无旁路二极管的光伏发电系统技术方案

本文中描述了一种光伏发电系统，该系统包括不含旁路二极管的太阳能板。太阳能板包括多个光伏子组件，其中多个光伏子组件中的至少两个光伏子组件并联电连接。光伏子组件包括多个电连接的光伏电池组，其中至少两个组串联电连接。光伏组包括多个光伏电池串，其中光伏电池串包括多个串联电连接的光伏电池。光伏电池串并联电连接，并且光伏电池是微系统使能的光伏电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本文中描述了一种光伏发电系统，该系统包括不含旁路二极管的太阳能板。太阳能板包括多个光伏子组件，其中多个光伏子组件中的至少两个光伏子组件并联电连接。光伏子组件包括多个电连接的光伏电池组，其中至少两个组串联电连接。光伏组包括多个光伏电池串，其中光伏电池串包括多个串联电连接的光伏电池。光伏电池串并联电连接，并且光伏电池是微系统使能的光伏电池。【专利说明】无旁路二极管的光伏发电系统相关申请的交叉引用本申请要求2012年7月6日提交的并且题为“PHOTOVOLTAIC POWER GENERAT1NSYSTEM FREE OF BYPASS D1DES”的第13/543，297号美国专利申请的优先权。该申请的整体通过引用方式并入于此。政府利益声明本专利技术是根据桑迪亚公司(Sandia Corporat1n)和美国能源部之间的DE-AC04-94AL85000合同开发的。美国政府对于本专利技术具有一定的权利。
技术介绍
与利用化石燃料发电有关的环境问题连同这些化石燃料的不可再生性质增加了对替代能源的需求。利用可再生能源的示例性电力系统包括太阳能发电系统、风力发电系统、水电发电系统、地热发电系统等。 常规的太阳能发电系统——尤其那些被用于向住宅提供电力的系统——包括太阳能板，太阳能板包括多个相对大的硅光伏电池(例如，大约六英寸乘以六英寸)。例如，单个的太阳能板可以包括大约七十二个电池。太阳能电池被制造为输出某个电压(例如，硅电池的0.6伏特)，无论在太阳能电池处接收到的特定波长的太阳辐射的量，这个电压近似恒定，并且在太阳能板内太阳能电池串联电连接，因此太阳能板产生大约40伏特。典型的住宅太阳能系统包括若干(例如，5至10个)太阳能板，并且板串联电连接，从而导致数百个电池串联电连接，共同输出近似等于个体电池的电压总和的电压。然而，要注意的是，当太阳能电池和板电串联布置时，跨每个太阳能板中每个电池的电流必须是相等的。 由于光伏电池的电流与入射到电池上的光成比例，如果串联连接中的一个电池接收低的光水平，整个的串联连接具有低的电流。因此，当一个电池或电池的一部分具有低的光水平(例如，由于遮蔽)时，包括若干太阳能板的典型太阳能发电系统配置会有严重的电流降低(和功率输出降低)。常常，当太阳能发电系统安装在住宅或其他建筑物上时，树木或其他障碍物可能在附近，并且因此，遮蔽至少组件的一部分会频繁发生。 当跨太阳能发电系统发生某个图案的遮蔽时，除非保护电气装置在适当的位置上，否则太阳能电池会被严重损坏。例如，如果单个太阳能电池被障碍物遮蔽，并且太阳能发电系统中的所有其他电池均被照射，那么该单个电池会被驱动进入反向击穿，以支持由其他电池生成的电流流动。在当前的太阳能发电安装中，电池电流约为5安培，并且硅电池的击穿电压约为60伏特或更高，这依赖于用于生产电池的电池设计和制造技术。由于击穿跨大电池不是均一过程，相对大的电流(5安培)和相对大的功率(多于100瓦特)会导致装置发生故障在短路或开路状态中，从而导致操作不当和对电池、板、和/或安装的永久损坏。 为防止太阳能发电安装中的光伏电池被驱动进入反向击穿，旁路二极管被有选择地跨电池定位，从而从没有光电流的电池转移电流并且防止这些电池进入击穿区域。然而，旁路二极管的使用消耗太阳能发电安装中的空间，相对昂贵，并且增加了太阳能板的装配时间。而且，使用旁路二极管会导致过多的功率产生损失，因为每个旁路二极管一般保护板中电池的三分之一(例如，板中通常有三个旁路二极管)。因此，如果一个电池被遮蔽，来自被旁路二极管覆盖的所有电池的功率产生将被损失。
