技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光伏系統(tǒng)及其設(shè)備。

背景技術(shù)：

已經(jīng)開發(fā)出太陽能面板(solar panel)用于將太陽光轉(zhuǎn)換成能量。太陽能面板通常是由彼此相互連接并且在空間上設(shè)置成彼此相鄰或分開的太陽能電池陣列構(gòu)成的。所述電池通常被布置成串聯(lián)電池的串聯(lián)組和/或并聯(lián)組。盡管太陽能面板已經(jīng)成功用于某些應(yīng)用，但是仍然存在某些限制。面板通常是由光伏含硅晶圓材料(photovoltaic silicon bearing wafer material)構(gòu)成的，光伏含硅晶圓材料通常難以大批量高效制造，并且來源有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

本發(fā)明的實施例提供用于高密度太陽能面板的系統(tǒng)。

技術(shù)方案

本發(fā)明的一個實施例提供一種太陽能模塊設(shè)備，包括：

太陽能電池陣列；

多個區(qū)域，劃分所述太陽能電池陣列，所述多個區(qū)域的每個區(qū)域彼此串聯(lián)；

多個光伏串,劃分所述多個區(qū)域的每個區(qū)域，所述多個光伏串的每個光伏串彼此并聯(lián)；

多個光伏帶，形成所述多個光伏串的每個光伏串，多個帶的每個帶被配置為彼此串聯(lián)的布置；

第一匯流條和第二匯流條，被配置在所述太陽能電池的每個區(qū)域上；

其中所述多個帶的每個帶包括光伏材料，所述光伏材料包括前匯流條和后匯流條，所述前匯流條沿著第一邊緣區(qū)域設(shè)置并且所述后匯流條沿著第二邊緣區(qū)域設(shè)置，所述多個帶的每個帶與多個串之一相關(guān)聯(lián)，與所述多個串之一相關(guān)聯(lián)的所述多個帶的每個為重疊配置以在物理上和電氣上配置所述串。

在實施例中，所述多個帶的每個包括光伏材料的厚度，所述光伏材料包括前匯流條和后匯流條，所述前匯流條沿著第一邊緣區(qū)域設(shè)置并且所述后匯流條沿著第二邊緣區(qū)域設(shè)置。

在實施例中，所述多個帶的每個帶由硅基單晶太陽能電池或硅基多晶太陽能電池構(gòu)成。

在實施例中，所述太陽能電池陣列被配置成產(chǎn)生300W至450W的電力，所述區(qū)域的每個區(qū)域被配置成產(chǎn)生至少70W的電力；所述帶的每個帶被配置成產(chǎn)生至少0.8W的電力。

在實施例中，進一步包括被配置成夾住所述太陽能電池陣列的一對基板構(gòu)件，所述基板構(gòu)件的至少一個是透明材料。

本發(fā)明的另一個實施例提供一種太陽能模塊設(shè)備，包括：

多個串，所述多個串的每個串被配置為彼此并聯(lián)的電氣布置；

多個光伏帶，形成多個光伏串的每個光伏串，多個帶的每個帶被配置為彼此串聯(lián)的布置；

第一端接線端，沿著所述多個串的每個串的第一端配置，所述第一端接線端是第一接線端；

第二端接線端，沿著所述多個串的每個串的第二端配置，所述第二端接線端是第二接線端；

其中所述多個帶的每個包括光伏材料，所述光伏材料包括前匯流條和后匯流條，所述前匯流條沿著第一邊緣區(qū)域設(shè)置并且所述后匯流條沿著第二邊緣區(qū)域設(shè)置，所述多個帶的每個與所述多個串之一相關(guān)聯(lián)，與所述多個串之一相關(guān)聯(lián)的所述多個帶的每個為重疊配置以在物理上和電氣上配置所述串。

在實施例中，所述多個串設(shè)置在用于形成所述太陽能模塊的多個區(qū)域的一個區(qū)域中。

本發(fā)明的另一個實施例提供一種太陽能模塊設(shè)備，包括：

多個串，所述多個串的每個串被配置為彼此并聯(lián)的電氣布置；

多個光伏帶，形成多個光伏串的每個，多個帶的每個被配置為彼此串聯(lián)的布置；

第一端接線端，沿著所述多個串的每個串的第一端配置，所述第一端接線端是第一接線端；

第二端接線端，沿著所述多個串的每個串的第二端配置，所述第二端接線端是第二接線端，

其中，設(shè)置在每個串中的所述多個光伏帶的每個光伏帶經(jīng)由平鋪布置設(shè)置成串聯(lián)連接。

有益效果

本發(fā)明的實施例使用重疊的(overlapped)或平鋪的(tiled)光伏帶元件來增加光伏材料的量，從而增大功率量，同時減小太陽能面板中的串聯(lián)電阻損失的量。

