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CN102405531A - 高效可再生能源系统 - Google Patents

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CN102405531A
CN102405531A CN2010800172525A CN201080017252A CN102405531A CN 102405531 A CN102405531 A CN 102405531A CN 2010800172525 A CN2010800172525 A CN 2010800172525A CN 201080017252 A CN201080017252 A CN 201080017252A CN 102405531 A CN102405531 A CN 102405531A
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energy system
module
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洛厄尔·J.·伯格
托马斯·L.·默南
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Abstract

在一个实施方式中，太阳能系统包括多个模块行以及多个反射器行。每个模块行包括多个PV模块。每个PV模块包括设置在多个电池行中的多个PV电池，每个电池行中的PV电池互相并联电连接，且所述多个电池行互相串联电连接。每个反射器行包括多个反射器。反射器行介于模块行之间，使得每个反射器行在两个相邻模块行之间机械地互连，并且设置为将具有一些入射角的光反射到两个相邻模块行中的一个上。

Description

高效可再生能源系统
技术领域
本发明总体上涉及一种太阳能产品。更具体地，一些示例性实施方式涉及一种包括多个光伏(“PV”)模块的太阳能系统。
背景技术
降低太阳能的成本对确保它能够达到与化石燃料以及其他传统能量生成方法相竞争的水平是至关重要的。一直寻求许多方法来提高用在PV模块内的PV材料的效率，并由此降低其成本。这包括高倍非聚焦型装置以及低倍聚光器。两者通常使用单轴或双轴跟踪系统来保持对准，并且两者都需要光学元件复杂地成型和形成以将光反射到PV模块上。
平的大面积反射器也可以通过将光反射到平板PV模块而使用。这种方法不适合用于常规PV模块，常规PV模块包括串联连接的PV电池，串联连接的PV电池限制PV模块的在非均匀光照条件下实现任何功率增益的能力。此外，反射器必需认真定位和/或设计，以避免产生光学危害，如潜在的眩目反射、和/或反射光集中于远程的和潜在的易燃物体上。
此外，一些商业应用涉及将PV模块和/或反射器阵列安装在建筑物屋顶或其他现有结构上、或在地面上。在大于20度的纬度中，PV模块需要一定程度的朝向太阳的定向，以实现最佳性能。此外，因为PV模块不容许诸如来自相邻PV模块的遮蔽而引起的非均匀光照，所以PV模块必需在行与行之间有相对宽的间隔，以确保全年都不发生来自相邻行的遮蔽。
另外，除非PV模块以某种形式被固定，否则在安装位置处的PV模块后面的风载荷可能掀翻、移动、或以其他方式损坏PV模块。典型的解决方案包括增加压载物，如混凝土块、或用来将PV模块锚定在已经安装了PV模块的结构上的结构穿透装置。替代地，对于地面安装的阵列，将桩打入地下，然后将阵列固定在桩上。这些解决方案增加了成本，并且在屋顶安装的情况下，减少了建筑物的使用期限，并且由于重量限制而减少了可以放置在屋顶上的模块数量。
本文要求的主题不限于解决任何缺点或仅在诸如上述那些环境的环境中操作的实施方式。相反，该背景技术仅提供用于例示可以实施本文所述的一些实施方式的一个示例性技术领域。
发明内容
总体而言，本文公开的一些实施方式涉及包括多个PV模块的太阳能系统。
在一个示例性实施方式中，太阳能系统包括多个模块行以及多个反射器行。每个模块行包括多个PV模块。每个PV模块包括设置在多个电池行中的多个PV电池，每个电池行中的PV电池互相并联电连接，且所述多个电池行互相串联电连接。每个反射器行包括多个反射器。反射器行介于模块行之间，使得每个反射器行在两个相邻模块行之间机械地互连，并且设置为将具有一些入射角的光反射到两个相邻模块行中的一个上。
在另一示例性实施方式中，太阳能系统包括多个PV模块、多个低压逆变器、以及多个选择器电路。PV模块分成多个组，每组内的PV模块互相并联电连接。每个PV模块包括设置在多个电池行中的多个PV电池，每个电池行中的PV电池互相并联电连接，且所述多个电池行互相串联电连接。每个低压逆变器电连接到对应组的PV模块，以接收由对应组中的PV模块产生的直流电流(“DC”)输入。每个选择器电路在对应组的PV模块与低压逆变器之间电连接。选择器电路进一步互相连接，使得在逆变器失效的情况下，每个低压逆变器的DC输入可重新输送到其他低压逆变器中的一个或多个。
在另一示例性实施方式中，反射器包括覆盖层、光谱选择性反射层以及背板。光谱选择性反射层设置在覆盖层后面。光谱选择性反射层的反射带依赖于入射光线的入射角。光谱选择性反射层在覆盖层与背板之间以对环境密封的方式密封。
该发明内容提供用来以简要形式介绍概念的选择，这些将在下文的具体实施方式中进一步描述。该发明内容不用来等同于要求保护主题的关键特征或本质特性，也不用来帮助确定要求保护主题的范围。
本发明的其它特征和优点将在下面的说明中阐述，并且部分地将从该说明中清楚，或可以通过本发明的实践而得知。本发明的特征和优点可以通过在所附权利要求中特别指出的仪器和组合来实现和获得。本发明的这些和其它特征将从下面的说明和所附权利要求中变得更加清楚，或可以通过下文阐述的本发明的实践而得知。
附图说明
为了更清楚本发明的上述和其他优点和特征，将通过参照附图例示的其特别实施方式来描述本发明的更特别描述。可以理解，这些附图仅示出本发明的典型实施方式，并且因此不认为限制其范围。将参照附图以附加特性和细节描述并解释本发明，其中：
图1示出一示例性的太阳能系统，其具有多个PV模块和反射器，所述PV模块和反射器设置在一系列经由多个轨道组件互连的行中；
图2A是例如可以用在图1的太阳能系统中的PV模块和反射器的侧视图；
图2B是图2A的PV模块和反射器的立体图；
图2C是例如可以用在图1的太阳能系统中的另一PV模块和反射器的侧视图；
图2D是示出图2C的PV模块与反射器之间的互连的立体图；
图3A至3B是示例性插件的立体图，所述示例性插件可用来互连图1的太阳能系统的示例性PV模块、反射器和/或轨道组件；
图4A是例如可以用在图1的太阳能系统中的轨道组件的分解立体图，所述轨道组件包括一个或多个轨道和支撑板(fin)；
图4B是图4A的支撑板的侧视图；
图5A是图4A的轨道的横截面图；
图5B是图4A的支撑板的横截面图；
图5C是处于已组装配置下的图4A的轨道和支撑板的横截面图；
图6A至6B是可以用在图1的太阳能系统中的示例性PV模块的主视图和截面侧视图；
