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Bezugnahme auf verwandte Anmeldung
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Diese Anmeldung beansprucht das Prioritätsrecht der koreanischen Patentanmeldung Nr.
10-2011-0033730 , die am 12. April 2011 beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum eingereicht wurde.
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Hintergrund
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1. Gebiet der Offenbarung
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Photovoltaikmodul (oder ein Solarmodul) und ein Steuerverfahren für dieses, und insbesondere auf ein Photovoltaikmodul, das in der Lage ist, maximale Leistung abzugeben, wenn ein Hotspot auftritt, und auf ein Steuerverfahren für dieses.
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2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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Da eine Erschöpfung von existierenden Energieressourcen, wie Öl oder Kohle, zu erwarten steht, ist in jüngerer Zeit ein Interesse an alternativer Energie zum Ersatz von Öl oder Kohle gestiegen. Es ist insbesondere eine Solarzelle, die unter Verwendung eines Halbleiterelements Solarenergie direkt in elektrische Energie umwandelt (oder transformiert), als eine Zelle nächster Generation ins Zentrum des Interesses gerückt.
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Derzeit bezieht sich ein Photovoltaikmodul auf eine Vorrichtung, in der Solarzellen zur Photovoltaikstromerzeugung in Reihe oder parallel geschaltet sind, und es kann das Photovoltaikmodul einen Anschlusskasten umfassen, der durch die Solarzellen erzeugte Elektrizität sammelt.
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Die Druckschrift
US 2007/0221267 A1 beschreibt eine Vorrichtung, um Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umzurichten. Die Vorrichtung umfasst eine Umrichtungsschaltung, um eine DC-Spannung aufzunehmen und die DC-Spannung in eine AC-Spannung umzurichten, die mindestens eine einer Mehrzahl von Sperrwandlerbetriebsarten verwendet, wobei die Mehrzahl von Sperrwandlerbetriebsarten mindestens zwei der Folgenden umfasst: regulärer Sperrwandlerbetrieb, verschachtelter Sperrwandlerbetrieb und quasi-resonanter Sperrwandlerbetrieb; und einen Controller, der mit der Umrichtungsschaltung verbunden ist, zum Erzeugen eines Steuersignals, um mindestens eine Sperrwandlerbetriebsart aus der Mehrzahl von Sperrwandlerbetriebsarten auszuwählen.
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Die Druckschrift
US 2008/0238195 A1 beschreibt eine Technik für eine Solarpaneelkettenstruktur, in der verteilte Maximalleistungspunktverfolgungsmodule (DMPPT-Module) vorgesehen sind. Die DMPPT-Module sehen eine Steuerung auf Paneelebene zum Hochfahren, Betrieb, Überwachen und Herunterfahren vor. Die Ketten werden normalerweise in einem Sammelkasten parallel geschaltet und dann zu einem Invertermodul geführt, das normalerweise mit dem normalen Stromnetz verbunden ist.
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Kurzfassung
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Eine Ausgestaltung sieht ein Photovoltaikmodul vor, das in der Lage ist, bei Auftreten eines Hotspots maximale Leistung abzugeben, und ein Steuerverfahren für dieses.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht ein Photovoltaikmodul vor, das leicht installiert werden kann und das vorteilhaft ist, um die Kapazität bei Bilden eines Systems zu erhöhen.
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Gemäß der Erfindung werden Photovoltaikmodule und ein Steuerverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt. Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
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Gemäß einem Beispiel wird ein Photovoltaikmodul vorgesehen, umfassend: ein Solarzellenmodul, das eine Vielzahl von Solarzellen umfasst; einen Anschlusskasten, der eine Kapazitätseinheit umfasst, um von dem Solarzellenmodul zugeführten Gleichstrom zu speichern, eine Gleichstromwandlereinheit, um den gespeicherten Gleichstrom pegelumzuwandeln und um den pegelumgewandelten Gleichstrom abzugeben; und eine Steuereinrichtung, um eine Spannung oder einen Strom auf der Grundlage des zugeführten Gleichstroms von dem Solarzellenmodul unter einer Vielzahl von Abschnitten zu steuern, um einen lokalen Maximalleistungspunkt in jedem der Abschnitte unter Verwendung der gesteuerten Spannung oder des gesteuerten Stroms zu berechnen, um einen Maximalleistungswert unter einer Vielzahl von berechneten lokalen Maximalleistungspunkten zu bestimmen, und um die Gleichstromwandlereinheit zu steuern, den pegelumgewandelten Gleichstrom auf der Grundlage des bestimmten Maximalleistungswerts abzugeben, wenn in dem Solarzellenmodul ein Hotspot auftritt.
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Gemäß einem weiteren Beispiel ist ein Photovoltaikmodul vorgesehen, umfassend: eine Vielzahl von Solarzellen; eine Kapazitätseinheit, um von dem Solarzellenmodul zugeführten Gleichstrom zu speichern; eine Gleichstromwandlereinheit, um den gespeicherten Gleichstrom pegelumzuwandeln und um den pegelumgewandelten Gleichstrom abzugeben; und eine Steuereinrichtung, um zu bestimmen, ob ein Hotspot auftrat, wobei falls die Steuereinrichtung bestimmt, dass der Hotspot nicht auftrat, die Steuereinrichtung einen ersten Maximalleistungspunktverfolgungsalgorithmus (MPPT, „Maximum Power Point Tracking“) anwendet, um eine Spannung oder einen Strom auf der Grundlage des zugeführten Gleichstroms von dem Solarzellenmodul in einem Abschnitt zu steuern, in dem der Abschnitt ein Spannungsbereich oder ein Strombereich ist, einen Maximalleistungswert unter Verwendung der gesteuerten Spannung oder des gesteuerten Stroms zu bestimmen, und um die Gleichstromwandlereinheit zum Abgeben des pegelumgewandelten Gleichstroms auf der Grundlage des bestimmten Maximalleistungswerts zu steuern, und falls die Steuereinrichtung bestimmte, dass der Hotspot auftrat, die Steuereinrichtung einen zweiten Maximalleistungspunktverfolgungsalgorithmus (MPPT) anwendet, um die Spannung oder den Strom auf der Grundlage des zugeführten Gleichstroms von dem Solarzellenmodul unter einer Vielzahl von Abschnitten zu steuern, um einen lokalen Maximalleistungspunkt in jedem der Abschnitte unter Verwendung der gesteuerten Spannung oder des gesteuerten Stroms zu berechnen, um einen Maximalleistungswert unter einer Vielzahl von berechneten lokalen Maximalleistungspunkten zu bestimmen, und um die Gleichstromwandlereinheit zum Abgeben des pegelumgewandelten Gleichstroms auf der Grundlage des bestimmten Maximalleistungswerts zu steuern.