附圖說明

圖1是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的光伏模塊的簡化視圖。

圖2是圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有有陰影的帶(shaded strip)的實例并且模塊沒有任何旁路二極管的光伏模塊的簡化視圖。

圖3是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的圖2中的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。

圖4是圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有有陰影的帶和旁路二極管的實例的光伏模塊的簡化視圖。

圖5是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的圖4中的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。

圖6是圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有一組有陰影的帶的實例的光伏模塊的簡化視圖。

圖7是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的圖6中的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。

圖8是圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有處于不同定位(orientation)的一組有陰影的帶的實例的光伏模塊的簡化視圖。

圖9是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的圖8中的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。

圖10是圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有處于不同定位的一組有陰影的帶的實例的光伏模塊的簡化視圖。

圖11是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的圖10中的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。

圖12是圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有幾乎所有的有陰影的帶的實例的光伏模塊的簡化視圖。

圖13是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的圖12中的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。

圖14是圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有所有帶(strip)具有串聯(lián)和并聯(lián)連接的實例的光伏模塊的簡化視圖。

圖15是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的圖14中的光伏模塊在一個帶被陰影遮蔽時的I-V曲線的曲線圖。

圖16是圖示了本發(fā)明的另一個實施例的簡化視圖。

圖17是圖示了模塊的一個區(qū)域的簡化視圖。光伏帶(photovoltaic strip，PV strip)被圖示為串聯(lián)，其構(gòu)成串(string)。

具體實施方式

本發(fā)明針對光伏系統(tǒng)及其設(shè)備。

本發(fā)明的實施例提供用于高密度太陽能面板的系統(tǒng)。本發(fā)明的實施例使用重疊的(overlapped)或平鋪的(tiled)光伏帶元件來增加光伏材料的量，從而增大功率量，同時減小太陽能面板中的串聯(lián)電阻損失的量。

圖1是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的光伏模塊的簡化視圖。如圖所示，模塊具有與常規(guī)模塊相同量的光伏(“PV”)材料。在實例中，常規(guī)的電池被做成五(5)個光伏帶(photovoltaic strip)。光伏帶然后被制成二十(20)個電池的串(string)。在實例中，六個串并聯(lián)并且由一個旁路二極管保護。并聯(lián)串的該區(qū)域然后與另一組由其自身的旁路二極管所保護的六(6)個并聯(lián)串相互連接。圖1描繪了分開每個串的三(3)個區(qū)域，但是在其他實例中可以有更多區(qū)域。

圖2是圖示了在模塊中沒有旁路二極管的根據(jù)本發(fā)明的具有有陰影的帶的實例的光伏模塊的簡化視圖。

圖3是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的圖2中的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。陰影電池電壓曲線示出了當模塊處于短路條件下時，陰影電池能夠具有幾乎-33V，遠超光伏帶的反向偏置擊穿電壓。

圖4是圖示了在模塊中具有旁路二極管的根據(jù)本發(fā)明的具有有陰影的帶的實例的光伏模塊的簡化視圖。

在實例中，示出了太陽能模塊。此模塊具有太陽能電池陣列。此陣列可以是N×M，其中N是大于或等于1的整數(shù)，M是大于或等于2的整數(shù)。在實例中，此模塊具有劃分太陽能電池陣列的多個區(qū)域。在實例中，區(qū)域數(shù)量為1至R，其中R是4或更大。在實例中，多個區(qū)域的每個彼此串聯(lián)。如圖所示，太陽能模塊具有三個區(qū)域，每個區(qū)域彼此串聯(lián)。

如圖所示，此模塊具有劃分多個區(qū)域的每個的多個光伏串。多個光伏串的每個彼此并聯(lián)。在實例中，各所述多個光伏串的數(shù)量為2至12。在此實例中，如圖所示，每個區(qū)域具有彼此耦接的六個串。

如圖所示，此模塊具有形成多個光伏串的每個的多個光伏帶。如圖所示，多個帶的數(shù)量在2至30的范圍內(nèi)。多個帶的每個被配置為彼此串聯(lián)布置。

還如圖所示，在太陽能電池的每個區(qū)域配置第一匯流條和第二匯流條。在此實例中，圖示了四(4)個匯流條。第一匯流條和第二匯流條被配置到第一區(qū)域。第二匯流條和第三匯流條被配置到第二區(qū)域。第三匯流條和第四匯流條被配置到第三區(qū)域。如在此處所用，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”或“第四”不一定表示順序，并且應(yīng)當根據(jù)普通含義進行理解。在實例中，等效的(equivalent)二極管器件被配置在第一匯流條和第二匯流條之間用于特定區(qū)域。如圖所示，每個區(qū)域具有等效的二極管器件。