图7A至7B示出可以用在图1的太阳能系统中的非聚光漫反射器(non-concentrating and diffuse reflector)的示例；
图8A至8D示出可以用在图1的太阳能系统中的非聚光漫反射器的另一示例；
图9示出由根据图8A至8B的构造的非聚光漫反射器形成的反射图案；
图10示出可以用在图1的太阳能系统中的非聚光漫反射器的另一示例；
图11A至11B示出可以用在图1的太阳能系统中的非聚光漫反射器的另一示例；
图11C至11D示出使用图11A至11B的非聚光漫反射器的示例性太阳能系统；
图12是比较例如可以用在图6A至6B的PV模块中的示例性PV材料的量子效率与AMU 1.5太阳光谱的曲线图；
图13示出另一示例性太阳能系统，其具有多个设置在一系列互连行中的PV模块，并且使用多个冗余逆变器；以及
图14是比较使用多个PV模块和一个或多个逆变器的多种太阳能系统的输出功率的曲线图。
具体实施方式
本发明的实施方式总体上涉及太阳能系统，所述太阳能系统包括布置在一系列互连行中的光照不可知的(illumination agnostic)PV模块和相对的不连续的反射器。如本文使用的，术语“光照不可知的”是指对不均匀的光照条件相对不敏感。在一些实施方式中，PV模块对不均匀光照条件的相对不敏感是由于在成行设置的各PV模块内的各个PV电池的配置所致，其中每行内的PV电池并联电连接，且这些行串联电连接。这些PV模块和反射器以交替行的方式设置在太阳能系统内。
I.示例性太阳能系统
现在将参见附图描述本发明示例性实施方式的各方面。可以理解，附图是这些示例性实施方式的概略的和示意性的图示，而不是限制本发明，它们也不需要按比例绘制。
首先转向图1，示出根据一些实施方式的示例性太阳能系统100的立体图。太阳能系统100包括多个模块行102以及多个反射器行104。反射器行104介于相邻模块行102之间、并且在这些相邻模块行102之间机械地互连。另外，每个反射器行104设置为将具有至少一些入射角的、具有至少一些波长的光反射到两个相邻模块行102中的一个上。例如，反射器行104A设置为将具有至少一些入射角的、具有至少一些波长的光反射到相邻模块行102A上。如本文所用的，术语“光”、“光线”以及类似术语一般是指任何电磁辐射，而无论人眼是否可见到。
每个模块行102包括多个PV模块106，而每个反射器行104包括多个不连续的反射器108。PV模块106通常构造为根据光伏效应由太阳能产生电能。反射器108通常构造为将光反射到PV模块106上。然而，如以上已经指出的，光是否被反射器108反射到PV模块106上，可依赖于入射光的波长和/或入射角。
每个模块行102具有相邻的前面反射器行104和背面反射器行104。术语“前面”和“背面”是取决于特定模块行102的方向性术语。具体地说，前面反射器行104是紧邻特定模块行102并在模块行102前面设置的反射器行104，而背面反射器行104是紧邻特定模块行102并在模块行102后面设置的反射器行104。因此，在两个相邻模块行102之间设置的每个反射器行104既是前面反射器行104又是背面反射器行104。例如，反射器行104A相对于模块行102A是前面反射器行104，而相对于模块行102B是背面反射器行104。因为每个模块行102包括多个PV模块106，而每个反射器行104包括多个反射器108，所以术语“前面”和“背面”可以类似地应用到反射器108，以描述反射器108相对于PV模块106的相对位置。
在图1的示例中，模块行102B在太阳能系统100的前边缘处，因此缺少前面反射器行104。如此，模块行102B可能比太阳能系统100内的其他模块行102全天接收相对少的光照，因此可能在产生电能方面具有比其他模块行102相对低的效率。因此，在一些实施方式中，模块行102B包括多个与起作用的PV模块106相比是空闲的模块，这些空闲模块为太阳能系统100提供结构支撑，但对太阳能系统100的电输出没有贡献。
在所示实施方式中，太阳能系统100进一步包括多个逆变器110，逆变器110构造为将由PV模块106产生的和/或储存在电池中的DC(直流)电源转变成交流(“AC”)电源。在图1的示例中，逆变器110与模块行102的比是1∶2。在其他实施方式中，根据各个模块行102的输出和/或每个逆变器110的性能，逆变器110与模块行102的比可以大于或小于1∶2等等。
替代地或附加地，太阳能系统100进一步包括多个轨道组件112，轨道组件112设置为与模块行102和反射器行104基本上垂直。每个轨道组件112包括一个或多个轨道202(图2A至2B)。模块行102和反射器行104附接到轨道组件112的轨道202。
另外参见图2A至2D，所述图公开了太阳能系统100的另外方面。图2A至2B分别示出来自模块行102和对应的前面反射器行104的PV模块106和对应的前面反射器108的侧视图和立体图。图2C示出来自模块行102和对应的背面反射器行104的PV模块106和对应的背面反射器108的侧视图，而图2D示出图2C的一部分的立体图。
在图2A至2B的示例中，PV模块106和前面反射器108都附接到来自相邻轨道组件112的两个轨道202。PV模块106和反射器108中的每一个包括附接到轨道202的底部204、205。此外，PV模块106和反射器108中的每一个包括与底部204、205相对的顶部206、207。注意到，在模块行102中的PV模块106的所有底部204限定模块行102的底部。相似地，在反射器行104中的反射器108的所有底部205限定反射器行104的底部。
如在图2A中清楚看到，PV模块106和反射器108中的每一个分别具有长度lm和lr。此外，PV模块106和反射器108中的每一个分别以相对于水平参考面208的角θm和θr排列。
如在图2B中最清楚看到，PV模块106和反射器108中的每一个包括大体矩形的框架209、210。框架209、210与轨道组件112(图1)结合使用，以形成互连的结构框架系统。
每个框架209、210包括从其四个角部延伸的框架延伸部209A至209D、210A至210D。在PV模块106和反射器108的底部204、205处的两个框架延伸部209A至209B、210A至210B构造为附接到轨道202。在PV模块106的顶部206处的两个框架延伸部209C至209D构造为附接到相邻背面反射器108的框架延伸部210C至210D(图2D)。
在一些实施方式中，框架延伸部209A至209D、210A至210D一体地形成在框架209、210中。在其他实施方式中，框架延伸部209A至209D、210A至210D是附接到框架209、210的插件。
如图2A至2B所示，PV模块106的底部204和反射器108的底部205通过直接附接到包括在每个轨道组件112(图1)中的支撑板212而附接到轨道202。在一些实施方式中，支撑板212以可调整的方式附接到轨道202，使得每个支撑板212的附接位置沿着轨道202的长度是可以调整的。借助于本公开内容的益处，可以理解，支撑板212沿每个轨道组件112的纵向间距可以变化，以便以预定角θm和θr设置PV模块106和/或反射器108，所述预定角θm和θr根据安装位置处的各种因素使电输出最大化，所述各种因素包括安装位置的纬度、雪/气候条件、表面条件等等中的一个或多个。在图5至7C中公开包括轨道202和支撑板212的轨道组件112的另外方面。
