DE102017219156A1

DE102017219156A1 - Luftfeuchtigkeits-gesteuerte elektronikkomponenten-anordnungen für photovoltaik-systeme

Info

Publication number: DE102017219156A1
Application number: DE102017219156.2A
Authority: DE
Inventors: Patrick L. Chapman
Original assignee: SunPower Corp
Current assignee: SunPower Corp
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2018-04-26
Also published as: US20180115277A1; US11271522B2; FR3057996A1; CN107994854A

Abstract

Photovoltaik-Anordnungen (PV-Anordnungen) und PV-Module zum Umwandeln von Solarstrahlung in elektrische Energie werden offenbart. Ein PV-Modul umfasst eine Mehrzahl von PV-Zellen oder Solarzellen zum Erzeugen von Gleichstromleistung. In einigen Ausführungsformen ist die Mehrzahl von Solarzellen innerhalb eines PV-Laminats verkapselt. Eine PV-Anordnung umfasst eine Elektronikkomponenten-Anordnung, die mit dem PV-Modul gekoppelt ist. Die Elektronikkomponenten-Anordnung umfasst eine Einhausung, die einen Innenraumbereich definiert, und eine Leistungskonditionierschaltung innerhalb des Innenraumbereichs der Einhausung. Die Leistungskonditionierschaltung umfasst mindestens eine Elektronikkomponente zum Konditionieren des durch die Mehrzahl von Solarzellen erzeugten Gleichstroms. Die Elektronikkomponenten-Anordnung umfasst eine erste elektrische Leitung zum Eingeben des durch die Mehrzahl von Solarzellen erzeugten Gleichstroms (DC) in die Leistungskonditionierschaltung. Die Elektronikkomponenten-Anordnung umfasst ferner eine zweite elektrische Leitung zum Ausgeben konditionierter Leistung von der Leistungskonditionierschaltung. Außerdem umfasst die Elektronikkomponenten-Anordnung eine Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung innerhalb der Einhausung zum Durchführen eines Entfeuchtungsvorgangs. Die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung umfasst eine erste Heizkomponente und regelt eine Feuchtigkeit oder einen Luftfeuchtigkeitspegel innerhalb des Innenraumbereichs der Einhausung.

Description

HINTERGRUND
Typische Photovoltaik-Module (PV-Module) können Gleichstromleistung (DC-Leistung) basierend auf empfangener Solarenergie erzeugen. PV-Module können eine Mehrzahl von PV-Zellen oder Solarzellen umfassen, die elektrisch miteinander gekoppelt sind, so dass die PV-Zellen zu einer kombinierten Ausgangsleistung für ein PV-Modul beitragen. Ein PV-System oder ein PV-Modul kann eine Elektronikkomponente zum Konditionieren der durch die Solarzellen erzeugten Gleichstromleistung umfassen. In bestimmten Anwendungen kann die durch ein PV-Modul erzeugte Gleichstromleistung in Wechselstromleistung (AC-Leistung) durch die Verwendung eines Leistungsinverters umgewandelt werden. Der Leistungsinverter kann mit einem Ausgang des PV-Moduls wie in einem ACPV-Modul elektrisch gekoppelt sein.
PV-Module und ihre zugeordneten elektrischen Komponenten können in rauen Umgebungen eingesetzt und betrieben werden. Als Schutz werden Gehäuse oder Einhausungen, z.B. starre Metallkästen, häufig verwendet, um die elektrischen Komponenten vor Feuchtigkeit, Wärme oder anderen schädigenden Umgebungskräften zu schützen. Eine Einhausung kann ebenfalls einigen oder vollständigen elektrischen Isolationsschutz bereitstellen, der für die elektrische Komponente notwendig ist, die es unterbringt. Die Einhausung kann mit einer Beschichtung oder einem Vergussmaterial benutzt werden, um den Feuchtigkeitsschutz vor der Umgebung zu ergänzen.
Figurenliste
Die folgenden Zeichnungen veranschaulichen mittels Beispiel und nicht Begrenzung. Der Kürze und Klarheit halber wird jedes Merkmal einer gegebenen Struktur nicht immer in jeder Figur bezeichnet, in der diese Struktur erscheint. Identische Bezugszeichen geben nicht notwendigerweise eine identische Struktur an. Stattdessen können die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, um ein ähnliches Merkmal oder ein Merkmal mit ähnlicher Funktionalität anzugeben, wie es nicht identische Bezugszeichen können. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu.

1 stellt eine Vorderseite eines Photovoltaik-Moduls (PV-Moduls) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anschaulich dar.
2 stellt eine Rückseite eines PV-Moduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anschaulich dar.
3 stellt eine seitliche Querschnittsansicht einer Elektronikkomponenten-Anordnung eines PV-Moduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anschaulich dar.
4 stellt eine Seitenansicht eines PV-Moduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anschaulich dar.
5 stellt ein Ablaufdiagramm anschaulich dar, das Vorgänge in einem Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb einer Elektronikkomponenten-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auflistet.
6 stellt ein Steuerschema zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb einer Elektronikkomponenten-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anschaulich dar.
7A und 7B stellen einen Innenraumbereich einer Elektronikkomponenten-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anschaulich dar.
8 stellt ein Ablaufdiagramm anschaulich dar, das Vorgänge in einem Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb einer Elektronikkomponenten-Anordnung auflistet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Natur und ist nicht dazu bestimmt, die Ausführungsformen des Gegenstands oder der Anwendung und Verwendungen solcher Ausführungsformen einschränken. Das Wort „beispielhaft“, wie hier verwendet, bedeutet „als ein Beispiel, Fallbeispiel oder der Veranschaulichung dienend“. Alle Implementierungen, die hier als beispielhaft beschrieben werden, sind nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen anzusehen. Des Weiteren besteht keine Absicht, durch eine im vorangehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der kurzen Beschreibung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung dargelegte, ausdrückliche oder implizite Theorie gebunden zu sein.
Eine bestimmte Terminologie kann in der folgenden Beschreibung allein zum Zwecke der Bezugnahme verwendet werden und ist somit nicht bestimmt, beschränkend zu sein. Beispielsweise beziehen sich Begriffe, wie beispielsweise „oberer“, „unterer“, „oberhalb“ und „unterhalb“ auf Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Begriffe, wie beispielsweise „vorne“, „hinten“, „rückseitig“, „Seite“, „axial“ und „lateral“, beschreiben die Ausrichtung und/oder den Ort von Abschnitten der Komponente innerhalb eines konsistenten, jedoch beliebigen Bezugsrahmens an, was durch Bezugnahme auf den Text und die zugeordneten Zeichnungen deutlich gemacht wird, welche die erläuterte Komponente beschreiben. Eine derartige Terminologie kann die speziell oben erwähnten Wörter, Ableitungen davon und Wörter mit ähnlicher Bedeutung einschließen. Auf ähnliche Weise implizieren die Begriffe „erste“, „zweite“ und andere derartige numerische Begriffe, die auf Strukturen Bezug nehmen, keine Folge oder Reihenfolge, es sei denn, dass es deutlich durch den Kontext angegeben ist.
Terminologie - Die folgenden Absätze stellen Definitionen und/oder den Kontext für Begriffe bereit, die in dieser Offenbarung gefunden werden (einschließlich der angehängten Ansprüche):
Diese Spezifikation schließt Bezugnahmen auf „eine bestimmte Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ ein. Das Auftreten der Ausdrücke „in einer bestimmten Ausführungsform“ oder „in einer Ausführungsform“ bezieht sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform. Bestimmte Merkmale, Strukturen oder Charakteristika können auf jegliche geeignete Art kombiniert werden, die mit dieser Offenbarung in Einklang ist.
Der Begriff „umfassend“ ist offen. Wie in den beigefügten Ansprüchen verwendet, schließt dieser Begriff keine zusätzliche Struktur oder zusätzlichen Schritte aus.