如圖所示，與多個串之一相關(guān)的且與第一多個區(qū)域相關(guān)的多個光伏帶之一被陰影遮蔽。一個有陰影的帶引起與所述多個串之一相關(guān)的多個帶(“陰影帶(Shaded Strips)”)停止從施加的與多個串之一相關(guān)的電磁輻射產(chǎn)生電流。與區(qū)域中的剩余的多個串相關(guān)的所有剩余的多個帶的每個產(chǎn)生與在“陰影帶”無陰影時的電流基本上相等的電流。用于多個帶的在第一匯流條和第二匯流條之間的二極管器件被配置為導通(turn-on)以通過二極管器件旁路(by-pass)“陰影帶”的電流，并且旁路的電流穿過耦接至與第二多個區(qū)域相關(guān)的多個帶的等效的二極管器件。

圖5是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的圖4中的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。附圖示出了陰影電池兩端的反向偏置電壓在短路條件下被限制在約-12.5V。其低于陰影太陽能電池的反向電壓擊穿(reverse voltage breakdown)的閾值。在串與其他串并聯(lián)時，二極管保護串中的陰影電池。

圖6是圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有一組有陰影的帶的實例的光伏模塊的簡化視圖。該模塊的有效光伏區(qū)域以及陰影的位置與常規(guī)太陽能模塊相同。然而，在本實例中，模塊效率高得多，通過整個本說明書以及更具體地以下描述將示出這一點。

圖7是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的圖6中的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。如以下I-V曲線所示，最大模塊功率降低了圖1中的未被陰影遮蔽的模塊的最大功率的約1/18。在這種情況下，本發(fā)明的圖示比常規(guī)模塊具有小得多的陰影遮蔽損失。常規(guī)模塊在等量的陰影下?lián)p失了其發(fā)電量(generating capacity)的1/3。

如圖所示，與多個串之一相關(guān)的且與第一多個區(qū)域相關(guān)的多個光伏帶中的六個被陰影遮蔽。有陰影的帶引起與所述多個串之一相關(guān)的多個帶(“陰影帶”)停止從施加的與多個串之一相關(guān)的電磁輻射產(chǎn)生電流。與區(qū)域中的剩余的多個串相關(guān)的所有剩余的多個帶的每個產(chǎn)生與在“陰影帶”無陰影時的電流基本上相等的電流。用于多個帶的在第一匯流條和第二匯流條之間的二極管器件被配置為導通以通過二極管器件旁路“陰影帶”的電流，并且旁路的電流穿過耦接至與第二多個區(qū)域相關(guān)的多個帶的等效的二極管器件。

圖8是圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有有陰影的帶的實例的光伏模塊簡化視圖，其中模塊的底部被陰影遮蔽。在這種情況下，全部六個并聯(lián)串將停止發(fā)電。模塊中剩余的12個串將繼續(xù)發(fā)電。此實例是在常規(guī)模塊中可以發(fā)現(xiàn)的類似的陰影條件。然而，常規(guī)模塊將停止產(chǎn)生任何電力，而本發(fā)明的模塊僅損失其發(fā)電量的僅1/3。

圖9是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。其描繪了如圖8所示被陰影遮蔽時的模塊的產(chǎn)生功率(power production)。

圖10是圖示了根據(jù)本發(fā)明的沿著模塊的長度具有有陰影的帶的實例的光伏模塊的簡化視圖。如圖所示，在處于彼此串聯(lián)布置的區(qū)域的每個區(qū)域中的一個串被陰影遮蔽。

圖11是圖示了在如圖10所示被陰影遮蔽時根據(jù)本發(fā)明的實例的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。此I-V曲線示出了模塊的最大產(chǎn)生功率是在無陰影條件下的模塊的最大產(chǎn)生功率的5/6。這比常規(guī)模塊更好，與沒有陰影的常規(guī)模塊相比，在類似的陰影條件下，常規(guī)模塊將具有最大產(chǎn)生功率的僅2/3。

圖12是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的光伏模塊的簡化視圖，其中模塊的17/18被陰影遮蔽。

圖13是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。其示出了模塊仍然能夠發(fā)電，而常規(guī)模塊將不能產(chǎn)生任何電力。