如图2C所示，PV模块106和背面反射器108设置为，使得PV模块106和背面反射器108的顶部206、207聚集在一起以形成顶峰部214。另外，PV模块106和反射器108连接到包括在同一轨道组件112(图1)中的不同轨道202A、202B。在一些实施方式中，轨道202A、202B之间的轨道与轨道互连位置216恰在或基本上就在顶峰部214下方。在一些实施方式中，恰在或基本上在顶峰部214下方的轨道与轨道互连位置216确保最大结构稳定性，例如，最大桁架效果。
图2D示出由PV模块106和背面反射器108所形成的顶峰部214附近的近距离立体图。如图2D所示，PV模块106的框架延伸部209D机械地连接到背面反射器108的框架延伸部210D。虽然在图2D中未示出，但是PV模块106的框架延伸部209C以类似方式连接到背面反射器108的框架延伸部210C。
在所示实施方式中，框架延伸部209D、210D通过销218机械地连接。可选择地，销218是可移除的，以允许PV模块106与背面反射器108断开连接。在断开连接之后，PV模块106和/或背面反射器108可以绕它们的相应底部204、205(图2A至2C)彼此背向转动，以使能容易地触及PV模块106的背面以便于维修。虽然图2D示出用于将PV模块106连接到背面反射器108的能移除销218，但是在其他实施方式中，可以使用螺钉、螺栓、螺母、销、夹子或其他紧固件中的一种或多种将PV模块106连接到背面反射器108。
A.框架延伸部
如以上已经指出的，框架延伸部209A至209D、210A至210D可以一体地形成在PV模块106和反射器108的框架209、210中，或框架延伸部209A至209D、210A至210D可以包括附接到框架209、210的插件。例如，图3A至3B示出一种示例性插件300的两个不同立体图，插件300可以用作框架延伸部209A至209D、210A至210D中的一个或多个。
插件300包括插入端302和延伸端304。插入端302构造为被接收在诸如上述框架209、210等框架的插口内。在这种和其他实施方式中，框架包括形成在框架四个角部处的四个插口，以接收总共四个插件300。插入端302包括沿插件300的插入方向延伸的多个槽缝306。槽缝306构造为当插件300插入到框架中时接收并接合形成在框架插口内的对应凸出部。
替代地或附加地，一个或多个通孔308与插件300的插入方向相垂直地形成在插入端302中。在一些实施方式中，通孔308有螺纹。通孔308构造为与形成在框架中的对应通孔对齐，以接收穿过框架通孔进入插件300的通孔308中的螺钉、螺栓、或其他紧固件，以由此将插件300固定在框架内。
延伸端304构造为延伸超出插件300所插入的框架。延伸端304包括通孔310。为了连接两个框架的顶部并使用带有插件300的框架形成如图2C至2D所示的顶峰部，将两个框架的顶部放到一起，使位于一个框架顶部处的每个插件300的通孔310与位于另一个框架顶部处的对应插件300的通孔310对齐。在对齐每对通孔310之后，然后可以将销或其他紧固件插入穿过对齐的成对通孔310，以将两个框架的顶部固定在一起。
B.轨道组件
接下来转向图4A至5C，公开了轨道组件112的另外方面。图4A是轨道组件112的一部分的分解立体图。在所示实施方式中，轨道组件112包括轨道202、支撑板212、以及轨道与轨道互连件402(“互连件402”)。虽然图4A的轨道组件112包括单个轨道202、支撑板212和互连件402，但是可以理解，轨道组件112可以更一般地包括一个或多个轨道202、支撑板212和互连件402。
在图4A的示例中，提供两个紧固件组件404，用于将支撑板212和互连件402中的每一个附接到轨道202。每个紧固件组件404包括紧固件404A和一个或多个垫圈404B。在一些实施方式中，垫圈404B包括锁紧垫圈和星形垫圈。紧固件404A插入穿过形成在支撑板212和互连件402中的对应通孔406、408，以接合轨道202，并将支撑板212或互连件402固定到轨道202。
如以上已经说明的，支撑板212可以在沿着轨道202的任何希望纵向位置处附接到轨道202。另外，如在图4B中最清楚看到，每个支撑板212包括两个通孔410、411。第一通孔410构造为接收螺钉、螺栓或其他紧固件，用于将单个PV模块106底部204处的框架延伸部(图2A至2C)固定到支撑板212。替代地，第一通孔410构造为接收螺钉、螺栓或其他紧固件，用于将两个相邻框架延伸部——两个相邻PV模块106各自底部204处的一个框架延伸部——固定到支撑板212。另一个通孔411构造为接收螺钉、螺栓或其他紧固件，用于将单个或两个相邻反射器108底部205处的一个或两个框架延伸部(图2A至2C)固定到支撑板212。
在图4B所示实施方式中，两个通孔410、411设置在支撑板212上的大致相同高度处。替代地或附加地，两个通孔410、411设置在不同高度处。替代地或附加地，支撑板212包括设置在沿支撑板212的不同高度处的多个另外的通孔410A至410B、411A至411B。虽然未示出，但是支撑板212可选择地进一步包括设置在不同纵向位置处的多个另外的通孔。在支撑板212中包括另外的通孔410A至410B、411A至411B和/或任何另外的沿纵向设置的通孔，允许在多个位置处将PV模块106和反射器108附接到支撑板212，使得当PV模块106和反射器108安装在诸如图1的太阳能系统100等太阳能系统中时，PV模块106和反射器108的角θm、θr(图2A)具有一些灵活性。
回到图4A，互连件402构造为将两个纵向相邻轨道202互连在一起。在一些实施方式中，互连件402包括四个通孔408。如此，当将两个纵向相邻轨道202互连在一起时，互连件402可以设置为横跨在不相连的两个轨道202之间，以使通孔408中的两个设置在一个轨道202上方，而通孔408中的另两个设置在另一个轨道202上方。然后可以用两个紧固件组件404将互连件402固定到一个轨道202，并且可以用另外两个紧固件组件404将互连件402固定到另一个轨道202。
可以理解，诸如屋顶等的一些安装位置不是完美的平面，并且具有可变的斜面。因此，在一些实施方式中，互连件402具有足够的顺应性，以使纵向相邻轨道202与不同斜坡一致，同时保持纵向相邻轨道202之间的机械和电连接。替代地或附加地，互连件402有足够顺应性，以允许在安装位置处至少1/8英寸的表面变化。
在一些示例中，图1的太阳能系统100的轨道组件112为所有PV模块106提供电接地。如此，在一些实施方式中，轨道202、支撑板212、互连件402和/或紧固件组件404均由导电金属或其他导电材料制成。替代地或附加地，轨道组件112例如在紧固件组件404中采用锁紧垫圈、星形垫圈或其他垫圈，以保持电连续。