技术实现思路
以下是对本文中更详细描述的主题的简短概要。这个概要不旨在限制权利要求的范围。 本文中描述的是与光伏发电系统有关的各种技术。更具体地，本文中描述了不含任何旁路二极管的光伏发电系统。在不例性实施例中，光伏发电系统可包括至少一个太阳能板(还称为组件)，太阳能板由多个光伏子组件组成。每个光伏子组件可以具有在50伏特和2000伏特之间的工作电压，并且因此，多个板可以电并联布置。太阳能板的额定工作电压一般位于200伏特和500伏特之间的范围内，这对于常规商品逆变器来说基本上是最佳的，因为美国当今的监管限制为600伏特，尽管所附的权利要求不被这样的监管限制如此限制。此外，在示例性实施例中，光伏子组件的宽度可以小于30厘米并且长度小于30厘米，尽管考虑其它尺寸的子组件。太阳能板中光伏子组件的并联布置便于防止在特定子组件或一组子组件受到遮蔽时，跨这些子组件之一耗散相对大量的功率。 在另一个示例性实施例中，每个光伏子组件可以包括多个连接电池的组，其中每个组被配置为输出在2伏特和3伏特之间，以及其中至少组的子集串联电连接。光伏组件中的每组连接电池可以包括多个光伏电池串，其中光伏电池串并联电连接。每个光伏电池串可以包括多个串联电连接的光伏电池。太阳能板中光伏电池这种串联/并联/串联/并联的布置便于防止相对大量的电流被驱动通过任何单个光伏电池，当该电池偶然被遮蔽(而太阳能板中的其他电池被照射)时。 根据示例，用于构造太阳能板的光伏电池可以是使微系统成为可能的光伏电池，其被配置为具有在0.3伏特和2.0伏特之间的工作电压。由于在给定太阳能板中可以包括相对大量的电池(例如，超过30，000个电池)，对于太阳能板上几乎任何可能的遮蔽图案，可以跨单个电池耗散的功率量将不对任何给定电池造成损坏，即使该电池工作在反向击穿。因此，本文中所描述的太阳能板不需要包括旁路二极管，旁路二极管通常被采用以确保当这些电池的一个或多个工作在反向击穿时，太阳能板中的电池不被损坏。这是因为，在本文中所描述的太阳能板中，跨单个电池的功率耗散不会超过损坏电池的阈值，即使这样的电池被击穿。即，电池可以继续在反向击穿无限工作而不遭受损坏，因为可以导入到太阳能板中任何电池的电流量是相对小的。 如以上所提到的，太阳能板中的光伏电池可以是微系统使能(microsystem-enabled)的电池。根据示例，这样的电池可以是III_V电池，诸如砷化镓电池、磷化铟镓电池、或者砷化铟镓电池。在其它示例性实施例中，光伏电池可包含硅电池。再在其它实施例中，光伏电池可包含锗光伏电池。根据又一示例性实施例，太阳能板可以包括多结光伏电池，其中，每个多结光伏电池可包含多个不同带隙的光伏电池。根据不例，在多结光伏电池中的每个光伏电池可以被一体地串联电连接，使得多结光伏电池的工作电压等于其中相应微系统使能的光伏电池工作电压的总和。在另一个示例性实施例中，单独类型的光伏电池可以有选择地串联和并联布置，其中电串联布置的光伏电池的数目可以取决于期望输出或中间电压。 其它方面将通过阅读和理解附图和描述来理解。 【专利附图】【附图说明】 图1示出包含多个光伏子组件的示例性太阳能板。 图2示出包含多个电连接光伏电池的光伏组的示例性光伏子组件。 图3示出包含多个光伏电池串的示例性光伏电池组。 图4示出包含多个光伏子组件的另一个示例性太阳能板，光伏子组件本身包含相应多个电连接光伏电池组。 图5示出示例性多结微系统使能的光伏电池。 图6示出用于构造不包括旁路二极管的太阳能板的示例性方法。 图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏子组件，包括：多个微系统使能的光伏电池，所述光伏电池彼此电连接，其中所述多个微系统使能的光伏电池中的每个微系统使能的光伏电池的尺寸为不大于两厘米高和不大于两厘米宽，并且其中所述光伏子组件不含任何旁路二极管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·L·伦蒂尼，G·N·尼尔森，M·奥坎丹，
申请(专利权)人：桑迪亚公司，
类型：发明
国别省市：美国;US