[發明專利]無旁路二極管的光伏發電系統

有效

• 申請號: 201380035972.8
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN104508834A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: A·L·倫蒂尼;G·N·尼爾森;M·奧坎丹
• 申請（專利權）人: 桑迪亞公司
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H01L31/05
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 李輝

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年7月6日提交的并且題為“PHOTOVOLTAIC?POWER?GENERATION?SYSTEM?FREE?OF?BYPASS?DIODES”的第13/543,297號美國專利申請的優先權。該申請的整體通過引用方式并入于此。

政府利益聲明

本發明是根據桑迪亞公司(Sandia?Corporation)和美國能源部之間的DE-AC04-94AL85000合同開發的。美國政府對于本發明具有一定的權利。

背景技術

與利用化石燃料發電有關的環境問題連同這些化石燃料的不可再生性質增加了對替代能源的需求。利用可再生能源的示例性電力系統包括太陽能發電系統、風力發電系統、水電發電系統、地熱發電系統等。

常規的太陽能發電系統——尤其那些被用于向住宅提供電力的系統——包括太陽能板，太陽能板包括多個相對大的硅光伏電池(例如，大約六英寸乘以六英寸)。例如，單個的太陽能板可以包括大約七十二個電池。太陽能電池被制造為輸出某個電壓(例如，硅電池的0.6伏特)，無論在太陽能電池處接收到的特定波長的太陽輻射的量，這個電壓近似恒定，并且在太陽能板內太陽能電池串聯電連接，因此太陽能板產生大約40伏特。典型的住宅太陽能系統包括若干(例如，5至10個)太陽能板，并且板串聯電連接，從而導致數百個電池串聯電連接，共同輸出近似等于個體電池的電壓總和的電壓。然而，要注意的是，當太陽能電池和板電串聯布置時，跨每個太陽能板中每個電池的電流必須是相等的。

由于光伏電池的電流與入射到電池上的光成比例，如果串聯連接中的一個電池接收低的光水平，整個的串聯連接具有低的電流。因此，當一個電池或電池的一部分具有低的光水平(例如，由于遮蔽)時，包括若干太陽能板的典型太陽能發電系統配置會有嚴重的電流降低(和功率輸出降低)。常常，當太陽能發電系統安裝在住宅或其他建筑物上時，樹木或其他障礙物可能在附近，并且因此，遮蔽至少組件的一部分會頻繁發生。

當跨太陽能發電系統發生某個圖案的遮蔽時，除非保護電氣裝置在適當的位置上，否則太陽能電池會被嚴重損壞。例如，如果單個太陽能電池被障礙物遮蔽，并且太陽能發電系統中的所有其他電池均被照射，那么該單個電池會被驅動進入反向擊穿，以支持由其他電池生成的電流流動。在當前的太陽能發電安裝中，電池電流約為5安培，并且硅電池的擊穿電壓約為60伏特或更高，這依賴于用于生產電池的電池設計和制造技術。由于擊穿跨大電池不是均一過程，相對大的電流(5安培)和相對大的功率(多于100瓦特)會導致裝置發生故障在短路或開路狀態中，從而導致操作不當和對電池、板、和/或安裝的永久損壞。

為防止太陽能發電安裝中的光伏電池被驅動進入反向擊穿，旁路二極管被有選擇地跨電池定位，從而從沒有光電流的電池轉移電流并且防止這些電池進入擊穿區域。然而，旁路二極管的使用消耗太陽能發電安裝中的空間，相對昂貴，并且增加了太陽能板的裝配時間。而且，使用旁路二極管會導致過多的功率產生損失，因為每個旁路二極管一般保護板中電池的三分之一(例如，板中通常有三個旁路二極管)。因此，如果一個電池被遮蔽，來自被旁路二極管覆蓋的所有電池的功率產生將被損失。

發明內容

以下是對本文中更詳細描述的主題的簡短概要。這個概要不旨在限制權利要求的范圍。

本文中描述的是與光伏發電系統有關的各種技術。更具體地，本文中描述了不含任何旁路二極管的光伏發電系統。在示例性實施例中，光伏發電系統可包括至少一個太陽能板(還稱為組件)，太陽能板由多個光伏子組件組成。每個光伏子組件可以具有在50伏特和2000伏特之間的工作電壓，并且因此，多個板可以電并聯布置。太陽能板的額定工作電壓一般位于200伏特和500伏特之間的范圍內，這對于常規商品逆變器來說基本上是最佳的，因為美國當今的監管限制為600伏特，盡管所附的權利要求不被這樣的監管限制如此限制。此外，在示例性實施例中，光伏子組件的寬度可以小于30厘米并且長度小于30厘米，盡管考慮其它尺寸的子組件。太陽能板中光伏子組件的并聯布置便于防止在特定子組件或一組子組件受到遮蔽時，跨這些子組件之一耗散相對大量的功率。