为了增加支撑板212与轨道202连接中的机械支撑、以及互连件402与轨道202连接中的机械支撑，轨道202包括沿其顶部形成的连续敞口沟槽412。如将参考图5A至5C更详细描述的，沟槽412成型为在侧向限制导轨202和在沟槽412内的互连件402。
图5A是沿垂直于轨道202长度的方向截取的轨道202的横截面图。在所示实施方式中，轨道202具有大致T形的横截面，并且包括底部502和顶部504。底部502构造为搁置在安装位置处的底表面上，并且将太阳能系统100(图1)的其余部分支撑在安装位置处的底表面上方。轨道202的顶部504包括形成在其中的沟槽412。沟槽412包括两个台肩506，上述两个台肩506将沟槽412分成上部508和下部510。在一些实施方式中，导轨202是连续挤压成型的。
图5B是沿垂直于支撑板212长度的方向截取的支撑板212的横截面图。在所示实施方式中，支撑板212具有大致T形的横截面，并且包括底部512。底部512具有与沟槽412的上部508的横截面形状互补的横截面形状，使得底部512构造为可被接收在沟槽412的上部508内，如图5C所示。
结合参考图4A至5C，通过从轨道202的端部之一将支撑板212的底部512插入到沟槽412的上部508中，将支撑板212连接到导轨202。在支撑板212已经定位在沿导轨202长度的希望位置处之后，将紧固件404A插入穿过垫圈404B和通孔406中的一个或多个，于是紧固件404A延伸进入沟槽412的下部510，与沟槽412下部的侧壁接合，以将支撑板212固定到导轨202。
虽然未示出，但是互连件402包括与沟槽412的上部510的横截面形状互补的横截面形状，使得互连件402可以以关于支撑板212所描述的类似方式连接到导轨202。
再次参见图1，在一些实施方式中，通过使用导轨组件112将PV模块106和反射器108互连在一起，可以将太阳能系统100安装在平的或近似平的安装位置，例如屋顶，而不必直接锚定到安装位置。具体地说，太阳能系统100的总重量足以自压载(self-ballast)太阳能系统100。结果，在一些实施方式中，除了通过将太阳能系统100放置在安装位置上，不需要在安装位置钻出锚定孔或以其他方式将太阳能系统100固定到安装位置。
II.示例性PV模块
另外参见图6A至6B，根据一些实施方式公开了可以用在图1的太阳能系统100中的示例性PV模块106的方面。图6A至6B分别以简化形式示出PV模块106的主视图和横截面侧视图。
在所述实施方式中，PV模块106包括设置在多个电池行606和多个电池列608中的多个PV电池602。在每个电池行606内的多个PV电池602彼此并联电连接。此外，多个电池行606彼此串联电连接。
在一些实施方式中，在操作过程中由PV电池602产生的电流基本上从左至右单向经过PV电池602。另外，每个电池行606内的PV电池602的并联电连接允许电流全部再平衡，以在PV电池602的不均匀光照条件下使电流最大化。与电流平衡有关的更多细节，在2009年1月21日提交的名称为FLAT-PLATE PHOTOVOLTAIC MODULE的美国专利申请序列号No.12/357,268(下文称为′268申请)中、以及在2007年1月21日提交的名称为REDUNDANT ELECTRICAL ARCHITECTURE FORPHOTOVOLTAIC MODULES的美国专利申请序列号No.12/357,260(下文称为′260申请)中公开。上述专利申请经引用全部并入本文。
如此，与使用仅串联连接的PV电池的一些常规PV模块相比，PV模块106对不均匀光照条件相对不敏感。如本文所用的，PV模块106对不均匀光照条件相对不敏感，当经受不均匀光照时它具有增加的填充因子。增加的填充因子至少部分地补偿当PV模块106的一部分被遮挡时所产生的电流损失。相反，当常规PV模块的甚至较小面积被遮挡时，常规PV模块就快速损失填充因子。
此外，对不均匀光照条件相对不敏感的一些PV模块106构造为由于连续连接的其余被光照区域而保持功率的连续和非突变的变化。相反，一些常规PV模块在不同PV电池被遮挡时经受功率的突然损失。
图6A进一步示出PV模块106的框架209，框架209包括框架延伸部209A至209D。
另外参见图6B，PV模块106包括基本上透明的前板610，前板610设置在包括所有PV电池602的电池层612的前面。导电背板614设置在电池层612的后面，并且构造为形成电池层612的电流返回路径。电池层612在前板610、导电背板614与框架209之间密封，前板610、导电背板614与框架209一起为电池层612提供环境保护。
PV模块106进一步包括功率变换装置616，功率变换装置616与电池层612的电池行606(图6A)以冗余方式串联连接。两个电连接器618从功率变换装置616延伸，在一些实施方式中，一个电连接器是电源线，而另一个电连接器是负线。注意到，在图6B中仅能看见一个电连接器618，另一个电连接器618与图6B中可见的电连接器618间隔开，并且定位在图6B中可见的电连接器618的后面或前面。
功率变换装置616包括多个功率变换电路(未示出)，所述功率变换电路构造为提供电池层612内的PV电池602所产生的电功率的功率调节。“功率调节”例如包括：将电压提高到预定输出电压；保持最大峰值功率；减小功率变换装置616的输入端和输出端的电流脉动；检测、监测并保持直接连接到功率变换装置616的输出端的一个或多个电池的程式化充电曲线；和/或保持用于无电池的并网逆变器的恒定电压电源。通过在太阳能系统100(图1)中的PV模块106中的每一个中使用功率变换装置616，每个PV模块106独立地控制其自己的功率调节，以使太阳能系统100的效率最大化。
在经引用并入本文的′268和′260申请中公开了可以用在PV模块106中的功率变换装置的另外方面。
III.示例性反射器
再次参见图1，根据一些实施方式，反射器108中的每一个是非聚光漫反射器。可以通过凸面(crowning)、各向异性表面纹理、点刻或镜面反射控制的任意组合获得反射器108的非聚光和漫反射特性。根据一些实施方式，反射器108的漫反射特性通过消除多个反射器108之间的非反射区域——例如反射器108与反射器108框架210之间的间隙——的效果，而有助于使反射到PV模块106上的光均匀。
A.凸面反射器
例如，图7A至7B示出例如可以用在图1的太阳能系统100中的非聚光漫反射器700。图7A示出构成反射器700的示例性材料堆。在所示实施方式中，反射器700包括具有暴露的前侧面702A的覆盖层702、具有暴露的后侧面704A的反射层704、以及粘合剂层706。覆盖层702的暴露的前侧面702A对应反射器700的前侧面。反射层704的暴露的后侧面704A对应反射器700的后侧面。
覆盖层702是玻璃或其他适合材料。此外，覆盖层702具有第一热膨胀系数。
反射层704是包括高屈服强度的铝箔或其他适合材料的金属背板。在一些实施方式中，反射层704的屈服强度是大约150兆帕(“mPa”)。替代地或附加地，反射层704的屈服强度是在30至200mPa之间。在其他实施方式中，反射层704的屈服强度小于30mPa或大于200mPa。此外，反射层704具有比第一热膨胀系数大的第二热膨胀系数。
