(quán)利要求14所述的光伏組件，其中，所述多個導(dǎo)電間隔件的每個包括固態(tài)銅、圖 案化的銅、固態(tài)鋁或圖案化的鋁。
21.如權(quán)利要求14所述的光伏組件，其中，所述多個光伏電池的每個為基本上的矩形 形狀或基本上的梯形形狀，在所述多個行的每個中的每個光伏電池連接至兩個導(dǎo)電間隔 件，所述多個行的每個互連在所述兩個導(dǎo)電間隔件之間。
22.如權(quán)利要求14所述的光伏組件，還包括獨立地與所述多個導(dǎo)電間隔件的至少一些 耦合的有源行平衡設(shè)備，所述有源行平衡設(shè)備將電流饋送至所述多個行中的一個或更多個 以使所述光伏組件的功率輸出最大化。
23.如權(quán)利要求22所述的光伏組件，其中，所述功率變換設(shè)備從所述第一功率輸出提 取操作功率，并且所述有源行平衡設(shè)備從所述第二功率輸出提取操作功率。
24.如權(quán)利要求22所述的光伏組件，其中，所述功率變換設(shè)備和所述有源行平衡設(shè)備 之一或兩者包括具有大于等于20 1并且小于等于40 1的長寬比的印刷電路板。
25.如權(quán)利要求22所述的光伏組件，其中，所述功率變換設(shè)備和所述有源行平衡設(shè)備之一或兩者包括消費電子設(shè)備。
26.如權(quán)利要求22所述的光伏組件，其中，所述有源行平衡設(shè)備包括多個有源電子設(shè) 備，所述多個有源電子設(shè)備的每個包括場效應(yīng)晶體管、門極驅(qū)動器、電感器、電容器或微控 制器中的一個或更多個。
27.如權(quán)利要求26所述的光伏組件，其中，所述多個有源電子設(shè)備的每個與所述多個 行中的相應(yīng)的一行并聯(lián)耦合，當(dāng)所述多個行中的相應(yīng)的一行阻塞時，所述多個有源電子設(shè) 備的每個將電流饋送至所述多個行中的相應(yīng)的一行。
28.一種光伏系統(tǒng)，包括光伏組件，包含導(dǎo)電背板；基本上透明的前板；配置于所述導(dǎo)電背板與所述前板之間的多個光伏電池，所述多個光伏電池布置成多個 行，每個行中的所述光伏電池并聯(lián)連接，并且所述行串聯(lián)連接；配置于所述光伏電池之間的多個導(dǎo)電間隔件，所述導(dǎo)電間隔件包括頂部間隔件和底部 間隔件，所述頂部間隔件將頂部行與所述導(dǎo)電背板互連；和功率變換設(shè)備，所述功率變換設(shè)備經(jīng)由所述底部間隔件而冗余連接至底部行并連接至 所述導(dǎo)電背板以形成完整的電路；以及位于所述導(dǎo)電間隔件和所述前板的上方的多個遮板，所述遮板將作用到所述遮板上的 太陽輻射反射至所述光伏電池。
29.如權(quán)利要求28所述的光伏系統(tǒng)，其中，所述遮板的每個包括底座，所述光伏系統(tǒng)還 包括配置于所述前板與所述遮板的底座之間的間隔層。
30.如權(quán)利要求28所述的光伏系統(tǒng)，其中，所述遮板的每個包括熱傳導(dǎo)材料并促進(jìn)所 述光伏組件的冷卻。
全文摘要
本發(fā)明的一個示例性實施例包括PV組件，包含導(dǎo)電背板；配置于導(dǎo)電背板上的非導(dǎo)電層；多個PV電池，布置成行并且共同產(chǎn)生由第一電壓表征的第一功率輸出；以及功率變換設(shè)備。每個行包括兩個或更多個PV電池。每個行中的PV電池可以彼此并聯(lián)連接。行可以串聯(lián)連接。頂部行可以連接至導(dǎo)電背板。功率變換設(shè)備可以冗余連接至底部行和導(dǎo)電背板以形成完整的電路。功率變換設(shè)備可以將第一功率輸出變換為由大于第一電壓的第二電壓表征的第二功率輸出。功率變換設(shè)備還可以保持PV電池的峰值功率。
文檔編號H01L31/042GK101978510SQ200980109824
公開日2011年2月16日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者達(dá)拉斯·W.·邁爾 申請人:騰克太陽能公司