Verschiedenen Einheiten oder Komponenten können als „konfiguriert ist, um“ beschrieben oder beansprucht werden, eine Aufgabe oder Aufgaben durchzuführen. In derartigem Kontext wird „konfiguriert ist, um“ verwendet, um eine Struktur zu benennen, indem angegeben wird, dass die Einheiten/Komponenten eine Struktur umfassen, die diese Aufgabe oder Aufgaben während des Betriebs durchführt. Als solches kann von der Einheit/Komponente gesagt werden, dass sie konfiguriert ist, um die Aufgabe durchzuführen, auch wenn die spezifizierte Einheit/Komponente momentan nicht betriebsbereit (z.B. nicht ein/aktiv) ist. Das Erwähnen, dass eine Einheit/eine Schaltung/eine Komponente „konfiguriert ist, um“ eine oder mehrere Aufgaben auszuführen, ist ausdrücklich so gedacht, dass sie sich nicht auf 35 U.S.C. §112, Absatz sechs beruft.
Wie hier verwendet, werden die Begriffe „erste,“ „zweite“ usw. als Bezeichnungen für Substantive verwendet, denen sie vorangehen, und implizieren keine wie auch immer geartete Reihenfolge (z.B. räumlich, zeitlich, logisch usw.). Beispielsweise impliziert eine Bezugnahme auf eine „erste“ Verkapselungsschicht nicht notwendigerweise, dass diese Verkapselungsschicht die erste Verkapselungsschicht in einer Folge ist; stattdessen wird der Begriff „erste“ dazu verwendet, um diese Verkapselung von einer anderen Verkapselung (z.B. von einer „zweiten“ Verkapselung) zu unterscheiden.
Der Begriffe „ein“ ist als ein oder mehrere definiert, es sei denn, dass diese Offenbarung ausdrücklich etwas anderes verlangt.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale, die zusammen „gekoppelt“ werden. Wie hier verwendet, bedeutet „gekoppelt“, es sei denn, dass es ausdrücklich anders angegeben ist, dass ein Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal nicht notwendigerweise mechanisch verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert).
Wie hier verwendet, wird „hemmen“ verwendet, um eine Verringerungs- oder Minimierungswirkung zu beschreiben. Wenn eine Komponente oder ein Merkmal als eine Aktion, eine Bewegung oder einen Zustand hemmend beschrieben wird, kann das Ergebnis oder der Ausgang oder der zukünftige Zustand vollständig unterbunden werden. Ferner kann sich „hemmen“ ebenfalls auf eine Verringerung oder Abschwächung des Ausgangs, der Leistung und/oder der Wirkung beziehen, welche ansonsten auftreten könnten. Demgemäß muss, wenn eine Komponente, Element oder Merkmal als ein Ergebnis oder einen Zustand hemmend bezeichnet wird, das Ergebnis oder den Zustand nicht vollständig verhindern oder beseitigen.
Wie hier verwendet, wird der Begriff „im Wesentlichen“ als größtenteils jedoch nicht notwendigerweise gänzlich definiert (und umfasst, was vorgegeben ist; z.B. im Wesentlichen 90 Grad umfasst 90 Grad und im Wesentlichen parallel umfasst parallel), wie es von einem Durchschnittsfachmann verstanden wird. In jeder offenbarten Ausführungsform können die Begriffe „im Wesentlichen“, „näherungsweise“ und „etwa“ mit „innerhalb [einem Prozentsatz] von“ ersetzt werden, was vorgegeben ist, wobei der Prozentsatz umfasst .1, 1, 5 und 10 Prozent umfasst.
Wie hier verwendet, können „Bereiche“ verwendet werden, um diskrete Bereiche, Volumen, Unterteilungen oder Orte eines Objekts oder Material zu beschreiben, die definierbare Charakteristiken jedoch nicht immer feste Grenzen aufweisen.
In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche vorgegebene Einzelheiten dargelegt, wie beispielsweise spezifische Vorgänge, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Es wird für einen Fachmann offensichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden können. In anderen Fällen werden bekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben, um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht unnötigerweise unklar zu machen. Das Merkmal oder die Merkmale einer Ausführungsform können auf andere Ausführungsformen angewendet werden, obwohl sogar nicht beschrieben oder veranschaulicht, es sei denn, dass es ausdrücklich durch diese Offenbarung oder der Natur der Ausführungsformen verboten ist.
Photovoltaik-Module (PV-Module) können eine oder mehrere Elektronikkomponenten zum Konditionieren der Gleichstromleistung umfassen, die durch PV-Zellen oder Solarzellen eines PV-Moduls erzeugt werden. Die Elektronikkomponenten können durch eine Einhausung oder ein Gehäuse geschützt werden. Einer der primären Ursachen von Ausfall in Solarelektronik (z.B., Mikroinverter, DC-DC-Optimierer, Abschneideschaltungen usw.) ist das Eindringen von atmosphärischer Feuchtigkeit in die elektronische Einhausung. Einmal innerhalb der Einhausung kann Feuchtigkeit auf elektronischen Schaltungen kondensieren, um dadurch Kurzschlüsse zu erzeugen und/oder Korrosion zu beschleunigen. Einige Vorgehensweisen, um Elektronikkomponenten vor Feuchtigkeitsschäden zu schützen, umfassen Verkapseln der elektronischen Schaltungen mit einem Vergussmaterial innerhalb der Einhausung. Verschiedene Arten von Verkapselungen, Vergussmaterialien (Vergussmassen) oder konforme Beschichtungen können benutzt werden. Beispielsweise können Vergussmaterialien, wie Polyurethane und Silikone, oder konforme Beschichtungen, wie Acrylene und Parylene, benutzt werden.
Während Vergussmaterialien wesentliches Gewicht und Kosten hinzufügen können, können sie wirksam sein, Wasser am Einwirken auf vergossene Elektronikkomponenten zu hindern. Kleine Hohlräume im Verguss können jedoch Feuchtigkeit einfangen und schließlich zu Korrosion oder anderen Problemen führen. Des Weiteren können die Vergussmassen mit Chemikalien auf den elektronischen Schaltungen oder der gedruckten Leiterplatte (PCB) ungünstig reagieren. Ein zusätzliches Problem mit der Verwendung von Vergussmaterialien ist, dass sie unzulässige mechanische Belastungen auf elektrische Komponenten legen können, was schließlich zu Brüchen von Lötstellen oder anderen Beschädigungen führen kann.
Konforme Beschichtungen fügen kein bedeutendes Gewicht hinzu und sind im Allgemeinen für Lötstellen günstiger, wobei jedoch konforme Beschichtungen im Allgemeinen in den Kosten höher sind und eine zuverlässige Anbringung der konformen Beschichtung schwierig sein kann. Wenn das Beschichtungsmaterial auf die elektronischen Schaltungen gesprüht wird, kann es problematisch sein, sicherzustellen, dass die Beschichtung ordnungsgemäß größere Elektronikkomponenten „unterfüllt“, wie beispielsweise platzraubende Kondensatoren oder magnetische Komponenten. Schlechte Unterfüllung führt zu Lücken in der Beschichtung, die Wasserkondensation ermöglichen können und schließlich zu Ausfall führen. Einige Beschichtungsvorgehensweisen umfassen das Tauchen von Leiterplatten in ein konformes Beschichtungsmaterial, um die Unterfüllungscharakteristiken zu verbessern. Konforme Beschichtungen, die in einem Chargen-Tauchprozess aufgebracht werden, können als Inline-Herstellungsprozess aufwändig sein und Beschichtungsunstimmigkeiten können immer noch vorhanden sein. Konforme Beschichtungen, die über Gasphasenabscheidung (CVD = Chemical Vapor Deposition) aufgebracht werden, können im Allgemeinen Beschichtungslücken beseitigen, wobei diese Vorgehensweise jedoch ziemlich aufwändig und als Herstellungsprozess eine Herausforderung sein kann.