粘合剂层706是乙烯醋酸乙烯酯(“EVA”)或其他适合粘合剂。粘合剂层706将覆盖层702和反射层704耦连在一起。
图7B示出反射器700的侧视图，示出反射器700的凸面。具体地说，反射器700是凸面型反射器。如此，在不同位置p1、p2处入射到反射器700上的平行入射光线708、710被漫反射，例如以相对于水平参考平面712的不同角度被漫反射。例如，入射光线708以第一角θ1被反射，同时入射光线710以小于θ1的第二角θ2被反射。通过漫反射诸如入射光线708、710等入射光线，反射器700基本上避免将反射光线聚集到PV模块内的单独PV电池或PV电池组上，否则这种光线的聚集可能对PV模块的性能有害。
在一些实施方式中，反射器700的凸面来自于用来形成反射器700的层压和冷却过程。在这种和其他示例中，覆盖层702、粘合剂层706和反射层704在第一温度下层压在一起，其中，三个层702、706、704在第一温度下基本上是平面。在一些实施方式中，第一温度是140℃。然后，三个层702、706、704在受控的冷却过程中冷却到第二温度。在一些实施方式中，第二温度小于100℃。
在冷却过程中，粘合剂层706经受覆盖层702的转变温度。因为覆盖层702的第一热膨胀系数小于反射层704的第二热膨胀系数，并且因为反射层704和覆盖层702由粘合剂层706粘合在一起，所以在冷却过程中反射层704比覆盖层702必需收缩得更多，于是产生如在图7B中清楚可见的反射器700的凸面形状。
B.各向异性表面纹理
图8A至8D示出例如可以用在图1的太阳能系统100中的另一示例的非聚光漫反射器800的方面。反射器800在某些方面类似于图7A至7B的反射器700，并且至少包括覆盖层(未示出)、设置在覆盖层下面的反射层802、以及将覆盖层和反射层802耦连在一起的粘合剂层(未示出)。
如在图8A中最清楚看到，反射层802的前表面804——例如连接于覆盖层(未示出)的表面——是各向异性有纹理的表面，所述前表面804包括面向第一方向的第一表面804A、以及面向不同于第一方向的第二方向的第二表面804B。在一些实施方式中，第一和第二表面804A、804B延伸反射器800的整个长度。
图8A至8B示出反射器800的端视图和前视图，反射器800被定向为使入射光线806具有基本上平行于第一和第二表面804A、804B长度的水平分量(在图8B中最清楚可见)。此外，入射光线806包括朝向反射层802的向下分量(在图8A中最清楚可见)。
当照射反射层802时，横向分量被引进来自入射光线806的反射光线808A、808B。具体地说，入射到图8A中的第一表面804A上的入射光线806向右(或在图8B中向下)横向反射为反射光线808A，同时入射到图8A中的第二表面804B上的入射光线806向左(或在图8B中向上)横向反射为反射光线808B。因此，在照射反射层802时，入射光线806在横向上散射为反射光线808A和808B。入射光线806根据图8A至8B的构造横向散射为反射光线808A、808B的散射在此被称为“出平面(out-of-plane)”散射，因为反射光线808A、808B被反射出由入射光线806共同限定的平面。
图8C至8D示出反射器800的另一构造。特别地，图8C至8D示出反射器800的侧视图和俯视图，反射器800被定向为使入射光线810具有基本上垂直于第一和第二表面804A、804B长度的水平分量(在图8D中最清楚可见)。此外，入射光线810包括朝向反射层802的向下分量(在图8C中最清楚可见)。
在照射反射层802时，根据入射光线810入射到第一表面804A上还是入射到第二表面804B上，入射光线810以第一角或不同的第二角向上反射。注意到，第一角和第二角被认为与单独的参考平面有关，而不是与第一或第二表面804A、804B有关。因此，入射到第一表面804A上的入射光线810以第一角反射为反射光线812A，同时入射到第二表面804B上的入射光线810以第二角反射为反射光线812B。第一角小于第二角，使得反射光线812A具有比反射光线812B小的垂直分量(见图8C)以及比反射光线812B大的水平分量(见图8D)。入射光线810根据图8C至8D的构造散射为具有不同水平和垂直分量的反射光线812A、812B的散射在此被称为“平面中(in-plane)”散射，因为反射光线812A、812B基本上被反射到由入射光线810共同限定的同一平面中。
当反射器800被定向为使入射光线具有基本上平行于第一和第二表面804A、804B长度的水平分量时，如在图8A至8B的构造中，图9示出反射器800对入射光线的散射效果。更详细地，图9示出反射器800的一部分，反射器800被定向为使第一和第二表面804A、804B(在图9中未示出)的长度基本上平行于参考箭头902。
此外，在图9的示例中，覆盖层904设置在第一和第二表面804A、804B上方。在一些实施方式中，覆盖层904基本上是平的。替代地或附加地，覆盖层904是玻璃。
图9进一步示出基本上平的物体906，物体906具有边缘906A，边缘906A设置为邻近并且基本上平行于反射器800的覆盖层904的边缘904A。物体906相对于覆盖层904成角θ定向，其中θ＜180度。
基本上平行的光束(未示出)被导向反射器800，所述光束具有基本上平行于参考箭头902的水平分量。可以例如通过激光笔提供光束。光束入射到反射器800上，并且在其上产生第一光点908。光束的一部分被覆盖层904无明显漫射或散射地反射到物体906上。被覆盖层904反射的部分光束在物体906上产生第二光点910。
光束的另一部分透过覆盖层904，并且入射到反射层802的各向异性有纹理的前表面804(图8A至8B)上，前表面804包括第一和第二表面804A、804B。光束的这部分被前表面804的第一和第二表面804A、804B在横向上漫射和散射，并导向物体906。由于增加的出平面路径长度，光束的漫射和散射部分在物体906上产生光弧912。通过如关于图8A至图9所解释地漫反射入射光线，反射器800基本上避免将反射光线聚集到PV模块内的单独PV电池或PV电池组上，否则这种光线的聚集可能对PV模块的性能有害。
C.点刻
图10示出例如可以用在图1的太阳能系统100中的另一示例的非聚光漫反射器1000的方面。反射器1000包括覆盖层1002、粘合剂层1004、以及反射层1006。可选择地，反射器1000进一步包括第二粘合剂层1008和背板1010。
覆盖层1002是玻璃或其他适合材料，并且包括前表面1012和后表面1014。覆盖层1002具有第一折射率。另外，覆盖层1002包括形成在后表面1014上的点刻图案1016。在一些实施方式中，点刻图案1016在后表面1014上是各向同性的。在其他实施方式中，点刻图案1016在后表面1014上是各向异性的。
替代地或附加地，在一些实施方式中，点刻图案1016的从峰到谷的高度h是在0.1与0.5毫米之间。在其他实施方式中，点刻图案1016的从峰到谷的高度h小于0.1毫米或大于0.5毫米。