圖14是圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的實例的光伏模塊的簡化視圖，其中所有電池與相鄰的電池串聯(lián)和并聯(lián)。在實例中，模塊還具有多個電串(electrical string)。每個串是導電構(gòu)件(electrical conducive member)。如圖所示，每個電串被配置為從彼此并聯(lián)的多個串形成由彼此并聯(lián)設(shè)置的多個帶提供的等效的帶。

圖15是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實例的光伏模塊的I-V曲線的曲線圖。當光伏(“PV”)帶被陰影遮蔽時，模塊將僅減小單獨的帶的產(chǎn)生功率。在與有陰影的帶相同的串中剩余的光伏帶將能夠發(fā)電，如同模塊中的無陰影的串一樣。

圖16是圖示了本發(fā)明的另一個實施例的簡化視圖。串的物理定位(physical orientation)是不同的，但是在電力上，布局是類似的。附圖圖示了包括四(4)個區(qū)域的模塊。每個區(qū)域配置旁路二極管器件且由旁路二極管器件保護。一對區(qū)域被配置在陣列的一側(cè)，如圖所示，以形成區(qū)域的2×2陣列，盡管可以有變型。每個區(qū)域具有配置成彼此并聯(lián)布置的多個串。在實例中，每個串具有多個帶。

圖17是圖示了模塊的一個區(qū)域的簡化視圖。光伏帶被圖示為串聯(lián)，其構(gòu)成串。附圖示出了并聯(lián)的六(6)個串。所有并聯(lián)的串和每個串中的光伏帶由一個二極管保護。

在實例中，多個串的數(shù)量可以為2至12，雖然在此附圖中示出了6個。多個串的每個串被配置為彼此并聯(lián)的電氣布置。在實例中，多個光伏帶形成多個光伏串的每個。多個帶可以在2至30的范圍內(nèi)，使得多個帶的每個被配置為彼此串聯(lián)的布置。在實例中，區(qū)域具有第一端接線端，其被配置為沿著多個串的每個的第一端。在實例中，第一端接線端是第一接線端。在實例中，第二端接線端被配置為沿著多個串的每個的第二端。在實例中，第二端接線端是第二接線端。

在實例中，等效的二極管器件被配置在第一端接線端與第二端接線端之間，使得與多個串之一相關(guān)聯(lián)的多個光伏帶之一在被陰影遮蔽時引起與所述多個串之一相關(guān)的多個帶(“陰影帶”)停止從施加的電磁輻射產(chǎn)生電流。與剩余的多個串相關(guān)的所有剩余的多個帶的每個產(chǎn)生與在“陰影帶”無陰影時的電流基本上相等的電流。用于多個帶的在第一接線端與第二接線端之間的等效的二極管器件被配置為導通以通過等效的二極管器件旁路電流，使得旁路的電流穿過與被配置為彼此并聯(lián)的多個帶耦接的等效的二極管器件。在實例中，多個串設(shè)置在區(qū)域中。如此前所述，一個區(qū)域在多個區(qū)域中以形成太陽能模塊。

在實例中，太陽能模塊被配置成產(chǎn)生100W至600W。另外，等效的二極管的特征是多個單獨的二極管器件，每個二極管器件保護多個串中的一個串。當然，也可以有其他變型、替代形式和修改。

在實例中，等效的二極管器件是與每個區(qū)域中的多個串的每個串中的多個帶的每個帶耦接的單獨的二極管器件的總和。

在實例中，多個帶的每個帶包括光伏材料的厚度(thickness)，光伏材料包括前匯流條和后匯流條。在實例中，前匯流條沿著第一邊緣區(qū)域設(shè)置，并且后匯流條沿著第二邊緣區(qū)域設(shè)置。

在實例中，多個帶的每個帶包括光伏材料的厚度，光伏材料包括前匯流條和后匯流條。在實例中，前匯流條沿著第一邊緣區(qū)域設(shè)置，并且后匯流條沿著第二邊緣區(qū)域設(shè)置。在實例中，多個帶的每個帶與多個串之一相關(guān)聯(lián)。在實例中，多個串的每個串與處于重疊配置的多個串之一相關(guān)聯(lián)以在物理上和電氣上配置串。

在實例中，多個帶的每個包括光伏材料的厚度，光伏材料包括前匯流條和后匯流條。在實例中，前匯流條沿著第一邊緣區(qū)域設(shè)置，并且后匯流條沿著第二邊緣區(qū)域設(shè)置。在實例中，多個帶的每個帶與多個串之一相關(guān)聯(lián)。在實例中，與多個串之一相關(guān)聯(lián)的多個帶的每個帶為重疊配置以在物理上和電氣上配置串。在實例中，多個帶的每個帶由硅基單晶或多晶太陽能電池構(gòu)成。