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Gemäß einem weiteren Beispiel wird ein Verfahren zum Steuern eines Photovoltaikmoduls vorgesehen, umfassend: Erfassen zumindest einer/eines aus einer Gleichspannung und einem Gleichstrom, die von einem Solarzellenmodul zugeführt wird oder werden; Bestimmen, durch eine Steuereinrichtung, ob ein Hotspot auftrat oder nicht auf der Grundlage der/des zumindest einen der erfassten Gleichspannung und des erfassten Gleichstroms; falls ein Hotspot auftrat, Teilen, durch die Steuereinrichtung, zumindest eine/einer der zugeführten Gleichspannung und des Gleichstroms in eine Vielzahl von Abschnitten und Berechnen eines lokalen Maximalleistungspunkts in jedem der Abschnitte; und Bestimmen, durch die Steuereinrichtung, eines Maximalwerts unter einer Vielzahl von berechneten lokalen Maximalleistungspunkten.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine Frontansicht eines Photovoltaikmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine Rückansicht des Photovoltaikmoduls gemäß 1;
- 3 eine Explosionszeichnung des Photovoltaikmoduls gemäß Anspruch 1;
- 4 eine Ansicht eines Beispiels von Umgehungsdioden des Photovoltaikmoduls gemäß 1;
- 5 einen Graph, der eine Kurve zeigt, die den Strom über der Spannung des Photovoltaikmoduls gemäß 1 darstellt;
- 6 einen Graph, der eine Kurve zeigt, die eine Leistung über einer Spannung des Photovoltaikmoduls gemäß 1 darstellt;
- 7 ein Beispiel eines Schattens, der in dem Photovoltaikmodul gemäß 1 auftritt;
- 8A und 8B Graphen von Kurven, die verschiedene Leistungen über einer Spannung darstellen, wenn der Schatten gemäß 7 auftritt;
- 9 ein Beispiel eines internen Schaltungsdiagramms eines Anschlusskastens des Photovoltaikmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 10 bis 11B Graphen, auf die bei der Beschreibung des Betriebs des Schaltungsdiagramms gemäß 9 Bezug genommen wird;
- 12 ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess eines Steuerverfahrens eines Photovoltaikmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
- 13 ein weiteres Beispiel eines internen Schaltungsdiagramms eines Anschlusskastens des Photovoltaikmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 14 eine Ansicht, die ein Beispiel des Aufbaus eines Solarphotovoltaiksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
- 15 eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel des Aufbaus eines Solarphotovoltaiksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
- 16A und 16B schematische Ansichten, auf die bei der Beschreibung einer Leistungsoptimierung des Solarphotovoltaiksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Bezug genommen wird.
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Ausführliche Beschreibung
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Beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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In der nachstehenden Beschreibung wird die Verwendung von Endungen wie „Modul“, „Teil“ oder „Einheit“, die zur Bezugnahme auf Elemente verwendet werden, lediglich dargereicht um die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung zu erleichtern, ohne dass dem irgendeine signifikante Bedeutung in sich selbst beizumessen wäre. Somit können das „Modul“ und der „Teil“ austauschbar verwendet werden.
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1 zeigt eine Frontansicht eines Photovoltaikmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 zeigt eine Rückansicht des Photovoltaikmoduls gemäß 1. 3 zeigt eine Explosionszeichnung des Photovoltaikmoduls gemäß 1.
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Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 umfasst ein Photovoltaikmodul 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Solarzellenmodul 100 und einen Anschlusskasten 200, der auf einer Oberfläche des Solarzellenmoduls 100 positioniert ist. Das Solarzellenmodul 100 kann weiterhin ein (nicht gezeigtes) Wärmeabgabeelement umfassen, das zwischen dem Solarzellenmodul 100 und dem Anschlusskasten 200 angelegt ist.
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Das Solarzellenmodul 100 kann eine Vielzahl von Solarzellen 130 umfassen. Das Solarzellenmodul 100 kann weiterhin ein erstes Siegelelement 120 und ein zweites Siegelelement 150, die auf einer unteren und oberen Oberfläche der Vielzahl von Solarzellen 130 positioniert sind, ein Rücksubstrat 110, das auf einer unteren Oberfläche des ersten Siegelelements 120 positioniert ist, und ein Frontsubstrat 160 umfassen, das auf einer oberen Oberfläche des zweiten Siegelelements 150 positioniert ist.
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Jede der Solarzellen 130 ist eine Halbleitervorrichtung, die Solarenergie in elektrische Energie umwandelt und kann eine Siliziumsolarzelle, eine Verbundhalbleitersolarzelle, eine Tandemsolarzelle, eine färbemittelsensitivierte Solarzelle, eine CdTe- oder CIGSartige Solarzelle oder dergleichen sein.
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Jede der Solarzellen 130 ist aufgebaut, um eine Lichtempfangsfläche aufzuweisen, auf die man Sonnenlicht einfallen lässt, und eine Rückfläche aufzuweisen, die der Lichtempfangsfläche gegenüber liegt.
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Zum Beispiel kann jede der Solarzellen 130 ein Siliziumsubstrat, das eine erste Leitfähigkeitsart aufweist, eine Halbleiterschicht, die auf dem Siliziumsubstrat gebildet ist und eine zweite Leitfähigkeitsart aufweist, die der ersten Leitfähigkeitsart entgegen gerichtet ist, einen nicht reflektierenden Film, der auf der Halbleiterschicht zweiter Leitfähigkeitsart gebildet ist, eine Frontelektrode in Kontakt mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht zweiter Leitfähigkeitsart durch den nicht reflektierenden Film, und eine Rückelektrode umfassen, die auf einer Rückfläche des Siliziumsubstrats gebildet ist.
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Die jeweiligen Solarzellen 130 können elektrisch in Reihe, parallel oder in Reihe und parallel geschaltet sein. Im Einzelnen kann die Vielzahl von Solarzellen 130 durch ein Band 133 elektrisch verbunden werden. Das Band 133 kann auf die Frontelektrode, die auf einer Lichtempfangsfläche einer Solarzelle gebildet ist, und auf die Rückelektrode gebondet werden, die auf einer Rückoberfläche einer angrenzenden Solarzelle 130 gebildet ist.
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In der Zeichnung ist dargestellt, dass die Bänder 133 in zwei Reihen gebildet sind, und dass die Solarzellen 130 in einer Reihe durch die Bänder 133 verbunden sind, was Solarzellenstränge 140 bildet. Demgemäß werden sechs Stränge 140a, 140b, 140c, 140d, 140e und 140f gebildet, und jeder Strang umfasst zehn Solarzellen. Es können jedoch verschiedene Modifikationen durchgeführt werden, die der Zeichnung nicht ähneln.
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Außerdem können die jeweiligen Solarzellenstränge durch Busbänder elektrisch verbunden werden. 1 zeigt, dass der erste Solarzellenstrang 140a und der zweite Solarzellenstrang 140b, der dritte Solarzellenstrang 140c und der vierte Solarzellenstrang 140d und der fünfte Solarzellenstrang 140e und der sechste Solarzellenstrang 140f durch Busbänder 145a, 145c und 145e elektrisch verbunden sind, die jeweils bei einem unteren Abschnitt des Solarzellenmoduls 100 angelegt sind. 1 zeigt ebenso, dass der zweite Solarzellenstrang 140b und der dritte Solarzellenstrang 140c und der vierte Solarzellenstrang 140d und der fünfte Solarzellenstrang 140e jeweils durch Busbänder 145b und 145d elektrisch verbunden sind, die bei einem oberen Abschnitt des Solarzellenmoduls 100 angelegt sind.