粘合剂层1004是EVA或其他适合粘合剂。粘合剂层1004将覆盖层1002和反射层1006耦连在一起。另外，粘合剂层具有不同于覆盖层1002的第一折射率的第二折射率。在一些实施方式中，第一与第二折射率之间的差值是在0.05与0.15之间。在其他实施方式中，第一与第二折射率之间的差值小于0.05或大于0.15。
覆盖层1002的第一折射率与粘合剂层1004的第二折射率之间的失配和形成在覆盖层1002的后表面1014上的点刻图案1016相结合，使反射的光线漫反射。例如，图10示出两条平行入射光线1018、1020。光线1018透射过覆盖层1002，到达在点刻图案1016的谷附近的点A。光线1018在点A处被折射，被反射层1006反射，然后在点B处再次被折射，射出覆盖层1002成为相对于覆盖层1002的前表面1012成角θ1的反射光线1018A。
光线1020透射过覆盖层1002，到达在点刻图案1016的峰上的点C。光线1020在点C处被折射，被反射层1006反射，然后在点D处再次被折射，射出覆盖层1002成为相对于覆盖层1002的前表面1012成角θ2的反射光线1020A。
尽管光线1018、1020在它们进入时是平行的并且透射过覆盖层1002，但是光线1018、1020入射到覆盖层1002与粘合剂层1004的不平行的两个界面上。因此，光线1018在界面上的点A处的入射角不同于光线1020在界面上的点C处的入射角。作为这些在界面上的点A和点C处的不同入射角以及第一与第二折射率之间的差异的结果，光线1018在点A处的折射量不同于光线1020在点C处的折射量。由于类似原因，光线1018、1020在界面上的点B和点D处具有不同的折射量。
因此，反射光线1018A的角θ1不同于反射光线1020A的角θ2。在一些实施方式中，由反射器1000引入的诸如光线1018A、1020A等任一对反射光线之间的角度差Δθ是在1与4度之间。在其他实施方式中，角度差Δθ小于1度或大于4度。
在一些实施方式中，反射层1006是光谱选择性膜。在其他实施方式中，反射层1006不是光谱选择性的。将在下面公开与光谱选择性反射层相关的更多细节。
第二粘合剂层1008是EVA或其他适合粘合剂。第二粘合剂层1008将反射层1006和背板1010耦连在一起。
背板1010是铝或其他适合材料，并且为反射器1000提供环境保护。可选择地，背板1010是热发射层或者包括在其底表面1022上的热发射层，所述热发射层具有大于0.6的发射率。在一些实施方式中，背板1010相对高的发射率能够使背板1010吸收热辐射，基本上允许当反射器1000设置为PV模块106的背面反射器时、反射器1000作为吸热设备吸收由相邻PV模块106(图1)发出的热辐射。
D.镜面反射控制
图11A和11B示出例如可以用在图1的太阳能系统100中的另一示例的非聚光漫反射器1100A、1100B的方面。反射器1100A、1100B各自包括覆盖层1102、第一粘合剂层1104、光谱选择性反射层1106、以及背板1108。可选择地，反射器1100A、1100B包括框架1110，以为反射器1100A、1100B的所有层提供机械支撑。
覆盖层1102是玻璃或其他适合材料。
第一粘合剂层1104是EVA或其他适合粘合剂。第一粘合剂层将覆盖层1102和光谱选择性反射层1106耦连在一起。
在一些实施方式中，光谱选择性反射层1106是一系列变化折射率的塑料或类似材料层，所述塑料或类似材料层以如下方式布置为使得允许反射特定波长而透射过其他波长。可选择地，塑料层中的每一个是大约1/4波长厚度，并且光谱选择性反射层1106包括大约五百(500)个这些塑料层。当互连时，可以通过机械张紧这些塑料层中的每一个，来控制每个塑料层内的各塑料层的折射率。可以用作光谱选择性反射层1106的可购得的膜的一个示例是3M公司销售的“冷膜(cool film)”。
在所示实施方式中，光谱选择性反射层1106是具有一种或多种材料层的膜，所述材料层共同作用为依赖于入射角的光学带通滤光片。在这种和其他示例中，光谱选择性反射层1106包括具有变化折射率的材料堆，允许对反射光与透射光进行相对明显地带通过滤。
替代地或附加地，光谱选择性反射层1106可以包括改变的密集波分复用(“DWDM”)滤光片，所述DWDM滤光片适于反射第一预定波长带而透射第二预定波长带。
在图11A至11B的示例中，光谱选择性反射层1106构造为对从大约700纳米(“nm”)至大约1350nm范围内的以大约0度入射角入射的光反射。注意到，认为入射角与参考线1112相关，在图11A至11B的示例中参考线1112基本上垂直于覆盖层1102和/或光谱选择性反射层1106。
光谱选择性反射层1106反射的波长范围在本文称为“反射带(reflection band)”。当入射角增大时，反射带向下移动。具体地说，当入射角大于0度时，入射光线在光谱选择性反射层1106中的光路比0度时长，使得反射波长与0度时的反射波长相比向下移动了。根据一些实施方式，反射带在45度入射角时是大约600至1250nm，在60度入射角时是大约500至1150nm，而在70度入射角时是大约400至1000nm。
图12是曲线图，其包括表示示例性PV材料的量子效率的曲线1202以及表示AMU1.5太阳光谱的曲线1204。PV材料在一些示例中包括硅，并且在一些实施方式中可以用在太阳能系统100(图1)的PV模块106(图1)的PV电池602(图6A)中。
替代地或附加地，PV材料包括薄膜吸收剂，如铜铟镓硒(“CIGS”)、非晶硅或碲化镉。在这种和其他示例中，光谱选择性反射层1106的波长选择性可以选择为与对应PV材料的响应相匹配。
回到图12，并且从曲线1202最清楚看到，PV材料的量子效率在大约900nm处达到最大。相反，从曲线1204最清楚看到，AMU 1.5太阳光谱在刚好小于500nm处达到最大，并且AMU 1.5太阳光谱进一步包括大量相对低能量的光子，例如具有大于约1200nm波长的光子，而这些相对低能量的光子对PV材料毫无价值。
图12进一步包括曲线1206，曲线1206表示曲线1202和1204的卷积。曲线1206实质上表示PV材料可以从AMU 1.5太阳光谱得到的可用能量。
此外，图12标出四个反射带1208A至1208D，四个反射带1208A至1208D分别是在0度、45度、60度、以及70度的入射角时的光谱选择性反射层1106的反射带。在所示实施方式中，在0度入射角时，光谱选择性反射层1106反射AMU 1.5太阳光谱的可用能量的大约60％。另外，在45度、60度和70度入射角时，光谱选择性反射层1106分别反射AMU 1.5太阳光谱的可用能量的大约70％、85％和92％。
再次参见图1，PV模块106总体上被对准为面向太阳。例如，在北半球，PV模块106将被对准为至少部分地面向南方。相反，反射器108设置为与PV模块106对置并且至少部分地面向北方，以将光反射到PV模块106上。地球相对于其轨道平面的轴向倾斜导致太阳的入射光线在北半球具有向北的分量，使得对于太阳能系统100在北半球的给定静态安装而言，入射光线将以大于0度的某一入射角入射到反射器108上。