Die obigen Beschichtungs- oder Verguss-Vorgehensweisen können in ihrer Fähigkeit begrenzt sein, Wasser am Sammeln auf elektronischen Schaltungen zu hindern, die zugeordneten PV-Systemen zugeordnet sind. Ein aktiveres Luftfeuchtigkeitssteuersystem und eine Vorgehensweise, die für PV-Modul-Niveau-Elektronik besonders geeignet ist, wird hier beschrieben. Luftfeuchtigkeits-Steuersysteme werden allgemein in Elektronikschränken verwendet, um die Zuverlässigkeit zu verbessern. Derartige Luftfeuchtigkeits-Steuersysteme stützen sich im Allgemeinen auf Entfeuchter, die aktive Pumpen und Lüfter umfassen, so dass sie keine geeigneten Optionen für Elektronikkomponenten eines PV-Moduls, wie z.B. eines Mikroinverters, sind. Des Weiteren können herkömmliche Luftfeuchtigkeitssteuersysteme relativ aufwändige Luftfeuchtigkeitssensoren benutzen, deren Kosten von Produkten, wie großen Elektronikschränken, leichter absorbiert werden können. Für PV-Systeme, die hier beschriebene Elektronikkomponenten-Anordnungen umfassen, kann das Ziel sein, zu verhindern, dass die Luftfeuchtigkeit innerhalb der Elektronikkomponenten-Anordnung einen Wert überschreitet (einen Wert, der sich basierend auf der Außentemperatur verändern kann), der Kondensation (z.B., ein Taupunkt) verursachen kann, im Gegensatz zum Steuern der Luftfeuchtigkeit auf einen bestimmten Wert oder Bereich.
Verbesserte PV-Anordnungen und PV-Module, die hier beschriebene Luftfeuchtigkeits-gesteuerte Elektronikkomponenten-Anordnungen umfassen, können unbeschichtete oder konform-beschichtete Leistungselektronik umfassen. Außerdem können einige PV-Anordnungen und PV-Module, die hier beschriebene Luftfeuchtigkeits-gesteuerte Elektronikkomponenten-Anordnungen umfassen, vollständig oder teilweise vergossene Leistungselektronik umfassen. Wie oben beschrieben, kann Wasserdampf in das Vergussmaterial eindringen (wenn auch langsamer) und schließlich empfindliche elektronischen Schaltungen kontaktieren. In vergossenen Ausführungsformen kann beispielsweise eine Luftfeuchtigkeits-gesteuerte Elektronikkomponenten-Anordnung betrieben werden, um das Vergussmaterial einer Elektronikkomponenten-Anordnung periodisch „auszutrocknen“.
PV-Anordnungen und Module zum Umwandeln von Solarstrahlung in elektrische Energie werden hier offenbart. Ein PV-Modul umfasst eine Mehrzahl von Solarzellen zum Erzeugen von Gleichstromleistung. In einer Ausführungsform sind die Mehrzahl von Solarzellen innerhalb eines PV-Laminats. Eine PV-Anordnung umfasst eine Elektronikkomponenten-Anordnung, die mit dem PV-Modul gekoppelt ist. Die Elektronikkomponenten-Anordnung umfasst eine Einhausung, die einen Innen- oder Innenraumbereich definiert, und eine Leistungskonditionierschaltung innerhalb des Innenraumbereichs der Einhausung. Die Leistungskonditionierschaltung umfasst mindestens eine Elektronikkomponente zum Konditionieren der durch die Mehrzahl von Solarzellen erzeugten Leistung. Die Elektronikkomponenten-Anordnung umfasst eine erste elektrische Leitung zum Eingeben des durch die Mehrzahl von Solarzellen erzeugten Gleichstroms (DC) in die Leistungskonditionierschaltung. Die Elektronikkomponenten-Anordnung umfasst ferner eine zweite elektrische Leitung zum Ausgeben von konditionierter Leistung von der Leistungskonditionierschaltung. Außerdem umfasst die Elektronikkomponenten-Anordnung eine Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung innerhalb der Einhausung zum Durchführen eines Entfeuchtungsvorgangs. Die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung umfasst eine erste Heizkomponente und regelt einen Feuchtigkeits- oder Luftfeuchtigkeitspegel innerhalb des Innenraumbereichs der Einhausung.
Wechselstrom-Photovoltaikanordnungen (ACPV-Anordnungen) und Module werden hier ebenfalls beschrieben. Eine ACPV-Anordnung oder Modul kann einen Leistungsinverter oder DC-AC-Inverter, allgemein als ein „Mikroinverter“ bezeichnet, zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom umfassen, so dass die zweite elektrische Leitung Wechselstrom von dem Mikroinverter ausgibt. Obwohl viele der hier beschriebenen Beispiele Wechselstrom-Photovoltaikmodule (ACPV-Module) sind, gelten die Techniken und Strukturen ebenso für andere (z.B., Gleichstrom) PV-Module.
1 veranschaulicht ein PV-Modul 100, das ein PV-Laminat 106 umfasst, das eine Vorderseite 102 aufweist, die der Sonne während des Normalbetriebs zugewandt ist, um Solarstrahlung zu sammeln, und eine Rückseite 104 entgegengesetzt der Vorderseite 102. Das Modul 100 umfasst ein Laminat 106, das eine Mehrzahl von Solarzellen 108 verkapselt. In einigen Ausführungsformen kann das Modul 100 ‚rahmenlos‘ sein. In anderen Ausführungsformen umfasst das Modul 100 jedoch ein Stützelement oder Rahmen 110, der das Laminat 106 umgibt, wie beispielsweise in 1 anschaulich dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann ein Stützelement oder Rahmen das Laminat teilweise umgeben. In einigen Ausführungsformen kann der Rahmen 110 einstückig oder als ein einheitlicher Körper ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann der Rahmen 110 aus einer Anordnung von Teilen gebildet sein. In einer Ausführungsform kann der Rahmen 110 sich umfangsmäßig erstreckende Flansche, Wülste, Ränder oder andere Vorsprünge umfassen. Der Rahmen 110 kann aus einem Metallmaterial (z.B. Aluminium), einem Polymermaterial oder einer Kombination davon gebildet sein. Der Rahmen kann mindestens teilweise elektrisch leitfähig sein und muss in derartigen Ausführungsformen eventuell elektrisch geerdet werden.
Die Solarzellen 108 können der Vorderseite 102 zugewandt und in einer Mehrzahl von Solarzellensträngen 109 angeordnet sein. Das Laminat 106 kann eine oder mehrere verkapselnde Schichten umfassen, welche die Solarzellen 108 umgeben und einschließen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Laminat 106 eine obere Abdeckung 103 auf der Vorderseite 102, die aus Glas oder einem anderen transparenten Material hergestellt ist. In bestimmten Ausführungsformen kann das Material, das für den Aufbau der Abdeckung 103 gewählt ist, für Eigenschaften ausgewählt werden, die Reflexion minimieren, um dadurch der maximalen Menge an Sonnenlicht zu erlauben, die Solarzellen 108 zu erreichen. Die obere Abdeckung 103 kann dem Laminat 106 strukturelle Steifigkeit bereitstellen. Das Laminat 106 kann ferner ein Backsheet bzw. Rückseitenfolie 105 auf der Rückseite 104 umfassen. Das Backsheet 105 kann eine wetterbeständige und elektrisch isolierende Schicht sein, welche die Unterseite des Laminats 106 schützt. Das Backsheet 105 kann eine Polymerfolie sein und mit einer Verkapselungsschicht(en) des Laminats 106 laminiert oder mit einer der Schichten der Verkapselung einstückig sein.