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Außerdem sind das Band, das mit dem ersten Strang verbunden ist, die Busbänder 145b und 145d und das Band, das mit dem sechsten Strang verbunden ist, jeweils elektrisch mit den ersten bis vierten leitfähigen Leitungen 135a, 135b, 135c und 135d verbunden, und sind die erste bis vierte leitfähige Leitung 135a, 135b, 135c und 135d mit Umgehungsdioden Da, Db und Dc (vergleiche zum Beispiel 4) innerhalb des Anschlusskastens 200 verbunden, der auf der Rückoberfläche des Solarzellenmoduls 100 angelegt ist. In der Zeichnung ist gezeigt, dass die erste bis vierte leitfähige Leitung 135a, 135b, 135c und 135d sich zu der Rückoberfläche des Solarzellenmoduls 100 durch Öffnungen erstrecken, die auf dem Solarzellenmodul 100 gebildet sind.
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Außerdem ist der Anschlusskasten 200 vorzugsweise enger angrenzend an einen Endabschnitt unter beiden Endabschnitten des Solarzellenmoduls 100 angelegt, bei dem sich die leitfähigen Leitungen erstrecken.
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In 1 und 2 erstrecken sich die erste bis vierte leitfähige Leitung 135a, 135b, 135c und 135d von dem oberen Abschnitt des Solarzellenmoduls 100 zu der Rückoberfläche des Solarzellenmoduls 100, so dass der Anschlusskasten 200 als bei dem oberen Abschnitt der Rückoberfläche des Solarzellenmoduls 100 positioniert gezeigt ist. Demgemäß kann die Länge der leitfähigen Leitungen verringert werden, und kann somit ein Leistungsverlust verringert werden.
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Im Gegensatz zu dem in 1 und 2 gezeigten Aufbau, falls sich die erste bis vierte leitfähige Leitung 135a, 135b, 135c und 135d von dem unteren Abschnitt des Solarzellenmoduls zu der Rückoberfläche des Solarzellenmoduls 100 erstrecken, kann der Anschlusskasten 200 bei einem unteren Abschnitt der Rückoberfläche des Solarzellenmoduls 100 positioniert sein.
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Das Rücksubstrat 110 - wie eine Rückabdeckung - leistet Funktionen, wie Wasserschutz, Isolation und Filterung ultravioletter Strahlen. Das Rücksubstrat 110 kann ein TPT-artiges (Tedlar®/PET/Tedlar®) Rücksubstrat sein, es ist aber keine Einschränkung auf dieses beabsichtigt. Ebenso weist in 3 das Rücksubstrat 110 eine rechteckige Form auf, aber es kann mit verschiedenen Formen hergestellt werden, wie eine Kreisform, eine Halbkreisform oder dergleichen, gemäß einer Umgebung, in der das Solarzellenmodul 100 installiert wird.
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Außerdem kann das erste Siegelelement 120 die gleiche Größe wie jene des Rücksubstrats 110 aufweisen und an das Rücksubstrat 110 angebracht sein, und es kann die Vielzahl von Solarzellen 130 positioniert sein, um aneinander in mehreren Reihen auf dem ersten Siegelelement 120 anzugrenzen.
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Das zweite Siegelelement 150 ist auf den Solarzellen 130 positioniert und kann durch Laminierung auf das erste Siegelelement 120 gebondet werden.
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Hierbei können das erste Siegelelement 120 und das zweite Siegelelement 150 jeweiligen Elementen der Solarzellen ein chemisches Bonden ermöglichen. Das erste Siegelelement 120 und das zweite Siegelelement 150 können zum Beispiel ein Ethylenvinylacetatfilm (EVA) oder dergleichen sein.
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Außerdem ist das Frontsubstrat 160 vorzugsweise auf dem zweiten Siegelelement 150 positioniert, um eine Transmission von Sonnenlicht durch sich zu ermöglichen, und kann gehärtetes Glas sein, um die Solarzellen 130 vor externen Einwirkungen oder dergleichen zu schützen. Ebenso kann das Frontsubstrat insbesondere bevorzugt ein gehärtetes Niedrigeisenglas sein, das einen Betrag an Eisen enthält, um eine Reflexion von Sonnenlicht zu verhindern und um eine Transmittanz von Sonnenlicht zu erhöhen.
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Der Anschlusskasten 200 ist auf der Rückoberfläche des Solarzellenmoduls 100 angebracht und kann Strom unter Verwendung von Gleichstrom umwandeln, der von dem Solarzellenmodul 100 zugeführt wird. Im Einzelnen kann der Anschlusskasten 200 eine Kapazitätseinheit (520 in 9) zum Speichern von Gleichstrom umfassen. Ebenso kann der Anschlusskasten 200 weiterhin eine Gleichstromwandlereinheit (530 in 9) umfassen. Ebenso kann der Anschlusskasten 200 weiterhin Umgehungsdioden Da, Db und Dc (510 in 9) zum Verhindern eines Rückflusses von Strom unter Solarzellensträngen umfassen. Ebenso kann der Anschlusskasten 200 weiterhin eine Invertereinheit (540 in 9) zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom umfassen. Dies wird nachstehend unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
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Auf diese Weise kann der Anschlusskasten 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zumindest die Umgehungsdioden Da, Db und Dc, die Kapazitätseinheit zum Speichern von Gleichstrom und die Gleichstromwandlereinheit umfassen.
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Wird der Anschlusskasten 200 einstückig mit dem Solarzellenmodul 100 gebildet, dann kann ein Verlust an Gleichstrom, der durch jedes Solarzellmodul 100 erzeugt wird, minimiert und effektiv bewältigt werden, wie ein Solarphotovoltaiksystem gemäß 14 oder 15. Außerdem kann der einstückig gebildete Anschlusskasten als ein MIC (modulintegrierter Konverter) bezeichnet werden.
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Außerdem kann die Innenseite des Anschlusskastens mit Silizium oder dergleichen beschichtet werden, um ein Eindringen von Feuchtigkeit zu den Schaltungselementen in den Anschlusskasten 200 zu verhindern.
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Außerdem werden (nicht gezeigte) Öffnungen auf dem Anschlusskasten 200 gebildet, um den vorstehend beschriebenen ersten bis vierten leitfähigen Leitungen 135a, 135b, 135c und 135d eine Verbindung mit den Umgehungsdioden Da, Db und Dc in dem Anschlusskasten 200 zu ermöglichen.
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Wird der Anschlusskasten 200 betrieben, dann wird von den Umgehungsdioden Da, Db und Dc oder dergleichen Wärme mit hoher Temperatur erzeugt. Die erzeugte Wärme kann den Wirkungsgrad von einzelnen Solarzellen 130 verringern, die bei der Position angebracht sind, bei der der Anschlusskasten 200 angefügt ist.
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Somit kann, um das Wirkungsgradproblem zu verhindern, das Photovoltaikmodul 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weiterhin ein (nicht gezeigtes) Wärmeabgabeelement umfassen, das zwischen dem Solarzellenmodul 100 und dem Anschlusskasten 200 angelegt ist. Damit die durch den Anschlusskasten 200 erzeugte Wärme abgestrahlt wird, kann das Wärmeabgabeelement vorzugsweise eine größere Querschnittsfläche als jene einer Platte aufweisen, die ebenso zwischen dem Solarzellenmodul und dem Anschlusskasten 200 angelegt ist. In einem weiteren Beispiel kann das Wärmeabgabeelement auf der Gesamtheit der Rückoberfläche des Solarzellenmoduls 100 gebildet werden. Vorzugsweise besteht das Wärmeabgabeelement aus einem Metallmaterial, wie Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Aluminium (AI), Wolfram (W) oder dergleichen.