因此，通过在太阳能系统100中将反射器108实施为反射器1100A、1100B，反射器108可以选择性地反射与PV模块106中PV材料的量子效率带明显重叠的有限反射带，同时反射器108吸收或透射过具有位于有限反射带之外的波长的光。因为在这种示例中反射器108吸收或透射入射光的很大部分，所以它们比常规反射器产生强度更小的反射，并因此比常规反射器存在更小的光学危险。在这种示例中，反射器108另外呈现更少的成散乱反射(stray reflection)形式的光学损害，例如更少的光污染。
回到图11A至11B，背板1108是铝或其他适合材料，并且为反射器1100A、1100B提供环境保护。在一些实施方式中，背板1108包括如以上关于图8A至8D所述的各向异性有纹理的前表面。替代地或附加地，背板1108具有比覆盖层1102大的热膨胀系数，并且产生如以上关于图7A至7B所述的凸面。
反射器1100A、1100B二者进一步包括第二粘合剂层1114。第二粘合剂层1114是EVA或其他适合粘合剂。在图11B的示例中，第二粘合剂层1114将光谱选择性反射层1106和背板1108耦连在一起。
可选择地，反射器1100A、1100B中的一个或两个包括发射层1115，发射层1115耦连到背板1108的后表面。发射层1115是热发射层，例如黑色PET(聚对苯二甲酸乙二酯)或其他适合材料。在一些实施方式中，发射层1115具有大于或等于0.6的发射率。替代地或附加地，发射层1115相对高的发射率能够使反射器1100A、1100B吸收热辐射，基本上允许当反射器1100A、1100B布置为PV模块106的背面反射器时，反射器1100A、1100B作为吸热设备吸收由相邻PV模块106(图1)发出的热辐射。
可选择地，并参见图11A，反射器1100A进一步包括着色层1116和第三粘合剂层1118。着色层1116通过第二粘合剂层1114与光谱选择性反射层1106耦连在一起。在一些实施方式中，着色层1116是与第二粘合剂层和第三粘合剂层1118一起挤压成型的。
着色层1116是聚对苯二甲酸乙二酯(“PET”)、聚甲基丙烯酸甲酯(“PMMA”)、泰德拉(Tedlar)、其他含氟材料、或其他适合使用一种或多种颜料来使着色层1116实现所希望的颜色的材料。着色层1116与反射器1100A的其他层相结合，一起确定当从前面观察时反射器1100A的视觉上可辨别的颜色。例如，在一些实施方式中，着色层1116是黑色PET或黑色PMMA层，使得当沿垂直方向观察时，反射器1100A呈现出水蓝色、钴蓝色、或深紫色，或者当从关于法线1112的大角度(例如，大于45度)观察时呈现出红黄色。
在这种和其他示例中，在光谱选择性反射层1106的反射带之外的光线透射过光谱选择性反射层1106，并且它们的能量被着色层1116吸收。如关于图1所指出的，在光谱选择性反射层1106的反射带之外的光线中的很多光线也在对应PV材料的量子效率带之外，使得这些光线对PV材料的撞击可以产生热，而不转变成电。然而，在当前示例中，在反射带之外的光线不是被反射到对应PV上并产生热，而是透射过光谱选择性反射层1106，被着色层1116吸收，并且它们的能量被变成反射器1100A中的热。
例如，图11A示出由多个波长构成的入射光束1122。光束1122的第一部分被覆盖层1102反射为第一反射部分1122A。光束1122的第二部分透过覆盖层1102和第一粘合剂层1104，并且以关于法线的入射角θ入射到光谱选择性反射层1106上，成为第一透射部分1122B。在光谱选择性反射层1106的反射带之内的光束1122的第一透射部分1122B的波长被光谱选择性反射层1106反射为第二反射部分1122C。在光谱选择性反射层1106的反射带之外的第一透射部分1122B的波长透射过光谱选择性反射层1106，成为第二透射部分1122D。光束1122的第二透射部分1122D被着色层1116吸收。
替代地，在其他实施方式中，着色层1116是白色PET(使用二氧化钛)作为PET中的颜料)、白色PMMA、Tedlar、或其他含氟材料形成的层，使得当沿垂直方向观察时，反射器1100A呈现出黄色或淡蓝色。在这种和其他示例中，光束1122的第二透射部分1122D被着色层1116漫反射，在这种示例中，着色层1116是白色。在短波长截止(shortwavelength cut-off)处附近发生一些衰减，例如，当从白色背景反射的漫射光的较大角度分量以大角度与光谱选择性反射层1106重新相互作用，使得由于光谱选择性反射层1106现在以反方向反射这些波长，因此一些漫射光被内部俘获时，发生衰减。
在这种示例中，被着色层1116反射的漫射光线的大部分往回透射过光谱选择性反射层1106。大多数的透射光线被导向远离相邻的PV模块，不过一些比例的透射光线照射到上述PV模块。在一些实施方式中，照射到PV模块的透射光线的比例是大约20％。所述比例的照射到PV模块的透射光线通常是在对应PV材料的量子效率带之外，因此倾向于在PV模块中产生热。
与着色层1116是黑色并且吸收透射过光谱选择性反射层1106的光线的前述示例相比，着色层1116是白色的当前示例致使反射器1100A在与具有黑色着色层1116的反射器1100A比较而言相对低的温度下操作。与具有黑色着色层1116、在更高温度下运行的反射器1100A相比，当前示例还允许反射器1100A从放置在反射器1100A后面的PV模块背面吸收更多热辐射。
在一些实施方式中，在无云的晴天，入射到PV模块106(图1)上的直射阳光的量是入射到PV模块106上的总光量的大约90％，而入射到PV模块106上的总光量的其余10％是漫射光。在一些示例中，当云飘过太阳前面时，入射到PV模块106上的漫射光的比例增加至20％或更高。另外，在漫射光条件下，光谱选择性反射层1106的反射带移到更高的波长。因此，通过在光谱选择性反射层1106的后面包括漫反射的白色着色层1116，即使入射光是垂直入射到反射器1100A上，入射到光谱选择性反射层1106上的一些漫射光也能透射过光谱选择性反射层1106，被白色着色层1116漫反射，并且往回透射过光谱选择性反射层1106，由此一定比例的透射光入射到相邻PV模块上。因此，通过在反射器1100A中使用白色着色层1116，在阴天条件下，垂直入射光的更多部分最终也将被反射到相邻PV模块上，由此，与其他一些反射器设计相比，提高了反射器1100A在阴天条件下的反射效率。
继续参见图11A，第三粘合剂层1118是EVA或其他适合粘合剂。第三粘合剂层1118将着色层1116和背板1108耦连在一起。
参见图11B，在所示实施方式中，背板1108包括各向异性有纹理的前表面。结果，背板1108漫反射任何透射过光谱选择性反射层1106的光。