2 stellt eine Ansicht der Rückseite 104 des Moduls 100 anschaulich dar, das eine Elektronikkomponenten-Anordnung 120 zum Konditionieren der Leistung umfasst, die durch die Solarzellen 108 erzeugt wird. In einer Ausführungsform kann die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 mit dem Backsheet 105 des Laminats 106 über einen Klebstoff oder eine andere Sicherungsvorrichtung oder Merkmal gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 mit dem Rahmen 110 über Schrauben, einem Klebstoff oder einer anderen Sicherungsvorrichtung oder Merkmal gekoppelt oder angebracht sein. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 mit dem Rahmen 110 des Moduls 100 abnehmbar gekoppelt. In einigen Ausführungsformen ist die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 an dem Rahmen 110 des Moduls 100 angebracht. Die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 kann paarende Merkmale zum mechanischen Koppeln mit einem entsprechenden paarenden Merkmal des Rahmens 110 umfassen.
In einer Ausführungsform ist die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 an dem Rahmen 110 des Moduls 100 gesichert, so dass die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 im Wesentlichen zwischen zwei Ecken des Rahmens 110 zentriert ist, wie in 2 anschaulich dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 an oder in Richtung einer Ecke des Rahmens 110 bereitgestellt werden. In einigen Ausführungsformen wird das Modul 100 keinen Rahmen umfassen. In derartigen Ausführungsformen kann die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 im Wesentlichen in der Mitte oder an einer Ecke des Laminats 106 angeordnet sein. Die Elektronikkomponenten-Anordnung kann an jeder gewünschten Position relativ zu dem PV-Laminat, sei es an einer Mitte, Rand, Ecke, Seitenrand, Eckenrand usw., bereitgestellt werden
In einer Ausführungsform umfasst die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 ein Gehäuse oder eine Einhausung 122. Die Elektronikkomponenten-Einhausung 122 kann einen Innenraumbereich definieren und die Innenraum-Elektronikkomponenten vor Feuchtigkeit, Staub und anderen Schmutzstoffen abdichten, sowie auch erzeugte Wärme dissipieren. In einer Ausführungsform ist die Elektronikkomponenten-Einhausung 122 aus einem metallischen Material, wie beispielsweise Aluminium, zusammengesetzt. In einer anderen Ausführungsform ist die Elektronikkomponenten-Einhausung 122 aus einem Wärme-dissipierenden Polymer zusammengesetzt. Die Elektronikkomponenten-Einhausung 122 kann einstückig ausgebildet sein oder aus einer Anordnung von Teilen gebildet sein. Beispielsweise kann die Elektronikkomponenten-Einhausung 122 als eine Anordnung bereitgestellt werden, die einen Basisabschnitt und einen Abdeckungsabschnitt umfasst.
3 stellt eine seitliche Querschnittsansicht der Elektronikkomponenten-Anordnung 120 anschaulich dar, die mit dem PV-Laminat 106 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 mit der Mehrzahl von Solarzellen 108 elektrisch verbunden, die innerhalb des Laminats 106 verkapselt sind. Die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 umfasst eine erste elektrische Leitung 124 zum Eingeben des durch die Mehrzahl von Solarzellen 108 erzeugten Gleichstroms in die Elektronikkomponenten-Anordnung. In einer Ausführungsform kann sich die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 direkt mit elektrischen Verbindungen, die von dem Backsheet 105 des Laminats 106 vorstehen, durch die erste elektrische Leitung 124 in elektrischer Verbindung mit Solarzellen 108 verbinden, die in dem PV-Laminat 106 verkapselt sind.
In anderen Ausführungsformen kann die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 mit der verbundenen Mehrzahl von Solarzellen 108 über einen Anschlusskasten (nicht abgebildet) verbunden sein. Ein Anschlusskasten kann elektrische Verbindungen verkapseln, die von dem Backsheet 105 des Laminats 106 vorstehen, wobei die vorstehenden elektrischen Verbindungen in elektrischer Verbindung mit den Solarzellen 108 sind. Ein Anschlusskasten kann ebenfalls Umgehungsdioden zum Bereitstellen von Wechselstromwegen durch das Modul 100 umfassen, sollte eine der Solarzellen 108 und/oder Solarzellenstränge 109 des Moduls 100 beschädigt, beschattet oder anderweitig betriebsunfähig werden. In einigen Ausführungsformen ist die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 konfiguriert, um mit einem Anschlusskasten (falls vorhanden) abnehmbar gekoppelt zu sein.
In einer Ausführungsform umfasst die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 eine zweite elektrische Leitung 126 zum Ausgeben von konditionierter Leistung. Die zweite elektrische Leitung 126 gibt konditionierte Leistung an eine externe Last aus und kann mit benachbarten Modulen verbunden werden, um eine PV-Anordnung zu bilden. In mehreren Ausführungsformen umfasst die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 einen Mikroinverter zum Umwandeln von durch die Solarzellen 108 erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom oder Wechselstromleistung. In derartigen Ausführungsformen kann das Modul 100 als ein ACPV-Modul beschrieben werden.
Wie in 3 anschaulich dargestellt, definiert die Einhausung 122 einen Innenraumbereich 130, der eine Leistungskonditionierschaltung 140 und eine Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 umfasst, die durch gestrichelte Linien angegeben werden. In einigen Ausführungsformen sind die Leistungskonditionierschaltung 140 und die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 auf einer gemeinsamen gedruckten Leiterplatte (PCB) 132 angebracht, wie beispielsweise in 3 anschaulich dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann die Leistungskonditionierschaltung 140 und die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 jedoch auf getrennten PCBs angebracht sein. In noch anderen Ausführungsformen, kann die PCB fehlen.
In einer Ausführungsform umfasst die Leistungskonditionierschaltung 140 eine oder mehrere Elektronikkomponenten zum Konditionieren von Leistung, die durch die Mehrzahl von Solarzellen 108 des Laminats 106 erzeugt wird. Die erste elektrische Leitung 124 gibt Gleichstrom, der durch die Mehrzahl von Solarzellen 108 des Laminats 106 erzeugt wird, in die Leistungskonditionierschaltung 140 ein. In einer Ausführungsform umfasst die Leistungskonditionierschaltung 140 einen elektronischen DC-DC-Optimierer oder Wandler zum Umwandeln der von Solarzellen 108 ausgegebenen rohen Leistung beispielsweise in eine optimierte Ausgabe hoher Spannung und niedrigen Stroms. In einigen Ausführungsformen umfasst die Leistungskonditionierschaltung 140 einen Mikroinverter und/oder verwandte Elektronikkomponenten 142 zum Umwandeln des durch die Mehrzahl von Solarzellen 108 erzeugten Gleichstroms in Wechselstrom. In derartigen Ausführungsformen ist das Modul 100 ein ACPV-Modul und die zweite elektrische Leitung 126 gibt Wechselstrom von der Leistungskonditionierschaltung 140 aus.
In einer Ausführungsform kann die Elektronikkomponenten-Einhausung 122 abgedichtet werden, um die Feuchtigkeit am Eintreten in den Innenraumbereich 130 zu hemmen, der die Leistungskonditionierschaltung 140 umfasst. Trotzdem die Einhausung 122 abgedichtet wird, können Schwankungen in der Temperatur sowohl innerhalb als auch außerhalb der Einhausung 122 Druckunterschiede erzeugen, die Wasserdampf in den Innenraumbereich 130 der Einhausung 122 treiben können. In einigen Ausführungsformen der Einhausung 122 umfasst die Elektronikkomponenten-Anordnung 120 ein Loch oder eine Lüftungsöffnung 123. Die Lüftungsöffnung 123 kann den Durchgang von Luft ermöglichen, jedoch verhindern, dass flüssiges Wasser oder Fremdkörper dahindurch laufen. Beispielsweise kann die Lüftungsöffnung eine Gore®-Lüftungsöffnung einer Gore-Lüftungsöffnung sein und kann ermöglichen, dass sich der Luftdruck zwischen dem Innenraum 130 und Außenraum der Einhausung 122 egalisiert. In einigen Ausführungsformen kann die Lüftungsöffnung Wasserdampf ermöglichen, dahindurch zu laufen. In einer Ausführungsform kann die Einhausung 122 ein Loch, z.B. ein Leck-Loch, umfassen, um flüssigem Wasser zu ermöglichen, dahindurch abzufließen. Wie in 4 anschaulich dargestellt, kann ein Leck-Loch 123 in Richtung der Unterseite 125 der Elektronikkomponenten-Einhausung 122 positioniert sein, um das Abfließen von Wasser über Schwerkraft zu erleichtern. Eine bestimmte Ausrichtung des Moduls 100 kann sich beispielsweise abhängig von den Besonderheiten einer Einbaustelle unterscheiden. Auf ähnliche Weise kann die relative Positionierung einer Lüftungsöffnung oder eines Leck-Lochs nach Wunsch geändert werden. Des Weiteren sei zu verstehen, dass die relative Ausrichtung der Schaltungen und Komponenten innerhalb der Elektronikkomponenten-Anordnung 122 nach Wunsch modifiziert werden kann.
