CN102177589A - 光伏电池电路 - Google Patents

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Abstract

公开了光伏电池电路(50)，其包括多个串联连接的光伏电池(12)。至少一个开关器件(42)并联到一个或多个光伏电池(12)的组。当入射到并联了开关器件(42)的光伏电池(12)中的一个或多个上的光被阻挡时，开关器件(42)为电路(50)提供电流通路。

Description

光伏电池电路
技术领域
本发明广义上涉及光伏电池电路，尤其但不专门用在建筑物屋顶上以将太阳能转换为电能。
背景技术
可串联多个光伏电池来产生特定应用所需要的电压。
例如叶子和鸟等外界事件有可能会遮挡入射到这些光伏电池中的一个或多个上的光。在例如这样的情形中，由于光伏电池的串联连接，多个光伏电池所能得到的功率输出可能会显著的降低。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种光伏电池电路包括：
多个串联连接的光伏电池；以及
至少一个开关器件，并联到一个或多个光伏电池构成的组，其中当入射到并联了开关器件的光伏电池中的一个或多个上的光被阻挡时，开关器件为电流提供电流通路。
开关器件可进一步包括多个开关器件中的一个，每个开关器件并联到由一个或多个光伏电池构成的各自的组上。开关器件中的至少一个可以为二极管。至少一个二极管的正向压降为0.7V或更少。
光伏电池电路可被配置为至少一个二极管并联到光伏电池中的一个或多个上，从而使二极管被其并联的一个或多个光伏电池反向偏置。
一个或多个光伏电池构成的组可被配置到屋顶上，用于收集太阳能以及将太阳能转换为电能。
至少一个二极管被热隔离，以减少该至少一个二极管的漏电流。
通过配置在二极管和入射光之间的一层隔离材料，使至少一个二极管热隔离于因暴露于光下而产生的热。
根据本发明又一方面，提供了光伏电池电路的连接方法，该方法包括：
串联连接多个光伏电池；以及
将至少一个开关器件并联于一个或多个光伏电池的组。
附图说明
现在通过参考附图和例子来描述本发明：
图1示出了光伏电池电路的透视图；
图2示出了光伏电池电路的开路电压随被遮挡住入射光的光伏电池的数量的关系图；
图3示出了图1的光伏电池电路的电路图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的光伏电池电路的电路图；
图5示出了图4的具有被遮挡住入射光的光伏电池的光伏电池电路的电路图；
图6示出了根据本发明的又一个实施例的光伏电池电路的电路图；以及
图7为示出了两个图6所示类型的光伏电池电路的串联连接的电路图；
具体实施方式
图1描述了包括串联连接在一起的多个光伏电池12a-12i(下文中一般指“光伏电池12”或“电池12”)的光伏瓦片2。串联连接的光伏电池12中的第一个和最后一个分别通过汇流条6a和6b电气耦合到电气端子8a和8b。串联连接的电池12形成光伏电池电路10。
图2示出了光伏电池电路10的开路电压22随被遮挡住入射光源的光伏电池12的数量的关系图20；可以看出，随着越来越多的光伏电池被遮挡，开路电压22基本以线性的方式降低。
图3为示出了形成图1中所示的光伏电池电路的光伏电池12的串联连接的测试电路30。该测试电路30包括串联连接的负载32和第一万用表34，其用于测量通过负载32的电流，并因此测量通过测试电路30的电流。第二万用表36并联连接到负载32，以测量跨越负载32的电压。
测试电路30被用于在试验时检测入射到光伏电池12上的光的遮挡效应。流过负载32的电流和跨越负载32的电压降分别由第一和第二万用表34、36测量。通过这些测量，可计算出负载32消耗的功率。在该例子以及下面的例子中，负载的电阻是33.3欧姆。
在第一测试中，没有光伏电池12被遮挡住入射光。负载32的电流、电压和功率为：
Figure BPA00001330304300031
在第二测试中，光伏电池12a被遮挡住入射光。在这种条件下，负载32的电流、电压和功率为：
Figure BPA00001330304300032
在第二测试中，可以看出遮挡一个光伏电池12可导致总功率输出下降到没有光伏电池12被遮挡时的功率输出的0.76％。
图4示出了根据本发明的一个实施例的光伏电池电路40，其连接到相同的测试电路30。光伏电池电路40包括串联连接的多个光伏电池12和并联连接到光伏电池12a的二极管42形式的开关器件。在本例子中，二极管42相对于光伏电池12a反向偏置。如果光伏电池12a被遮挡住入射光，光伏电池12a基本上相当于开路，但是如图5所示，二极管42为流过电路的电流提供了另一条通路。相比于参考图3描述的光伏电池12a被遮挡住入射光且不存在二极管或其他开关器件的情形，这可减少功率损耗。
使用测试电路30显示本发明的实施例的效果，并对该效果解释如下。起初，光伏电池电路40中没有光伏电池12被遮挡住入射光。负载32上电流和电压分别由第一和第二万用表34、36测量。负载32的电流、电压和功率为：
Figure BPA00001330304300041
图5示出了图4的光伏电池电路40，其中光伏电池12a被遮挡住入射光。这使得光伏电池12a成为开路13。在这种情况中，二极管42相对于其余的8个光伏电池12正向偏置，并且电流可流过二极管42。负载32的电流、电压和功率为：
Figure BPA00001330304300042
这表示功率输出为相比于没有光伏电池12被遮挡住入射光且不存在二极管时的功率输出的41.4％。
还进行了一些试验，其中多个光伏电池12被遮挡住入射光，且二极管42并联连接到多个光伏电池12。下表示出了一些试验的结果：
Figure BPA00001330304300043
Figure BPA00001330304300051
Figure BPA00001330304300061
图6示出了光伏电池电路50的例子，其包括多个串联连接的电池12且具有跨越多个电池12并联连接的二极管42。参考图2，通过使二极管42跨越光伏瓦片的端子8a和8b放置来实现该电路。二极管42相对于多个电池12反向偏置。在一个或多个电池12被遮挡住入射光的情况下，二极管42可提供另一条电流可流过的通路。当多个光伏电池电路50，特别是多个光伏瓦片2如下所述被串联连接时，这具有显著的优点。
光伏电池电路50可串联连接到另一光伏电池电路50，如图7所示。这等同于光伏瓦片2的串联连接，其中每个光伏瓦片2具有二极管42，二极管42跨越瓦片2各自的端子8a，8b。如果任意一个光伏电池电路50中的电池12被遮挡住入射光，该光伏电池电路50的相应的二极管42可提供另一条电流可流过的通路。这样，遮挡住一个或多个电池12不会导致像每个光伏电池电路50没有跨越连接的二极管或其他开关器件情况下那样大的能量损失。
在一个可替换实施例中，二极管42可跨越多个光伏电池12，例如屋顶安装的太阳能系统中的光伏瓦片的阵列。其优点是当某一光伏电池12被遮挡住入射的太阳光时，凭其可获得更高的电压以克服电压降。
二极管42在每个光伏电池电路50中的并联连接使每个被遮挡住入射光的光伏电池电路50中的一个或多个电池12的不利影响局域化。如果光伏电池电路50的串联连接产生足够高的电压，例如在100V及以上，则可忽略跨越42的电压降。这使多个串联连接的光伏电池电路50(即光伏瓦片2)可被用于提供能产生足够高电压的装置，例如变换器，由此不会因遮挡住一个或多个电池12的入射光而使电压降低到像不使用二极管或其他开关器件那样低。
在一个具体的例子中，二极管42可被用于屋顶安装的太阳能系统。特别地，当屋顶具有安装在其上的多个串联连接的光伏瓦片2时，二极管42或多个二极管42可被并联连接到光伏电池12的任意组合上，以降低一个或多个光伏电池12被遮挡住入射光所带来的不利影响。
在一个实施例中，二极管42被热隔离，例如隔离于入射光的加热。这样，依赖于二极管42的温度的二极管42漏电流可在某种程度上被减少。当光伏瓦片2被安装到屋顶上或形成屋顶太阳能系统的一部分时，通过配置在二极管42和入射太阳光之间的单层或多层结构，二极管42可被热隔离于入射太阳光引起的加热。这些层可以是隔离材料中的任意一种或多种，例如光伏瓦片2的部件之间的空隙，或其他隔离装置。可以设想的是，任意形式的有效的热隔离可被用于降低二极管42的漏电流。可被用于冷却二极管42的其他设备例如冷却系统、配置为从二极管42发射热辐射的设备，例如具有散热片的金属散热器，和风扇。
虽然参考特定例子描述了本发明，但本领域技术人员可以理解，本发明还可以许多其他形式实现。例如，可以使其他类型的开关器件旁路跨越光伏电池，以在光伏电池被遮挡住入射光时，提供另一条电流流过的通路。这种器件可包括反熔丝(antifuses)或晶体管开关器件。
另外，虽然光伏电池电路40被描述成具有单个旁路开关器件的串联连接电路，但是本发明还可以被应用到并联连接的光伏电池电路，或被应用到串并联相组合的电路其中开关器件跨越任意数量的光伏电池被放置。可替代地，开关器件可跨越每个光伏电池放置，或与跨越多个电池放置多个开关器件相组合。
进一步地，虽然示出的实施例包括二极管类型的开关器件，其正向压降为0.7V或更小，但是可使用没有或具有类似的较低正向压降的其他开关器件，例如反熔丝或晶体管开关器件。