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Es kann ein (nicht gezeigter) externer Verbindungsanschluss bei einer Seite des Anschlusskastens 200 gebildet werden, um leistungsgewandelten Gleichstrom oder Wechselstrom an die Außenwelt abzugeben.
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4 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel einer Umgehungsdiode des Photovoltaikmoduls gemäß 1 zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 4 können die Umgehungsdioden Da, Db und Dc entsprechend gemäß den sechs Solarzellensträngen 140a, 140b, 140c, 140d, 140e und 140f verbunden werden. Im Einzelnen ist die erste Umgehungsdiode Da zwischen dem ersten Solarzellenstrang und dem ersten Busband 145b verbunden, um den ersten Solarzellenstrang 140a und den zweiten Solarzellenstrang 140b zu umgehen, wenn in dem ersten Solarzellenstrang 140a oder dem zweiten Solarzellenstrang 140b eine Rückspannung erzeugt wird.
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Wird zum Beispiel eine Spannung von etwa 0,6V erzeugt, die in einer normalen Solarzelle erzeugt wird, dann ist das Potenzial einer Kathodenelektrode der ersten Umgehungsdiode Da um etwa 12V (=0,6V * 20) höher als jene einer Anodenelektrode der ersten Umgehungsdiode Da. Die erste Umgehungsdiode Da führt nämlich anstelle eines Umgehungsvorgangs einen normalen Vorgang durch.
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Tritt ein Hotspot auf, wie wenn ein Schatten in einer Solarzelle des ersten Solarzellenstrangs 140a auftritt oder wenn ein Fremdobjekt angefügt wird, dann wird außerdem eine Rückspannung (etwa 15V), nicht die Spannung von etwa 0,6V, von einer Solarzelle erzeugt. Demgemäß ist das Potenzial der Anodenelektrode der ersten Umgehungsdiode Da um etwa 15V höher als jene der Kathodenelektrode. Dann führt die erste Umgehungsdiode Da einen Umgehungsvorgang durch. Somit wird die Spannung, die in den Solarzellen in dem ersten Solarzellenstrang 140a und dem zweiten Solarzellenstrang 140b erzeugt wird, nicht dem Anschlusskasten 200 zugeführt. Auf diese Weise wird sie umgangen, wenn in einigen der Solarzellen eine Rückspannung erzeugt wird, was verhindert, dass die entsprechenden Solarzellen oder dergleichen Schaden nehmen. Es kann ebenso erzeugter Gleichstrom zugeführt werden, außer für die Fläche des Hotspots.
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Die zweite Umgehungsdiode Db ist zwischen dem ersten Busband 145b und dem zweiten Busband 145d verbunden, und falls in dem dritten Solarzellenstrang 140c oder dem vierten Solarzellenstrang 140d eine Rückspannung erzeugt wird, umgeht die zweite Umgehungsdiode Db den dritten Solarzellenstrang 140c und den vierten Solarzellenstrang 140d.
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Die dritte Umgehungsdiode Dc ist zwischen dem sechsten Solarzellenstrang und dem zweiten Busband 145d verbunden, und falls in dem fünften Solarzellenstrang 150e oder dem sechsten Solarzellenstrang 140f eine Rückspannung erzeugt wird, dann umgeht die dritte Umgehungsdiode Dc den fünften Solarzellenstrang und den sechsten Solarzellenstrang.
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Außerdem können, im Gegensatz zu dem Fall gemäß 4, sechs Umgehungsdioden entsprechend gemäß den sechs Solarzellensträngen verbunden werden, und es können ebenso verschiedene andere Modifikationen implementiert werden.
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5 zeigt einen Graph, der eine Kurve zeigt, die einen Strom über einer Spannung des Photovoltaikmoduls gemäß 1 darstellt, und 6 zeigt einen Graph, der eine Kurve zeigt, die eine Leistung über Spannung des Photovoltaikmoduls gemäß 1 darstellt.
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Zuerst wird unter Bezugnahme auf 5, wenn sich eine Leerlaufspannung Voc erhöht, die von dem Solarzellenmodul 100 zugeführt wird, ein Kurzschlussstrom verringert, der von dem Solarzellenmodul 100 zugeführt wird. Gemäß einer solchen Spannung-Stromkurve L wird die entsprechende Spannung Voc in der Kapazitätseinheit 520 gespeichert, die in dem Anschlusskasten 200 vorgesehen ist.
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Außerdem kann unter Bezugnahme auf 6 eine maximale Leistung Pmpp, die von dem Solarzellenmodul 100 zugeführt wird, durch einen Maximalleistungspunktverfolgungsalgorithmus (MPPT) berechnet werden.
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Zum Beispiel wird die Leistung jeder Spannung berechnet (oder arithmetisch ermittelt), während die Leerlaufspannung Voc angefangen von einer Maximalspannung V1 verringert wird, und es wird bestimmt, ob die berechnete Leistung die maximale Leistung ist oder nicht. Da die Leistung von der Spannung V1 bis zu der Spannung Vmpp erhöht wird, wird die berechnete Leistung aktualisiert und gespeichert. Und, da die Leistung von der Spannung Vmpp zu einer Spannung V2 verringert wird, wird im Ergebnis die Leistung Pmpp entsprechend der Spannung Vmpp als die maximale Leistung bestimmt.
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Tritt kein Hotspot auf, dann tritt somit lediglich ein Wendepunkt in der Spannung-Leistungskurve L auf. Somit kann die maximale Energie einfach durch Erkunden des Abschnitts von V1 bis V2 berechnet werden.
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7 zeigt ein Beispiel eines Schattens, der in dem Photovoltaikmodul gemäß 1 auftritt.
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Unter Bezugnahme auf 7 wird gezeigt, dass ein Hotspot auftritt, wenn bei dem ersten Solarzellenstrang 140a in dem Solarzellenmodul 100 ein Schatten auftritt. Somit wird die Umgehungsdiode D1 durch eine Rückspannung eingeschaltet. Demgemäß wird Gleichstrom abgegeben, der in den Solarzellensträngen 140c, 140d, 140e und 140f mit Ausnahme des ersten und zweiten Solarzellenstrangs 140a und 140b in dem Solarzellenmodul 100 erzeugt wir. Wird zum Beispiel etwa 0,6V in einer Solarzelle erzeugt, dann wird eine Gleichspannung von etwa 24V abgegeben.
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Außerdem wird eine Spannung von etwa 12V abgegeben, wenn zwei Umgehungsdioden eingeschaltet sind.
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8A und 8B zeigen Graphen von Kurven, die verschiedene Leistungen über der Spannung darstellen, wenn der Schatten gemäß 7 auftritt.
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Zuerst zeigt 8A einen Fall, in dem eine der drei Umgehungsdioden Da, Db und Dc eingeschaltet wird. Wie in 8A gezeigt, kann vor Auftreten eines Hotspots ein erster lokaler Maximalleistungspunkt Lmpp1 entsprechend einer ersten Spannung VLmpp1 erzeugt werden. Tritt jedoch ein Hotspot auf, dann kann ein zweiter lokaler Maximalleistungspunkt Lmpp2 entsprechend einer zweiten Spannung VLmpp2 erzeugt werden, da ein Gleichstrompegel ausfällt, der von dem Solarzellenmodul 100 zugeführt wird.