Wieder bezugnehmend auf 3 umfasst die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 eine oder mehrere elektrische Komponenten zum Durchführen eines Entfeuchtungsvorgangs für den Innenraumbereich 130 der Einhausung 122. In einer Ausführungsform umfasst die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 eine erste Heizkomponente 152, die durch jedes gewünschte Mittel betätigt werden kann. In einer Ausführungsform kann die erste Heizkomponente 152 der Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 ein Widerstandselement oder Widerstand sein, das/der bereitgestellt wird, um Wärme innerhalb des Innenraumbereichs 130 der Einhausung 120 zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen ist die erste Heizkomponente 152 der Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 ebenfalls eine Komponente (z.B. ein Leistungshalbleiter) der Leistungskonditionierschaltung 140, die normalerweise Wärme erzeugen kann, wenn aktiv. Beispielsweise können Transistorkomponenten der Leistungskonditionierschaltung 140 ebenfalls eine oder mehrere Heizkomponenten der Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 sein. Es kann erkannt werden, dass eine höhere Rate von Wasserkondensation innerhalb der Einhausung 122 nachts auftreten kann, wenn die Sonne nicht heraus und die Umgebungstemperatur niedriger ist. In Ausführungsformen, in denen die erste Heizkomponente 152 der Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 ebenfalls eine Komponente der Leistungskonditionierschaltung 140 ist, kann die Leistungskonditionierschaltung 140 im Wesentlichen nachts inaktiv sein und somit kann(können) eine Heizkomponente(n) der Leistungskonditionierschaltung 140 verfügbar sein, um als Heizelement(e) der Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 zu wirken.
Die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 kann durch jede gewünschte Leistungsquelle mit Leistung versorgt werden. In einer Ausführungsform wird die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 durch Gleichstrom von der ersten elektrischen Leitung 124 mit Leistung versorgt. In einer anderen Ausführungsform wird die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 durch Wechselstromleistung von der zweiten elektrischen Leitung 126 mit Leistung versorgt, wobei die Wechselstromleistung direkt von der Leistungskonditionierschaltung 140 und/oder einer externen Leistungsquelle oder Netz empfangen werden kann. In noch einer anderen Ausführungsform kann die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 mit Leistung durch eine „on-board“ bzw. platteninterne Leistungsquelle, z.B. eine Batterie, versorgt werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 ferner eine Luftfeuchtigkeitsfühlerkomponente oder einen Sensor 154 zum Abtasten einer Feuchtigkeit oder eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb des Innenraumbereichs 130 der Einhausung 122. Beispielsweise kann ein Luftfeuchtigkeitssensor 154 einen elektrischen Parameter als eine Funktion des Feuchtigkeitsgehalts innerhalb der Einhausung 122 ausgeben. In einer Ausführungsform ist der Sensor 154 ein Temperatursensor, der beispielsweise die Feuchtkugeltemperatur oder Taupunkttemperatur innerhalb der Einhausung 122 ausgibt. In einer Ausführungsform ist der Sensor 154 ein Drahtfaden, der aus einem elektrisch leitfähigen Material (z.B. halbleitende Keramik) umfasst ist, das einen elektrischen Widerstand aufweist, der sich als eine Funktion von Luftfeuchtigkeit und/oder Temperatur verändert. Wie in 3 anschaulich dargestellt, ist der Sensor 154 innerhalb der Einhausung 122 lokalisiert, wobei jedoch in anderen Ausführungsformen ein Sensor außerhalb der Einhausung 122 lokalisiert sein kann, um Umgebungsumweltbedingungen zu überwachen. In einigen Ausführungsformen kann die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 ein Signal basierend auf einem Luftfeuchtigkeitspegel der Umgebungsumwelt extern zu der Einhausung 122 empfangen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
In verschiedenen Ausführungsformen regelt die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 einen Luftfeuchtigkeitspegel des Innenraumbereichs 130 der Einhausung 122. In einer Ausführungsform kann der Luftfeuchtigkeitspegel „passiv“ gesteuert werden, wobei beispielsweise die erste Heizkomponente 152 eine Komponente der Leistungskonditionierschaltung 140 sein kann und dadurch basierend auf einem Betriebszustand der Leistungskonditionierschaltung 140 betätigt werden kann. In anderen Ausführungsformen kann die Luftfeuchtigkeitspegel auf eine aktivere Art und Weise gesteuert werden. Beispielsweise kann das PV-Modul 100 eine Steuereinheit 156 zum Regeln des Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb des Innenraumbereichs 130 der Einhausung 122 umfassen. Wie in 3 anschaulich dargestellt, ist die Steuereinheit 156 eine Komponente der Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150, die innerhalb der Einhausung 122 lokalisiert ist. In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinheit jedoch außerhalb der Einhausung 122 lokalisiert sein.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit 156 konfiguriert, um die erste Heizkomponente 152 zu betätigen, wenn ein gemessener Luftfeuchtigkeitspegel innerhalb des Innenraumbereichs 130 oberhalb eines vorbestimmten maximalen Luftfeuchtigkeitspegels ist. Wenn der gemessene Luftfeuchtigkeitspegel innerhalb des Innenraumbereichs 130 beispielsweise oberhalb eines vorbestimmten maximalen relativen Luftfeuchtigkeitspegels von 50% RH (Relative Luftfeuchtigkeit) ist, dann betätigt die Steuereinheit 156 die erste Heizkomponente 152. Als Beispiel können sich Ablagerungen, Filme oder Monoschichten von Feuchtigkeit oder Kondensation unterhalb eines bestimmten Kondensations-Luftfeuchtigkeitspegels, z.B. 70% RH, bilden. Daher kann der vorbestimmte maximale relative Luftfeuchtigkeitspegel unterhalb des Kondensations-Luftfeuchtigkeitspegels mit einem Schutzspielraum, z.B. 50% RH, ausgewählt werden. Als anderes Beispiel kann der Taupunkt der Umgebungsumwelt oder innerhalb der Einhausung 122 gemessen oder geschätzt werden und die Steuereinheit 156 kann konfiguriert sein, um die erste Heizkomponente 152 zu betätigen, wenn eine abgetastete oder gemessene Temperatur einer vorbestimmten Schwelle, z.B. 10°C, oberhalb des gemessenen oder geschätzten Taupunkts erreicht.
In einigen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 156 eine Kommunikationskomponente zum Empfangen eines Signals basierend auf einem Luftfeuchtigkeitspegel der Umgebungsumwelt extern zu der Einhausung 122 umfassen, wobei das Signal beispielsweise eine codierte Umgebungsluftfeuchtigkeit, eine Umgebungstemperatur und/oder eine zukünftige Wetterbedingung umfassen kann. In einer anderen Ausführungsform kann die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 eine Zeitgeberschaltung zum Betätigen der ersten Heizkomponente 152, nachdem eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, beispielsweise während der Nachtstunden eines 24-Stunden-Tages umfassen.
Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb einer Einhausung einer Elektronikkomponenten-Anordnung eines PV-Moduls werden hier ebenfalls beschrieben. 5 stellt ein Ablaufdiagramm 160 anschaulich dar, das Vorgänge in einem Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb der Einhausung 122 der Elektronikkomponenten-Anordnung 120 auflistet. Optionale Vorgänge des Ablaufdiagramms 160 werden durch gestrichelte Linien angegeben. 6 stellt ein Steuerschema 180 zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb der Einhausung 122 der Elektronikkomponenten-Anordnung 120 anschaulich dar. Bezugnehmend auf Vorgang 162 des Ablaufdiagramms 160 umfasst ein Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb einer Elektronikkomponenten-Einhausung eines PV-Moduls ein Bestimmen eines Luftfeuchtigkeitspegels 182 innerhalb der Einhausung 122 einer PV-Modul-Elektronikkomponenten-Anordnung 120. In einer Ausführungsform umfasst das Bestimmen des Luftfeuchtigkeitspegels 182 innerhalb der Einhausung 122 ein Abtasten des Luftfeuchtigkeitspegels des Innenraumbereichs 130 der Einhausung 122 beispielsweise durch einen Sensor 154 der Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150. In anderen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen des Luftfeuchtigkeitspegels 182 innerhalb der Einhausung 122 ein Schätzen des Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb der Einhausung 122 unter Verwendung von derzeitigen und/oder zukünftigen Wetterdaten z.B. relativer Umgebungsluftfeuchtigkeit oder Temperatur.
Bezugnehmend auf Vorgang 164 des Ablaufdiagramms 160 und auf die entsprechende 6 kann ein Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb einer Elektronikkomponenten-Einhausung eines PV-Modul optional ein Berechnen eines Fehlerwerts 186 von dem Luftfeuchtigkeitspegel 182 und einem vorbestimmten maximalen Luftfeuchtigkeitspegel 184 umfassen. In einer Ausführungsform berechnet die Steuereinheit 156 den Unterschied zwischen dem Luftfeuchtigkeitspegel 182 und dem vorbestimmten maximalen Luftfeuchtigkeitspegel 184, einen Fehlerwert 186 der Subtraktion zu erzeugen.
Bezugnehmend auf den optionalen Vorgang 166 des Ablaufdiagramms 160 und der entsprechenden 6 kann ein Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb der Elektronikkomponenten-Einhausung 120 des PV-Moduls 100 ferner ein Berechnen eines Steuersignal 188 basierend auf einer vorbestimmten Funktion f(e) des Fehlerwerts 186 umfassen. In einer Ausführungsform erzeugt die vorbestimmte Funktion f(e) des Fehlerwerts 186 ein Steuersignal 188, das angibt, wieviel Betätigung auf eine oder mehrere Heizkomponenten der Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 angewendet wird. In einer Ausführungsform umfasst das Berechnen des Steuersignale 188 ein Berechnen des Steuersignals durch eine vorbestimmte proportionale Steuerfunktion, integrale Steuerfunktion, differenziale Steuerfunktion oder einer Kombination davon. In einigen Ausführungsformen kann eine Konstante K verwendet werden, um die vorbestimmte Funktion f(e) zu skalieren. Beispielsweise kann die Konstante K das Steuersignal 188 in eine Spannung skalieren, die auf eine oder mehrere Heizkomponenten (z.B. einen oder mehrere Widerstände) angewendet werden kann. Die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 kann das Steuersignal 188 über jede gewünschte Funktion berechnen. Des Weiteren kann die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 jede gewünschte Art oder Anzahl von Elektronikkomponenten, beispielsweise Schalter, Widerstände, Kondensatoren, Verstärker, Mikroprozessoren oder andere digitale Computer umfassen. In einer Ausführungsform umfasst die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 Schalter, so dass, wenn das Steuersignal 188 ein hoher Logikpegel ist, eine oder mehrere Heizkomponenten der Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 aktiviert werden und umgekehrt.
Bezugnehmend auf Vorgang 168 des Ablaufdiagramm 160 kann ein Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb der Elektronikkomponenten-Einhausung 120 des PV-Moduls 100 ein Übertragen des Steuersignals an eine oder mehrere Heizkomponenten innerhalb der Einhausung 122 der PV-Modul-Elektronikkomponenten-Anordnung 120 umfassen. In einer Ausführungsform überträgt die Steuereinheit 156 das Steuersignal 188 an die erste Heizkomponente 152, um dadurch die erste Heizkomponente 152 zu betätigen. In anderen Ausführungsformen kann eine Steuereinheit extern zu der Elektronikkomponenten-Anordnung 120 das Steuersignal 188 an die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 150 drahtlos übertragen, um dadurch die erste Heizkomponente 152 zu betätigen.
In einer anderen Ausführungsform können zwei oder mehrere Heizkomponenten abwechselnd oder unterschiedlich betätigt werden, um gezielte Temperaturgradienten innerhalb einer Elektronikkomponenten-Anordnung zu erzeugen. Beispielsweise kann eine einzige Heizkomponente lokalisierte Wärme erzeugen, welche die Kondensation in ihrer physischen Nähe verringern kann, jedoch Kondensation in anderen Bereichen des Innenraumbereichs 130 der Einhausung 122 ermöglichen kann. Des Weiteren können lokalisierte Temperaturunterschiede der Luft innerhalb des Innenraumbereichs 130 der Einhausung 122 lokalisierte Druckunterschiede verursachen, die ihrerseits eine Luftströmung verursachen können. In einer Ausführungsform kann diese Luftströmung dazu dienen, Bereiche zu erwärmen, die dichteren Wasserdampf umfassen, und dabei helfen, lokalisierte Kondensation zu hemmen.
1-6 veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen von PV-Anordnungen, die Elektronikkomponenten-Anordnungen und Betriebsverfahren derselben umfassen. Wenn nachstehend nicht anders vorgegeben, sind die numerischen Indikatoren, die verwendet werden, um sich auf Komponenten in den 7-8 zu beziehen, denen ähnlich, die verwendet werden, um sich auf Komponenten oder Merkmale in den obigen 1-6 zu beziehen, mit der Ausnahme, dass der Index um 100 inkrementiert wurde.
7A und 7B stellen den Innenraumbereich 230 anschaulich dar, der durch die Einhausung 222 der Elektronikkomponenten-Anordnung 220 definiert wird. Die Elektronikkomponenten-Anordnung 220 umfasst eine Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung 250, die eine erste Heizkomponente 252a und eine zweite Heizkomponente 252b umfasst. In einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Heizkomponenten 252a, 252b konfiguriert, um unabhängig betätigt zu werden. In dem in 7A und 7B veranschaulich dargestellten Beispiel werden die ersten und zweiten Heizkomponenten 252a, 252b verwendet, um abwechselnd unterschiedliche Seiten des Innenraumbereichs 230 der Einhausung 222 zu erwärmen. In einigen Ausführungsformen können Heizkomponenten 252a, 252b innerhalb des Innenraumbereichs 230 verteilt werden, so dass bestimmte Bereiche, die für Wasseraufnahme anfällig sind, eine konzentrierte Anwendung von Wärme empfangen. Beispielsweise können eine oder mehrere Heizkomponenten nahe einem oder mehreren Bereichen der Leistungskonditionierschaltung bereitgestellt werden, die schwierig zu beschichten oder zu unterzufüllen sind.
8 stellt ein Ablaufdiagramm 260 anschaulich dar, das Vorgänge in einem Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb der Einhausung 222 der Elektronikkomponenten-Anordnung 220 auflistet. Optionale Vorgänge des Ablaufdiagramms 260 werden durch gestrichelte Linien angegeben. Bei Vorgang 262 umfasst ein Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb einer Elektronikkomponenten-Einhausung eines PV-Moduls ein Bestimmen eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb der Einhausung 222 an einem ersten Ort oder Unterbereich 234 innerhalb des Innenraumbereichs 230 der Einhausung 222. In einer Ausführungsform ist der erste Unterbereich 234 nahe der ersten Heizkomponente 252a, wie in 7A-7B anschaulich dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann jedoch der erste Unterbereich 234, bei dem ein Luftfeuchtigkeitspegel bestimmt wird, nahe Bereichen, die für Wasseraufnahme anfällig sind, beispielsweise nahe Elektronikkomponenten, die große Unterfüllungslücken aufweisen, oder nahe Lüftungsöffnungen lokalisiert sein.