Claims (10)

1.光伏电池电路包括：
多个串联连接的光伏电池；以及
至少一个开关器件，并联到一个或多个光伏电池构成的组，其中当入射到并联了开关器件的一个或多个光伏电池上的光被阻挡时，开关器件为电流提供电流通路。
2.根据权利要求1的光伏电池电路，其中开关器件是多个开关器件中的一个，每个开关器件并联到一个或多个光伏电池构成的各自的组上。
3.根据权利要求1或2的光伏电池电路，其中开关器件中的至少一个为二极管。
4.根据权利要求3的光伏电池电路，其中至少一个二极管的正向压降为0.7V或更少。
5.根据权利要求3的光伏电池电路，其中至少一个开关器件是反熔丝或晶体管开关器件。
6.根据权利要求3到5中任一项权利要求所述的光伏电池，其中至少一个二极管并联到光伏电池中的一个或多个上使二极管被其并联的一个或多个光伏电池反向偏置。
7.根据前述权利要求中的任意一项所述的光伏电池电路，其中一个或多个光伏电池构成的组被配置到屋顶上，用于收集太阳能以及将太阳能转换为电能。
8.根据前述权利要求中的任意一项所述的光伏电池电路，其中至少一个二极管被热隔离，以减少该至少一个二极管的漏电流。
9.根据权利要求8的光伏电池电路，其中通过配置在二极管和入射光之间的一层隔离材料，使至少一个二极管隔离于因暴露在光下而产生的热。
10.光伏电池电路的连接方法，该方法包括：
串联连接多个光伏电池；以及
将至少一个开关器件并联于一个或多个光伏电池构成的组。
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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110907