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8B zeigt einen Fall, in dem zwei der drei Umgehungsdioden Da, Db und Dc eingeschaltet sind. Wie in 8B gezeigt, kann vor Auftreten eines Hotspots ein dritter lokaler Maximalleistungspunkt Lmpp3 entsprechend einer dritten Spannung VLmpp3 erzeugt werden. Tritt jedoch ein Hotspot auf, dann kann ein vierter lokaler Maximalleistungspunkt Lmpp4 entsprechend einer vierten Spannung VLmpp4 erzeugt werden, da ein Gleichstrompegel ausfällt, der von dem Solarzellenmodul 100 zugeführt wird.
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9 zeigt ein Beispiel eines internen Schaltungsdiagramms eines Anschlusskastens des Photovoltaikmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 10 bis 11B zeigen Graphen, auf die bei der Beschreibung des Betriebs des Schaltungsdiagramms gemäß 9 Bezug genommen wird.
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Unter Bezugnahme auf 9 kann der Anschlusskasten 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Umgehungsdiodeneinheit 510, die Kapazitätseinheit 520, die Gleichstromwandlereinheit 530, die Invertereinheit 540 und eine Steuereinrichtung 550 umfassen.
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Der Anschlusskasten 200 gibt Wechselstrom ab. Ein derartiger Anschlusskasten 200 kann als ein Mikroinverter bezeichnet werden.
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Die Umgehungsdiodeneinheit 510 umfasst eine erste bis dritte Umgehungsdiode Da, Db und Dc, die zwischen Knoten a, b, c und d angelegt sind, die jeweils der ersten bis vierten leitfähigen Leitung 135a, 135b, 135c und 135d entsprechen.
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Die Kapazitätseinheit 520 speichert von dem Solarzellenmodul 100 zugeführten Gleichstrom. In 9 ist gezeigt, dass drei Kapazitäten Ca, Cb und Cc parallel geschaltet sind, aber die Kapazitätseinheit ist darauf nicht eingeschränkt, und es können die drei Kapazitäten in Reihe geschaltet oder in Reihe und parallel geschaltet werden.
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Die Gleichstromwandlereinheit 530 führt eine Umwandlung des Gleichstrompegels unter Verwendung des in der Kapazitätseinheit 520 gespeicherten Gleichstroms durch. In 9 ist ein Sperrwandler gezeigt, der eine Einschaltdauer eines Schaltelements S1 und ein Wicklungsverhältnis eines Transformators T verwendet. Demgemäß kann eine Spannungsverstärkung eines Gleichstrompegels durchgeführt werden.
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Neben dem in 9 gezeigten Sperrwandler kann ebenso ein Aufwärtswandler, ein Abwärtswandler, ein Durchschlusswandler oder dergleichen als die Gleichstromwandlereinheit 530 verwendet werden, oder es kann eine Kombination derer (zum Beispiel ein kaskadierender Aufwärts-Abwärtswandler oder dergleichen) als die Gleichstromwandlereinheit 530 verwendet werden.
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Die Invertereinheit 540 wandelt den pegelumgewandelten Gleichstrom in Wechselstrom um. In 9 ist ein Vollbrückeninverter gezeigt. Es sind nämlich Schaltelemente Sa und Sb des oberen Arms in Reihe und es sind Schaltelemente S'a und S'b in Reihe miteinander gepaart, und eine Gesamtheit von zwei Paaren von Schaltelementen des oberen und unteren Arms sind parallel geschaltet (Sa und S'a, Sb und S'b). Dioden sind umgekehrt parallel zu den jeweiligen Schaltelementen Sa, S'a, Sb und S'b geschaltet.
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Die Schaltelemente in der Invertereinheit 540 werden auf der Grundlage eines Inverterschaltsteuersignals von einer (nicht gezeigten) Invertersteuereinrichtung ein- oder ausgeschaltet. Demgemäß wird Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz abgegeben. Vorzugsweise weist der Wechselstrom die gleiche Frequenz (etwa 60Hz) wie eine Netzfrequenz auf.
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Außerdem kann eine (nicht gezeigte) Kapazitätseinheit zum Speichern des pegelumgewandelten Gleichstroms ferner zwischen der Gleichstromwandlereinheit 530 und der Invertereinheit 540 vorgesehen sein. Die (nicht gezeigte) Kapazitätseinheit kann eine Vielzahl von Kapazitäten enthalten, wie die vorstehend beschriebene Kapazitätseinheit 520.
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Da der Anschlusskasten 200 die Kapazitätseinheit, die Gleichstrom speichert, die Gleichstromwandlereinheit zum Umwandeln des Pegels des gespeicherten Gleichstroms und zu dessen Abgabe, und die Invertereinheit zum Umwandeln des pegelumgewandelten Gleichstroms in Wechselstrom und zu dessen Abgabe umfasst, kann durch den Anschlusskasten 200 Wechselstrom auf einfache Weise zugeführt werden. Es kann ebenso die Installation des Photovoltaikmoduls 50 vereinfacht werden, und es kann die Kapazität auf einfache Weise bei einem Aufbau eines Solarphotovoltaiksystems, das eine Vielzahl von Photovoltaikmodulen umfasst, erhöht werden.
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Eine Eingangsstromerfassungseinheit (A) erfasst einen der Kapazitätseinheit 520 zugeführten Strom ic1, und eine Eingangsspannungserfassungseinheit (B) erfasst eine Spannung vc1, die in den Gleichstromwandler 530 eingegeben wird, nämlich die der Kapazitätseinheit 520 gespeicherte. Der erfasste Strom ic1 und die Spannung vc1 werden in die Steuereinrichtung 550 eingegeben.
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Eine Ausgangsstromerfassungseinheit (C) erfasst einen von dem Gleichstromwandler 530 abgegebenen Strom ic2, und eine Ausgangsspannungserfassungseinheit (D) erfasst eine von dem Gleichstromwandler 530 abgegebene Spannung vc2. Der erfasste Strom ic2 und die Spannung vc2 werden in die Steuereinrichtung 550 eingegeben.
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Die Steuereinrichtung 550 kann Eingangsleistung unter Verwendung der erfassten Eingangsleistung ic1 oder vc1 berechnen. Da die Eingangsleistung ic1 oder vc1 auf Gleichstrom beruht, kann die Steuereinrichtung 550 die Eingangsleistung durch Multiplizieren des Eingangsstroms und der Eingangsspannung berechnen.
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Die Steuereinrichtung 550 kann ebenso eine Ausgangsleistung unter Verwendung der erfassten Ausgangsleistung ic2 oder vc2 berechnen. Da die Ausgangsleistung ic2 oder vc2 auf Gleichstrom beruht, kann die Steuereinrichtung 550 die Ausgangsleistung des Gleichstromwandlers 530 durch Multiplizieren des Ausgangsstroms und der Ausgangsspannung berechnen.
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Wenn der erfasste Eingangsstrom ic1 oder die Eingangsspannung vc1 größer oder gleich einem zulässigen Wert ist, kann das Schaltelement S1 abgeschaltet werden, um eine Zuführung von Gleichstrom von dem Solarzellenmodul 100 zu verhindern.