Bezugnehmend auf Vorgang 270 des Ablaufdiagramms 260 und auf die entsprechende 7A umfasst ein Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb einer Elektronikkomponenten-Einhausung eines PV-Moduls das Betätigen der ersten Heizkomponente 252a der PV-Modul-Elektronikkomponenten-Anordnung 220 basierend auf dem bestimmten Luftfeuchtigkeitspegel bei dem ersten Unterbereich 234 innerhalb des Innenraumbereichs 230. In einer Ausführungsform zwingt die Betätigung der ersten Heizkomponente 252a, dass sich Luft innerhalb der Einhausung 222 in einer ersten Richtung 290 bewegt.
Bezugnehmend auf Vorgang 272 des Ablaufdiagramms 260 und auf die entsprechende 7B umfasst ein Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb einer Elektronikkomponenten-Einhausung eines PV-Moduls ferner das Betätigen der zweiten Heizkomponente 252b. In einer Ausführungsform kann die Betätigung der zweiten Heizkomponente 252b Luft innerhalb der Einhausung 222 zwingen, sich in einer zweiten Richtung 292 zu bewegen. In einer Ausführungsform ist die erste Richtung 290 im Wesentlichen entgegengesetzt der zweiten Richtung 292, wie beispielsweise in 7A und 7B anschaulich dargestellt. In anderen Ausführungsformen können die Luftströmungswege in jeder gewünschten Richtung erzeugt werden, wobei beispielsweise die ersten und zweiten Richtungen 290, 292 im Wesentlichen senkrecht sein können. Ohne durch irgendeine bestimmte Theorie gebunden zu sein, kann jedoch die abwechselnde Betätigung der ersten und zweiten Heizkomponenten 252a, 252b bewirken, dass sich Luft hin und her zwischen ersten und zweiten Unterbereichen innerhalb des Innenraumbereichs 230 der Einhausung 222 bewegt.
In verschiedenen Ausführungsformen können die ersten und zweiten Heizkomponenten 252a, 252b abwechselnd auf eine kontinuierliche Art und Weise betätigt werden, wie bei 274 des Ablaufdiagramms 260 angegeben. In einer Ausführungsform wird ein Steuersignal abwechselnd an die ersten und zweiten Heizkomponenten 252a, 252b mit einer vorbestimmten Periodizität angelegt. Der Zeitraum der Abwechslung kann nach Wunsch verändert oder festgelegt werden, um die Regelung der Luftfeuchtigkeit im gesamten Innenraumbereich 230 der Einhausung 222 zu optimieren.
In einigen Ausführungsformen kann das Betätigen der zweiten Heizkomponente 252b bei 272 auf dem bestimmten Luftfeuchtigkeitspegel bei dem ersten Unterbereich 234 innerhalb des Innenraumbereichs 230 basieren. In anderen Ausführungsformen kann das Betätigen der zweiten Heizkomponente 252b bei 272 jedoch auf einem bestimmten Luftfeuchtigkeitspegel bei einem zweiten Unterbereich 236 innerhalb des Innenraumbereichs 230 basieren. Bei dem optionalen Vorgang 262' kann ein Verfahren zum Regeln eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb einer PV-Modul-Elektronikkomponenten-Einhausung ferner ein Bestimmen eines Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb der Einhausung 222 bei einem zweiten Unterbereich 236 innerhalb des Innenraumbereichs 230 der Einhausung 222 umfassen. In noch anderen Ausführungsform kann die Betätigung der ersten Heizkomponente 252a und/oder der zweiten Heizkomponente 252b auf einem Umgebungsluftfeuchtigkeitspegel im Außenraum der der Einhausung 222 basieren (entweder tatsächlich oder geschätzt).
Jede gewünschte Anzahl von Heizkomponenten in jeder gewünschten Konfiguration können im Innenraumbereich 230 bereitgestellt werden, um die Luftfeuchtigkeit innerhalb der Elektronikkomponenten-Anordnung 220 zu regeln. Des Weiteren kann jede gewünschte Anzahl von Sensoren in jeder gewünschten Konfiguration in dem Innenraumbereich 230 bereitgestellt werden, um die Feuchtigkeit oder den Luftfeuchtigkeitspegel an einem oder mehreren Orten oder Unterbereichen innerhalb der Einhausung 222 zu bestimmen oder zu schätzen. In einer Ausführungsform können Luftfeuchtigkeitspegelausgaben von einer Mehrzahl von Sensoren aggregiert werden (z.B. durch Mittelwertbildung oder Verwenden einer gewichteten Summe), um eine Gesamtdarstellung der Luftfeuchtigkeit innerhalb der Einhausung 222 bereitzustellen. In einer anderen Ausführungsform kann jeder einer Mehrzahl von Sensoren einer Mehrzahl von Luftfeuchtigkeitssteuerschaltungen zugeordnet sein, so dass die Luftfeuchtigkeit innerhalb des Innenraumbereichs 230 durch eine Mehrzahl von lokalisierten Luftfeuchtigkeitssteuerschaltungen geregelt wird.
In einigen Ausführungsformen kann ein Luftfeuchtigkeitspegel innerhalb der Einhausung indirekt gemessen oder geschätzt werden. Beispielsweise kann die interne Temperatur innerhalb des Innenraumbereichs der Elektronikkomponenten-Anordnung auf eine kontinuierliche Grundlage überwacht oder abgetastet werden. Diese interne Temperaturinformation kann mit Umgebungswetterbedingungen (direkt gemessen oder von einem Wetterdaten-Diensteanbieter empfangen) kombiniert werden, um auf einen Taupunkt und daher eine minimale Temperatur zu schließen, die der Innenraumbereich der Elektronikkomponenten-Anordnung erreichen sollte. Mit anderen Worten kann die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung eine Temperatursteuerungs-Vorgehensweise als Reaktion auf Luftfeuchtigkeitsrückschlüsse benutzen. In einer Ausführungsform kann eine Luftfeuchtigkeitssteuereinheit Umgebungswetterbedingungen durch Empfangen von Kommunikationssignalen entweder drahtlos oder durch eine verdrahtete Verbindung erhalten (z.B. von einer zentralen Gateway-Einheit, die einer PV-Anordnung zugeordnet ist). Beispielsweise kann ein zentraler Gateway Wetterinformationen bereitstellen (auf die z.B. über das Internet zugegriffen werden kann), um minimale Temperaturschwellen für den Innenraumbereich der Elektronikkomponenten-Anordnung bereitzustellen.