在實例中，太陽能電池的陣列被配置成產(chǎn)生300W至450W。在實例中，每個區(qū)域被配置成產(chǎn)生至少70W。在實例中，每個帶被配置成產(chǎn)生至少0.8W。

在實例中，模塊進一步包括被配置成夾住太陽能電池陣列的一對基板構(gòu)件，基板構(gòu)件的至少一個是透明材料。在實例中，太陽能電池陣列可在太陽能電池陣列的最大功率減去與陰影帶相關(guān)聯(lián)的功率量下工作。

在實例中，模塊進一步包括功率輸出，該功率輸出等于最大額定功率(maximum power rating)減去和與陰影帶相關(guān)聯(lián)的串相等的量。在實例中，模塊進一步包括功率輸出，該功率輸出等于最大額定功率減去和與陰影帶相關(guān)聯(lián)的一個以上串相等的量。在實例中，模塊進一步包括多個電串，每個電串被配置成從彼此并聯(lián)的多個串形成由多個帶提供的等效的帶。

在實例中，太陽能設(shè)備被配置為光伏帶的并聯(lián)陣列(parallel array)。該設(shè)備具有光伏帶的第一陣列。在實例中，第一陣列由一個光伏帶×n個光伏帶限定。在實例中，多個光伏帶以邊緣連接的配置串聯(lián)設(shè)置并且以平鋪方式(tiled manner)和/或分層方式(layered manner)和/或偏置堆疊方式(off-set stacked manner)配置。在實例中，該設(shè)備具有光伏帶的第二陣列。第二陣列由一個光伏帶×n個光伏帶限定。在實例中，多個光伏帶以邊緣連接的配置串聯(lián)設(shè)置并且以平鋪方式和/或分層方式和/或偏置堆疊方式配置。該設(shè)備具有第一電極構(gòu)件和第二電極構(gòu)件，該第一電極構(gòu)件耦接光伏帶的第一陣列和光伏帶的第二陣列的每個的正電接頭區(qū)域(positive contact region)，該第二電極構(gòu)件耦接光伏帶的第一陣列和光伏帶的第二陣列的每個的負電接頭區(qū)域(negative contact region)。該設(shè)備具有被配置給第一電極構(gòu)件和第二電極構(gòu)件的二極管器件。第一陣列和第二陣列被配置為形成光伏帶的并列串。

在實例中，該設(shè)備具有光伏帶的第三陣列。第三陣列由一個光伏帶×n個光伏帶限定。在實例中，多個光伏帶以邊緣連接的配置串聯(lián)設(shè)置；以及該設(shè)備具有光伏帶的第四陣列。第四陣列由一個光伏帶×n個光伏帶限定。在實例中，多個光伏帶以邊緣連接的配置串聯(lián)設(shè)置。第一電極構(gòu)件耦接光伏帶的第三陣列和光伏帶的第四陣列的每個的正電接頭區(qū)域，第二電極構(gòu)件耦接光伏帶的第三陣列和光伏帶的第四陣列的每個的負電接頭區(qū)域。第一陣列、第二陣列、第三陣列和第四陣列被配置為形成光伏帶的并列串。

在實例中，每個光伏帶包括寬度、長度和厚度，并且每個光伏帶包括第一接頭區(qū)域和第二接頭區(qū)域。每個帶被配置在彼此的相反的邊緣。第一接頭區(qū)域沿著第一邊緣的頂側(cè)，并且第二接頭區(qū)域沿著第二邊緣的底側(cè)，第二邊緣在第一邊緣的相反空間側(cè)。在實例中，第一接頭區(qū)域包括具有鋁匯流條構(gòu)件的第一側(cè)區(qū)域，而相反側(cè)沒有鋁材料。

在實例中，等效的二極管器件可以是Schottky Barrier Rectifiers或其他二極管。該器件可以具有由Dioden、Lite-on Semiconductor公司或其他公司制造的20SQ040，“用于太陽能模塊的旁路二極管-Schottky Barrier Rectifiers Bypass”。在實例中，等效的二極管器件是金屬或硅整流器，多載流子導體(majority carrier conduction)，除其他特征之外，具有用于瞬態(tài)保護的護圈、低功率損耗、高效率、高電涌和電流容量、低VF。二極管被配置為JEDEC R-6模制塑料。二極管具有0.4V至0.6V的低正向電壓降，以及40V-45V的最大直流閉鎖電壓。其他特征包括在Lite-on Semiconductor公司或其他公司制造的這種二極管的數(shù)據(jù)表中，這些數(shù)據(jù)表通過引用的方式并入本文中。