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Außerdem kann die Steuereinrichtung 550 ein Wandlersteuersignal SS1 zum Steuern des Schaltelements S1 der Gleichstromwandlereinheit 530 in 9 abgeben.
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Die Steuereinrichtung 550 kann ein (nicht gezeigtes) Invertersteuersignal zum Steuern der Schaltelemente der Invertereinheit 540 ausgeben.
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Die Steuereinrichtung 550 kann das Einschaltdauersignal SS1 des Schaltelements S1 in den Gleichstromwandler 530 auf der Grundlage des erfassten Eingangsstroms ic1, der Eingangsspannung vc1, des Ausgangsstroms ic2 und der Ausgangsspannung vc2 abgeben.
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Ist zum Beispiel der erfasste Eingangsstrom ic1 oder die Eingangsspannung vc1 kleiner einem voreingestellten Wert, dann kann die Steuereinrichtung 550 das Schaltelement S1 derart abschalten, dass eine Gleichstromwandlung nicht durchgeführt werden kann.
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Außerdem kann die Steuereinrichtung 550 das Schaltelement S1 derart einschalten, dass die erfasste Eingangsspannung vc1 dem Spannungsabschnitt (d.h. dem Abschnitt von V1 bis V2) in 6 entsprechen kann oder einer Vielzahl von Spannungsabschnitten A1, A2 und A3 entsprechen kann, die in 10 bis 11B gezeigt ist.
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Ist die erfasste Eingangsspannung vc1 zum Beispiel der Maximalwert V1, wie in 6 gezeigt, kann die Steuereinrichtung 550 das Schaltelement S1 derart einschalten, dass die Spannung vc1 verringert werden kann. Wird die erfasste Eingangsspannung vc1 weiterhin verringert und durchläuft sie die Spannung Vmpp, die dem maximalen Leistungspunkt mpp entspricht, dann kann außerdem die Steuereinrichtung 550 das Schaltelement S1 derart abschalten, dass die Spannung vc1 wieder erhöht werden kann. Da das Schaltelement S1 abgeschaltet wird, ändert sich ein Gleichstrompegel nicht, und da der Gleichstrom dem Solarzellenmodul 100 kontinuierlich zugeführt wird, kann die erfasste Spannung vc1 erhöht werden.
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Auf diese Weise kann, während die erfasste Eingangsspannung vc1 bei dem Spannungsabschnitt (dem Abschnitt von V1 bis V2) erkundet wird, die Steuereinrichtung 550 einen ersten Maximalleistungspunktverfolgungsalgorithmus (MPPT) anwenden.
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Während nämlich die Eingangsspannung vc1 verringert wird, die von der ersten Spannung V1 bis zu der zweiten Spannung V2 erfasst wird, dann kann die Steuereinrichtung 550 eine Leistungsberechnung unter Verwendung der erfassten Eingangsspannung vc1 und des erfassten Eingangsstroms ic1 durchführen.
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Des Weiteren vergleicht die Steuereinrichtung 500 kontinuierlich den berechneten Leistungswert mit einem zuvor gespeicherten Leistungswert, speichert den größeren der Leistungswerte, berechnet die Leistung auf der Grundlage einer nächsten erfassten Spannung und vergleicht dann den berechneten Leistungswert mit dem gespeicherten Leistungswert. Da die Steuereinrichtung 550 einen größeren der Leistungswerte gemäß dem Vergleich speichert, berechnet sie einen schlussendlich gespeicherten Leistungswert als einen Maximalleistungswert Pmpp und berechnet einen Punkt, der dem Maximalleistungswert entspricht, als einen Maximalleistungspunkt mpp. Die Steuereinrichtung 550 kann nämlich einen Wendepunkt bei der Leistung-über-Spannungskurve in 6 als einen Maximalleistungspunkt berechnen.
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In einem weiteren Beispiel kann unter Bezugnahme auf 10 hinsichtlich einer zweiten Spannungs-Leistungskurve PV2 und einer dritten Spannungs-Leistungskurve PV3 festgestellt werden, dass die Leistung-über-Spannungskurven PV2 oder PV3 in einen Spannungsabschnitt A3, in dem kein Hotspot auftritt, und Abschnitte A1 und A3 unterteilt werden, in denen ein Hotspot auftritt.
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In dem Spannungsabschnitt A3, in dem kein Hotspot auftritt, führt die Steuereinrichtung 550 wie vorstehend beschrieben eine Leistungsberechnung während eines Variierens der erfassten Eingangsspannung vc1 durch.
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Des Weiteren vergleicht die Steuereinrichtung 550 kontinuierlich den berechneten Leistungswert mit dem existierenden gespeicherten Leistungswert, speichert einen größeren der Leistungswerte, berechnet eine Leistung auf der Grundlage einer nächsten erfassten Spannung und fährt mit einem Vergleichen des berechneten Leistungswerts mit dem gespeicherten Leistungswert fort. Da die Steuereinrichtung 550 einen größeren der Leistungswerte gemäß dem Vergleich speichert, kann sie einen schlussendlich gespeicherten Leistungswert als einen lokalen Maximalleistungswert (Lmpp1 von PV2 oder Lmpp3 von PV3) in dem entsprechenden Abschnitt A3 berechnen.
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In den Abschnitten A1 und A2, in denen ein Hotspot auftritt, wird ein in der Kapazitätseinheit c1 gespeicherter Gleichstrompegel gesenkt, da die Umgehungsdiode eingeschaltet wird. Eine maximale Eingangsspannung vc1, wenn eine Umgehungsdiode eingeschaltet wird, kann etwa 24V betragen, und eine Maximaleingangsspannung vc1, wenn zwei Umgehungsdioden eingeschaltet werden, kann etwa 12V betragen.
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Die Steuereinrichtung 550 kann eine Leistungsberechnung während eines Variierens der erfassten Eingangsspannung vc1 in den voreingestellten Abschnitten A1 und A2 durchführen. Des Weiteren kann die Steuereinrichtung 550 jeweils einen lokalen Maximalleistungswert (Lmpp2 von PV2) in Abschnitt A2 und einen lokalen Maximalleistungswert (Lmpp4 von PV3) in Abschnitt A1 berechnen.
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Die Steuereinrichtung 550 bestimmt einen Maximalwert unter den berechneten lokalen Maximalwerten als einen maximalen Leistungswert. Die Steuereinrichtung 550 bestimmt nämlich einen maximalen Leistungspunkt bei der entsprechenden Spannungs-Leistungskurve. Durch diese Maßnahme kann selbst dann maximale Leistung abgegeben werden, wenn ein Hotspot auftritt.
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Dieses Verfahren kann als ein zweiter MPPT bezeichnet werden, der sich von dem ersten MPPT unterscheidet.
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Außerdem zeigt 11a, die 8A entspricht, dass falls eine Umgehungsdiode eingeschaltet wird, lokale Maximalleistungswerte Lmpp0, Lmpp2 und Lmpp1 jeweils in der Vielzahl von Abschnitten A1, A2 und A3 berechnet werden, und dass der zweite lokale Maximalleistungswert Lmpp2, der einen Maximalwert unter diesen darstellt, als ein Maximalleistungswert berechnet wird.