Die obige Spezifikation und Beispiele stellen eine vollständige Beschreibung der Struktur und der Verwendung von veranschaulichenden Ausführungsformen bereit. Obwohl bestimmte Ausführungsformen oben mit einem bestimmten Grad an Besonderheit oder mit Bezugnahme auf eine oder mehrere einzelne Ausführungsformen beschrieben wurden, können Fachleute zahlreiche Veränderungen an den offenbarten Ausführungsformen vornehmen, ohne vom Schutzumfang dieser Erfindung abzuweichen. Als solche sind die verschiedenen veranschaulichenden Ausführungsformen der Verfahren und Systeme nicht bestimmt, auf die bestimmten offenbarten Formen beschränkt zu sein. Stattdessen umfassen sie alle Modifikationen und Alternativen, die innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche fallen, und andere Ausführungsformen als die gezeigte können einige oder alle Merkmale der anschaulich dargestellten Ausführungsform umfassen. Beispielsweise können Elemente weggelassen oder als eine einheitliche Struktur kombiniert werden, und/oder Verbindungen können ausgetauscht werden. Ferner können gegebenenfalls Aspekte jedes der oben beschriebenen Beispiele mit Aspekten von jedem der anderen beschrieben Beispiele kombiniert werden, um weitere Beispiele zu bilden, die vergleichbare oder unterschiedliche Eigenschaften und/oder Funktionen aufweisen und sich den gleichen oder unterschiedlichen Problemen widmen. Auf ähnliche Weise sei zu verstehen, dass die oben beschriebenen Nutzen und Vorteile sich auf eine Ausführungsform oder auf mehrere Ausführungsformen beziehen können. Beispielsweise können Ausführungsformen der vorliegenden Verfahren und Systeme unter Verwendung von unterschiedlichen strukturellen Konfigurationen, Materialien und/oder Herstellungssteuerschritte praktiziert und/oder implementiert werden. Die Ansprüche sind nicht dazu bestimmt und sollten nicht interpretiert werden, Mittel-plus- oder Stufe-plus-Funktionseinschränkungen zu umfassen, es sei denn, dass eine derartige Einschränkung ausdrücklich in einem gegebenen Anspruch mittels der Formulierung/den Formulierungen „Mittel für“ beziehungsweise „Stufe für“ genannt ist.

Claims

Wechselstrom-Photovoltaikmodul (ACPV-Modul), umfassend: ein Photovoltaik-Laminat (PV-Laminat), das eine Vorderseite aufweist, die der Sonne während des Normalbetriebs zugewandt ist, um Solarstrahlung während des Normalbetrieb des ACPV-Moduls zu sammeln, und eine Rückseite entgegengesetzt der Vorderseite, wobei das PV-Laminat umfasst: eine Mehrzahl von Solarzellen, die innerhalb des PV-Laminats angeordnet sind; wobei die Mehrzahl von Solarzellen in einer Mehrzahl von Solarzellensträngen angeordnet ist; und ein Backsheet auf der Rückseite des PV-Laminats; einen Rahmen, der das PV-Laminat umgibt; eine Elektronikkomponenten-Anordnung, die mit dem Rahmen gekoppelt ist, wobei die Elektronikkomponenten-Anordnung umfasst: eine Einhausung, die einen Innenraumbereich definiert; eine Leistungskonditionierschaltung innerhalb des Innenraumbereichs der Einhausung, wobei die Leistungskonditionierschaltung einen Mikroinverter zum Umwandeln des durch die Mehrzahl von Solarzellen erzeugten Gleichstroms in Wechselstrom umfasst; eine erste elektrische Leitung zum Eingeben des durch die Mehrzahl von Solarzellen erzeugten Gleichstroms in die Leistungskonditionierschaltung; eine zweite elektrische Leitung zum Ausgeben von Wechselstrom von der Leistungskonditionierschaltung; eine Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung innerhalb der Einhausung zum Durchführen eines Entfeuchtungsvorgangs, wobei die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung umfasst: eine erste Heizkomponente; eine Luftfeuchtigkeitsfühlerkomponente; und wobei die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung einen Luftfeuchtigkeitspegel innerhalb des Innenraumbereichs der Einhausung regelt.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Heizkomponente der Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung einen Widerstand umfasst.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Heizkomponente der Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung eine Komponente der Leistungskonditionierschaltung ist.
Photovoltaik-Anordnung (PV-Anordnung), umfassend: ein PV-Modul, das eine Mehrzahl von Solarzellen umfasst; eine Elektronikkomponenten-Anordnung, die mit dem PV-Modul gekoppelt ist, wobei die Elektronikkomponenten-Anordnung umfasst: eine Einhausung, die einen Innenraumbereich definiert; eine Leistungskonditionierschaltung innerhalb des Innenraumbereichs der Einhausung, wobei die Leistungskonditionierschaltung eine Elektronikkomponente zum Konditionieren der durch die Mehrzahl von Solarzellen erzeugten Leistung umfasst; eine erste elektrische Leitung zum Eingeben der durch die Mehrzahl von Solarzellen erzeugten Gleichstrom in die Leistungskonditionierschaltung; eine zweite elektrische Leitung zum Ausgeben konditionierter Leistung von der Leistungskonditionierschaltung; eine Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung innerhalb der Einhausung zum Durchführen eines Entfeuchtungsvorgangs, wobei die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung eine erste Heizkomponente umfasst; wobei die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung einen Luftfeuchtigkeitspegel innerhalb des Innenraumbereichs der Einhausung regelt.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei das PV-Modul einen Rahmen umfasst und die Elektronikkomponenten-Anordnung an dem Rahmen des PV-Moduls angebracht ist.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei die Leistungskonditionierschaltung einen Mikroinverter zum Umwandeln des durch die Mehrzahl von Solarzellen erzeugten Gleichstroms in Wechselstrom umfasst und wobei die zweite elektrische Leitung Wechselstrom von dem Mikroinverter ausgibt.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei die Leistungskonditionierschaltung einen elektronischen DC-DC-Optimierer umfasst.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung einen Sensor umfasst.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 8, wobei der Sensor ein Temperatursensor ist.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 8, wobei der Sensor ein Luftfeuchtigkeitssensor ist.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei die PV-Anordnung ferner eine Steuereinheit zum Regeln des Luftfeuchtigkeitspegels innerhalb des Innenraumbereichs der Einhausung umfasst.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 11, wobei die Steuereinheit eine Komponente der innerhalb der Einhausung lokalisierten Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung ist.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 11, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um die erste Heizkomponente zu betätigen, wenn ein gemessener Luftfeuchtigkeitspegel innerhalb des Innenraumbereichs oberhalb eines vorbestimmten maximalen Luftfeuchtigkeitspegels ist.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 11, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um: einen Fehlerwert basierend auf einem abgetasteten Luftfeuchtigkeitspegel und einem vorbestimmten maximalen Luftfeuchtigkeitspegel zu berechnen; ein Steuersignal basierend auf einer vorbestimmten Funktion des Fehlerwerts zu berechnen; und, das Steuersignal an die erste Heizkomponente zu übertragen, um dadurch die erste Heizkomponente zu betätigen.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 14, wobei das Berechnen des Steuersignals ein Berechnen des Steuersignals durch eine vorbestimmte proportionale Steuerfunktion, eine integrale Steuerfunktion, eine differenziale Steuerfunktion oder eine Kombination davon umfasst.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung ferner eine zweite Heizkomponente umfasst; und wobei die ersten und zweiten Heizkomponenten konfiguriert sind, um unabhängig betätigt zu werden.
Elektronikkomponenten-Anordnung zum Koppeln mit einem PV-Modul, wobei die Elektronikkomponenten-Anordnung umfasst: eine Einhausung, die einen Innenraumbereich definiert; eine Leistungskonditionierschaltung innerhalb des Innenraumbereichs der Einhausung, wobei die Leistungskonditionierschaltung eine Elektronikkomponente zum Konditionieren der durch die Mehrzahl von Solarzellen erzeugten Leistung umfasst; eine erste elektrische Leitung zum Eingeben der durch die Mehrzahl von Solarzellen erzeugten Leistung in die Leistungskonditionierschaltung; eine zweite elektrische Leitung zum Ausgeben konditionierter Leistung von der Leistungskonditionierschaltung; eine Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung innerhalb der Einhausung zum Durchführen eines Entfeuchtungsvorgangs, wobei die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung eine erste Heizkomponente umfasst; wobei die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung einen Luftfeuchtigkeitspegel innerhalb des Innenraumbereichs der Einhausung regelt.
Elektronikkomponenten-Anordnung gemäß Anspruch 17, wobei die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung und die Leistungskonditionierschaltung auf einer ersten gedruckten Leiterplatte angebracht sind.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 17, wobei die Einhausung eine Lüftungsöffnung umfasst.
PV-Anordnung gemäß Anspruch 17, wobei die Luftfeuchtigkeitssteuerschaltung über die zweite elektrische Leitung mit Leistung versorgt wird.