[發(fā)明專利]光伏模塊串布置及其遮蔽保護

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980159455.5
• 申請日: 2009-05-25
• 公開（公告）號: CN102439722A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設計）人: 利奧尼德·魯賓;瓦萊麗·M·內(nèi)布索夫;法里博爾茲·法里·奧爾杜巴迪
• 申請（專利權）人: 達伊4能量有限公司
• 主分類號: H01L27/142
• 分類號: H01L27/142;H01L31/042;H01L31/05
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 朱勝;陳煒

技術領域

本發(fā)明涉及光伏(PV)模塊，更具體地，涉及配置PV電池以允許增加PV串的數(shù)量并且利用位于PV模塊內(nèi)的旁路二極管提供對所述串的遮蔽保護。

背景技術

包括晶體硅PV電池的PV模塊的設計和制造已保持幾乎不變超過三十年。典型的PV電池包括半導體材料，該半導體材料具有至少一個p-n結(jié)和具有集電電極的前側(cè)表面和背側(cè)表面。當照射傳統(tǒng)的晶體PV電池時，其生成在約0.6V-0.62V處大約為34mA/cm²的電流。多個PV電池通常以串聯(lián)和/或并聯(lián)PV串的形式電互連，以形成與單個PV電池相比產(chǎn)生更高電壓和/或電流的PV模塊。

PV電池可以借助于由例如鍍錫銅制成的金屬片(tab)而互連成串。典型的PV模塊可包括例如串聯(lián)互連的36-100個PV電池，并且這些電池通常可組合成2至4個PV串，以實現(xiàn)比利用單個PV電池能夠獲得的電壓更高的電壓。

由于一般期望PV模塊在戶外工作通常25年而不退化，因此它們的構造必須承受各種天氣和環(huán)境狀況。例如，典型的PV模塊構造包括使用透明的低鐵鋼化玻璃片，該玻璃片在模塊的前側(cè)上覆蓋有一片聚合密封劑材料(諸如，乙酸乙烯酯)或一片熱塑性材料(諸如，氨甲酸乙酯)。將PV電池的陣列以使得電池的前側(cè)面對透明玻璃片的方式放置到聚合密封劑材料上。陣列的后側(cè)覆蓋有另外的密封劑材料層以及天氣保護材料(諸如，DuPont的Tedlar)的背片(back?sheet)層或玻璃片。另外的密封劑材料層和背片層通常具有開口以使得連接到模塊中的PV串的電導體穿過背面密封劑層和天氣保護材料的背片，從而提供到電路的連接。

對于具有兩個PV電池串的陣列的PV模塊，通常，四個導體被布置成穿過開口，以使得它們?nèi)勘舜肃徑虼怂鼈兛梢远私?terminate)于安裝在背片層上的接線盒中。玻璃、密封劑層、電池和背片層通常被真空層壓，以除去氣泡并且保護PV電池免受來自前側(cè)和后側(cè)以及還來自邊緣的濕氣滲透。在接線盒中實現(xiàn)PV串的電互連和到旁路二極管的連接。接線盒封接在PV模塊的背面。

具有串聯(lián)互連的PV電池的PV模塊最好僅在用大致相似的光強度照射所有串聯(lián)互連的PV電池時才運行。然而，即使PV模塊布局內(nèi)的一個PV電池被遮蔽，而所有其它電池都被照射，也會不利地影響整個PV模塊，從而導致從PV模塊輸出的功率大大降低。表明了(“Numerical?Simulation?of?Photovoltaic?Generators?with?Shaded?Cells”，V.Quaschning?和R.Hanitsch，30^th?Universities?Power?Engineering?Conference，格林威治，1995年9月5日至7日，第583-586頁)當僅一個PV電池的僅75％被遮蔽(小于3％的模塊面積)時，包括36個PV電池的光伏模塊損失高達70％的所生成的功率。除了暫時的功率損失之外，由于當PV電池被遮蔽時其開始作為大電阻器而不是功率發(fā)生器起作用，因此模塊會由于電池遮蔽而永久損壞。在該情形下，PV串中的其它PV電池將受遮蔽的電池暴露于驅(qū)動通過該大電阻器的電流的反向電壓。該過程會導致受遮蔽的PV電池的擊穿或?qū)⑵浼訜岬礁邷兀绻摳邷爻掷m(xù)則其可能毀壞整個PV模塊。為了減小在遮蔽情況下PV模塊損壞的風險，實際上，所有PV模塊根據(jù)所使用的具體PV模塊設計和PV電池的質(zhì)量，采用在每個PV串和/或整個模塊上連接的旁路二極管(BPD)。

單個PV串中的PV電池的數(shù)量取決于PV電池質(zhì)量，更特別地，取決于承受在甚至PV串內(nèi)的一個電池被遮蔽的情況下會在該串中的所有太陽能電池上發(fā)生的反向電壓擊穿的能力。例如，對于反向擊穿電壓額定為14V、并且每個PV電池產(chǎn)生約0.56V的最大電壓(Vmax)的具有良好質(zhì)量的PV電池，一個串中的PV電池的數(shù)量不應超過24。對于由冶金硅制成的、通常具有7V的較低反向擊穿電壓的PV電池，不推薦在包括多于12個的電池的PV串中使用這樣的PV電池。由于需要更復雜的PV電池布局，因此這為PV模塊制造者帶來了問題，并且這導致額外的高壓線與匯流排的連接(bussing)以及接線盒數(shù)量的增加。這些復雜性會由于增加的串聯(lián)電阻而導致功率損耗。