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11B, die 8B entspricht, zeigt, dass falls zwei Umgehungsdioden eingeschaltet werden, lokale Maximalleistungswerte Lmpp4, Lmpp5 und Lmpp3 jeweils in der Vielzahl von Abschnitten A1, A2 und A3 berechnet werden, und dass der dritte lokale Maximalleistungswert Lmpp3, der einen Maximalwert unter diesen darstellt, als ein Maximalleistungswert berechnet wird.
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12 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess eines Steuerverfahrens eines Photovoltaikmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 12 werden von dem Solarzellenmodul zugeführte Gleichspannung und -strom erfasst (S910). Wie vorstehend beschrieben, erfasst der Eingangsstromerfassungsabschnitt (A) in 9 den Eingangsstrom ic1, der der Kapazitätseinheit 520 zugeführt wird, und erfasst der Eingangsspannungserfassungsabschnitt (B) die Eingangsspannung vc1, die in der Kapazitätseinheit 520 gespeichert ist. Der erfasste Eingangsstrom ic1 und die Eingangsspannung vc1 werden in die Steuereinrichtung 550 eingegeben.
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Als nächstes wird auf der Grundlage der erfassten Spannung oder des Stroms bestimmt, ob ein Hotspot auftrat oder nicht (S920). Beträgt der Pegel der erfassten Spannung vc1 etwa 36V, dann bestimmt die Steuereinrichtung 550, dass kein Hotspot auftrat.
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Bestimmt die Steuereinrichtung 550 in Schritt S930, dass kein Hotspot auftrat, dann bestimmt die Steuereinrichtung 550 einen Maximalleistungspunkt gemäß dem ersten MPPT-Algorithmus (S960).
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Wie in 6 gezeigt, erfasst nämlich die Steuereinrichtung 550 den Maximalleistungspunkt mpp, während die erfasste Eingangsspannung vc1 zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 geändert wird.
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Des Weiteren sieht die Steuereinrichtung eine Steuerung zum Abgeben der Maximalleistung Pmpp von dem Solarzellenmodul 100 gemäß dem Maximalleistungspunkt mpp vor.
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Bestimmt die Steuereinrichtung 550 in Schritt S930, dass ein Hotspot auftrat, dann bestimmt die Steuereinrichtung 550 außerdem einen Maximalleistungspunkt gemäß dem zweiten MPPT-Algorithmus (S940).
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In diesem Fall bestimmt die Steuereinrichtung 550, dass ein Hotspot auftrat, wenn der Pegel der erfassten Eingangsspannung vc1 etwa 24V (in 8A oder 11a) oder etwa 12V (in 8B oder 11B) beträgt.
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Bestimmt die Steuereinrichtung 550, dass ein Hotspot auftrat, dann kann die Steuereinrichtung 550 eine Steuerung zum Erfassen einer lokalen Maximalleistung durch Begrenzen des Erkundungsbereichs auf die Vielzahl von Abschnitten A1, A2 und A3 für die Maximalleistungserfassung vorsehen.
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Die Abschnitte A1, A2 und A3 können jene sein, die zuvor hinsichtlich des Solarzellenmoduls 100 berechnet und zuvor durch die Steuereinrichtung 550 gespeichert wurden.
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Nachdem die lokale Maximalleistung in jedem der Abschnitte gemäß dem zweiten MPPT-Algorithmus erfasst wurde, vergleicht die Steuereinrichtung 550 die jeweiligen lokalen Maximalleistungswerte, um schlussendlich die Maximalleistung zu bestimmen.
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Nachdem Schritt S940 oder S960 durchgeführt wurde, werden Strom und Spannung gemäß dem bestimmten Maximalleistungspunkt abgegeben (S950).
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Die Steuereinrichtung 550 steuert den Schalter S1 der Gleichstromwandlereinheit 550 derart, dass die berechnete Maximalleistung (Lmpp2 in 11a und Lmpp3 in 11B) von dem Solarzellenmodul abgegeben werden kann. Des Weiteren kann die Gleichstromwandlereinheit 550 den Maximalstrom pegelumwandeln und denselben abgeben. Des Weiteren kann die Invertereinheit 540 Wechselstrom abgeben.
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13 zeigt ein weiteres Beispiel eines internen Schaltungsdiagramms des Anschlusskastens des Photovoltaikmoduls gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Unter Bezugnahme auf 13 kann der Anschlusskasten 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Umgehungsdiodeneinheit 510, die Kapazitätseinheit 520, die Gleichstromwandlereinheit 530 und die Steuereinrichtung 550 umfassen. Im Gegensatz zu dem internen Schaltungsdiagramm gemäß 9 umfasst das interne Schaltungsdiagramm gemäß 13 keine Invertereinheit 540.
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Somit kann der Anschlusskasten 200 in der Lage sein, Gleichstrom abzugeben. In diesem Fall, falls der Anschlusskasten 200 eine Leistungsoptimierungsfunktion ausführt, kann ein derartiger Anschlusskasten 200 als Leistungsoptimierer bezeichnet werden.
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Wie in 13 gezeigt ist, kann der Gleichstrom auf einfache Weise durch den Anschlusskasten 200 zugeführt werden, da der Anschlusskasten 200 die Kapazitätseinheit, die Gleichstrom speichert, und die Gleichstromwandlereinheit umfasst, die den Pegel des gespeicherten Gleichstroms umwandelt und denselben abgibt. Ebenso kann die Installation des Photovoltaikmoduls 50 vereinfacht werden, und kann die Kapazität auf einfache Weise bei einem Aufbauen eines Solarphotovoltaiksystems erhöht werden, das eine Vielzahl von Photovoltaikmodulen umfasst.
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Im Gegensatz zu den Aufbauten gemäß 9 und 13 kann außerdem der Anschlusskasten 200 lediglich die Umgehungsdiodeneinheit 540 und die Kapazitätseinheit 520 umfassen. In diesem Fall können die Gleichstromwandlereinheit 530 und die Invertereinheit 540 auf einer Außenseite des Anschlusskastens 200 angelegt werden.
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Im Gegensatz zu den in 9 und 13 gezeigten Aufbauten kann in einem solchen Fall die Eingangsstromerfassungseinheit (A) einen Strom erfassen, der in die Gleichstromwandlereinheit 530 eingegeben wird. Es kann nämlich die Eingangsstromerfassungseinheit (A) zwischen dem Anschlusskasten 200 und der Gleichstromwandlereinheit 530 angelegt werden. Im Gegensatz zu den in 9 und 13 gezeigten Aufbauten kann ebenso die Eingangsspannungserfassungseinheit (B) eine Spannung von beiden Enden eines Eingangsanschlusses der Gleichstromwandlereinheit 530 erfassen. Der erfasste Eingangsstrom ic1 und die Eingangsspannung vc1 können in die Steuereinrichtung 550 eingegeben werden und können auf die vorstehend beschriebene Weise verarbeitet werden. Es kann nämlich der MPPT-Algorithmus gemäß der Feststellung geändert werden, ob ein Hotspot auftritt oder nicht.
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Außerdem können die Eingangsstromerfassungseinheit (A) und die Eingangsspannungserfassungseinheit (B) bei entsprechenden Positionen angelegt werden, wie in 9 und 13 gezeigt, um den Strom ic1 und die Spannung vc1 jeweils zu erfassen, und es können der erfasste Eingangsstrom ic1 und die Eingangsspannung vc1 in die Steuereinrichtung 550 auf der Außenseite des Anschlusskastens 200 eingegeben werden.
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14 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel des Aufbaus eines Solarphotovoltaiksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 14 kann das Solarphotovoltaiksystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Vielzahl von Photovoltaikmodulen 50a, 50b, ..., 50n umfassen. Die Photovoltaikmodule 50a, 50b, ..., 50n können Anschlusskästen 200a, 200b, ..., 200n umfassen, die jeweils Wechselstrom abgeben. In diesem Fall können die Anschlusskästen 200a, 200b, ..., 200n Mikroinverter sein, und es kann Wechselstrom, der von den jeweiligen Anschlusskästen 200a, 200b, ..., 200n abgegeben wird, einem Netz zugeführt werden.
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Außerdem kann die interne Schaltung des Anschlusskastens 200, die in 9 gezeigt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei dem Mikroinverter gemäß 14 angewendet werden.
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15 zeigt eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel des Aufbaus eines Solarphotovoltaiksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 15 kann das Solarphotovoltaiksystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Vielzahl von Photovoltaikmodulen 50a, 50b, ..., 50n umfassen. Die Photovoltaikmodule 50a, 50b, ..., 50n können jeweils Anschlusskästen 1200a, 1200b, ..., 1200n umfassen, die Gleichstrom abgeben. Es kann ebenso weiterhin eine Invertereinheit 1210 zum Umwandeln des Gleichstroms, der von den jeweiligen Photovoltaikmodulen 50a, 50b, ..., 50n abgegeben wird, in Wechselstrom vorgesehen sein. In diesem Fall können die Anschlusskästen 1200a, 1200b, ..., 1200n eine Leistungsoptimierung durchführen, um effektiv Gleichstrom abzugeben.
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Außerdem kann die interne Schaltung des Anschlusskastens 200 gemäß 13 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei dem Leistungsoptimierer gemäß 15 angewendet werden.
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16A und 16B zeigen schematische Darstellungen, auf die bei einer Beschreibung einer Leistungsoptimierung des Solarphotovoltaiksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Bezug genommen wird.
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Zuerst wird unter Bezugnahme auf 16A ein Fall beschrieben, in dem keine Leistungsoptimierung verwendet wird. Wie gezeigt, tritt in einem Zustand, in dem eine Vielzahl von Solarzellenmodulen in Reihe geschaltet ist, wenn ein Hotspot in den Solarzellenmodulen 1320 auftritt, so dass ein Leistungsverlust auftritt (zum Beispiel 70W Leistungszuführung), ein Leistungsverlust sogar in einem normalen Solarzellenmodul 1310 (zum Beispiel 70W Leistungszuführung) auf. Somit wird lediglich Leistung im Gesamtwert von 980W zugeführt.
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 16B ein Fall beschrieben, in dem eine Leistungsoptimierung angewendet wird. Tritt ein Hotspot in Solarzellenmodulen 1320 auf, so dass ein Leistungsverlust auftritt (zum Beispiel 70W Leistungszuführung), dann wird eine Spannungsabgabe von den entsprechenden Solarzellenmodulen 1320 gesenkt, so dass Strom, der von den entsprechenden Solarzellenmodulen 1320 zugeführt wird, gleich dem Strom sein kann, der von einem unterschiedlichen Solarzellenmodul 1310 zugeführt wird.
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Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 550 des Solarzellenmoduls 1320, in dem ein Leistungsverlust auftritt, eine derartige Steuerung vorsehen, dass eine Einschaltdauer des Schaltelements S1 des Gleichstromwandlers 5 30 kürzer ist als eine Anschaltdauer des Schaltelements S1 des Gleichstromwandlers 530, der mit dem anderen normalen Solarzellenmodul 1310 verbunden ist. Demgemäß kann der Gleichstromwandler 530, der mit dem Solarzellenmodul 1320 50 verbunden ist, eine kleinere Ausgangsleistung zuführen.
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Obwohl ein Leistungsverlust (zum Beispiel 70W Leistungszuführung) in den Solarzellenmodulen 1320 auftritt, in denen ein Hotspot auftritt, tritt kein Leistungsverlust in den normalen Solarzellenmodulen 1310 auf (zum Beispiel 100W Leistungszuführung). Somit wird Leistung im Gesamtwert von 1340W zugeführt.
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Durch die Leistungsoptimierung kann die Spannung, die von einem Solarzellenmodul zugeführt wird, in dem ein Hotspot auftritt, gemäß dem Strom eingestellt werden, der von einem anderen Solarzellenmodul zugeführt wird. Zu diesem Zweck kann jedes der Solarzellenmodule eine Spannungsabgabe oder dergleichen bei Empfangen eines Stromwerts oder eines Spannungswerts selbst steuern, der von einem anderen Solarzellenmodul zugeführt wird.
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Außerdem kann der Anschlusskasten 200, der in 13 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist, bei der Leistungsoptimierung gemäß 16B anwendbar sein.
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Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung wird bei Auftreten eines Hotspots eine zugeführte Gleichspannung in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt, wird ein lokaler Maximalleistungspunkt in jedem der Abschnitte berechnet und wird ein Maximalwert unter einer Vielzahl von berechneten lokalen Maximalleistungspunkten als ein Maximalleistungspunkt bestimmt. Somit kann bei Auftreten eines Hotspots eine maximale Leistung abgegeben werden.
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Da der Anschlusskasten die Kapazitätseinheit, die Gleichstrom speichert, und die Gleichstromwandlereinheit umfasst, die den gespeicherten Gleichstrom pegelumwandelt und denselben abgibt, kann außerdem Strom auf leichte Weise durch den Anschlusskasten zugeführt werden.
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Ebenso kann das Photovoltaikmodul, das einen solchen Anschlusskasten aufweist, auf einfache Weise installiert werden, und wird ein Solarphotovoltaiksystem mit einer Vielzahl von Photovoltaikmodulen aufgebaut, dann kann die Kapazität auf leichte Weise erhöht werden.
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Da der Anschlusskasten die Kapazitätseinheit, die Gleichstrom speichert, die Gleichstromwandlereinheit, die den gespeicherten Gleichstrom pegelumwandelt und denselben abgibt, und die Invertereinheit umfasst, die den pegelumgewandelten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und denselben abgibt, auf einfache Weise Wechselstrom durch den Anschlusskasten zugeführt werden.
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Das Steuerverfahren des Photovoltaikmoduls gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung kann als Codes, die durch einen Prozessor gelesen werden können, in einem prozessorlesbaren Aufzeichnungsmedium implementiert werden. Das prozessorlesbare Aufzeichnungsmedium umfasst verschiedene Arten von Aufzeichnungsvorrichtungen, in denen durch einen Prozess gelesene Daten gespeichert werden. Das prozessorlesbare Aufzeichnungsmedium kann einen ROM, einen RAM, eine CD-ROM, ein Magnetband, eine Diskette, eine optische Datenspeichervorrichtung und dergleichen umfassen. Das prozessorlesbare Aufzeichnungsmedium umfasst ebenso Implementierungen in Form von Trägerwellen oder Signalen (zum Beispiel Übertragung über das Internet). Ebenso werden Codes, die in einem mit einem Netzwerk verbundenen Computersystem verteilt werden und durch einen Prozessor auf eine verteilte Art und Weise gelesen werden können, in dem prozessorlesbaren Aufzeichnungsmedium gespeichert und ausgeführt.