更详细地，图11B示出由多个波长构成的入射光束1124。光束1124的第一部分被覆盖层1102反射为第一反射部分1124A。光束1124的第二部分透过覆盖层1102和第一粘合剂层1104，并且以相对于法线的入射角θ入射到光谱选择性反射层1106上，成为第一透射部分1124B。在光谱选择性反射层1106的反射带之内的光束1124的第一透射部分1124B的波长被光谱选择性反射层1106反射为第二反射部分1124C。在光谱选择性反射层1106的反射带之外的第一透射部分1124B的波长透射过光谱选择性反射层1106，成为第二透射部分1124D。然后，第二透射部分1124D被各向异性有纹理的背板1108漫反射，并且往回透射出反射器1100B，成为第三透射部分1124E。
在一些实施方式中，各向异性有纹理的背板1108对光束1124的第二透射部分1124D的漫反射在效果方面与图11A中反射器1100A中的白色着色层1116对光束1122的第二透射部分1122D的漫反射类似。类似地，虽然一些比例的透射光线照射到PV模块，例如在一些示例中是大约20％，但是漫反射光线的大部分往回透射过光谱选择性层1106并且远离相邻的PV模块。
另外参见图11C至11D，公开了两个示例性太阳能系统1150A、1150B，反射器1100A、1100B可以用在这两个太阳能系统中。太阳能系统1150A、1150B中的每一个类似于图1的太阳能系统100，并且包括一个或多个模块行102以及一个或多个反射器行104。每个模块行102包括多个PV模块106。每个反射器行104包括多个图11C的示例中的反射器1100A、或多个图11D的示例中的反射器1100B。在图11C和11D中的每一个中，PV模块106左侧的反射器1100A、1100B是前面反射器1100A、1100B，而PV模块106右侧的反射器1100A、1100B是背面反射器1100A、1100B。
图11C进一步示出了光束1122，还有光束1122的第一和第二反射部分1122A、1122C，第一和第二反射部分1122A、1122C从前面反射器1100A反射到PV模块106。
类似地，图11D示出了光束1124，还有光束1124的第一和第二反射部分1124A、1124C。图11D进一步示出被各向异性有纹理的背板1108(图11B)漫反射的第三透射部分1124E。
在图11C和11D所示的实施方式中，PV模块106在操作过程中产生热能，一些热能从PV模块106的背面朝向图11C和11D右侧所示的每个背面反射器1100A、1100B的背面辐射出。在图11C和11D中，由箭头1126表示热辐射。热辐射1126中的至少一些经由发射层1115被背面反射器1100A、1100B吸收，由此使热辐射1126离开PV模块106的背面，以便利于PV模块106的冷却。
回到图11A和11B，光谱选择性反射层1106的边缘可选择地在未到第一和第二粘合剂层1104、1114的边缘就终止。另外，光谱选择性反射层1106通过被密封在反射器1100A、1100B内的覆盖层1102、背板1108、与框架1110之间而受到对环境密封的保护。
替代地或附加地，光谱选择性反射层1106的反射带不包括紫外(“UV”)光谱的大部分，例如大约10nm至400nm，也不包括和/或红外(“IR”)的光谱大部分，例如大约750nm至10μm。反射带不包括UV光谱，限制了照射到对应PV模块106的UV辐射量，由此与反射器将UV光谱反射到PV模块上的配置相比，改善了PV模块106的环境鲁棒性(environmental robustness)。反射带不包括IR光谱，限制了照射到对应PV模块106的IR辐射量(例如大部分热)，也改善了PV模块106的环境鲁棒性。
以上关于图7A至8D和图10至11B所述的反射器构造可以任何方式改变或结合，以获得适合用在图1和图11C至11D的太阳能系统100、1150A、1150B的一些实施方式中的非聚光型反射器。例如，关于图7A至7B所述的凸面可以单独使用，或与各向异性表面纹理(图8A至8D)、点刻(图10)或镜面反射控制(图11A至11B)中的一种或多种结合使用。替代地或附加地，关于图8A至8D所述的各向异性表面纹理可以单独使用，或与凸面(图7A至7B)、点刻(图10)或镜面反射控制(图11A至11B)中的一种或多种结合使用。替代地或附加地，关于图10所述的点刻可以单独使用，或与凸面(图7A至7B)、各向异性表面纹理(图8A至8D)或镜面反射控制(图11A至11B)中的一种或多种结合使用。替代地或附加地，关于图11A至11B所述的镜面反射控制可以单独使用，或与凸面(图7A至7B)、各向异性表面纹理(图8A至8D)或点刻(图10)中的一种或多种结合使用。
IV.另一示例性太阳能系统
另外参见图13，根据一些实施方式公开了另一示例性太阳能系统1300。更详细地，图13示出太阳能系统1300的简化示图。太阳能系统1300在一些方面类似于图1的太阳能系统100，并且包括多个模块行1302和多个逆变器1304。
模块行1302中的每一行包括多个PV模块1306。在每个电池行1302内的PV模块1306互相并联连接。另外，每个PV模块1306构造为与上述PV模块106基本相同。例如，PV模块1306中的每一个包括布置在多个PV电池行中的多个PV电池，其中每个电池行中的PV电池互相并联电连接，而电池行互相串联电连接。
另外，在一些实施方式中，PV模块1306中的每一个构造为独立于太阳能系统1300中的其他PV模块1306，独立地控制最大峰值功率和输出电压。替代地或附加地，PV模块1306中的每一个构造为：在诸如当PV模块1306的生产容量低于逆变器1304容量时等一些条件下，在恒定电流模式下操作；或者，在诸如当逆变器1304中的一个或多个已经失效、或逆变器1304容量已经低于PV模块1306的生产容量时的其他条件下，转变为在恒定电压模式下操作。
在图13所示的实施方式中，太阳能系统1300具有1∶1的逆变器1304与模块行1302的比。如此，每个逆变器1304电连接到对应模块行1302，并且构造为接收由对应模块行1302中的PV模块1306共同产生的DC输入。类似于图1的逆变器110，逆变器1304构造为将DC输入转变成AC输出，上述AC输出馈入到AC线1308中。在一些实施方式中，逆变器1304是低压逆变器，例如，逆变器1304中的每一个构造为接收具有大约50伏与60伏之间的电压的DC输入。在其他实施方式中，逆变器1304构造为接收具有小于50伏或大于60伏的电压的DC输入。
另外，在一些实施方式中，逆变器1304中的每一个的额定功率是大约5千瓦(“kW”)。替代地或附加地，逆变器1304中的每一个的额定功率是在大约3kW至20kW之间。替代地或附加地，每个逆变器1304的额定功率是小于3kW或大于20kW。
继续参见图13，太阳能系统1300进一步包括多个选择器电路1310。每个选择器电路1310在对应模块行1302与逆变器1304之间电连接。此外，选择器电路1310互相电连接。总体上，每个选择器电路1310构造为在对应逆变器1304失效情况下，将对应逆变器1304的DC输入重新输送到一个或多个其他逆变器1304。例如，在逆变器1304A失效情况下，选择器电路1310A构造为至少经由选择器电路1310B、1310C将逆变器1304A的DC输入重新输送到其他逆变器1304。
替代地或附加地，选择器电路1310可以用来在启动程序过程中和/或低光照天期间使太阳能系统1300的效率最大化。例如，逆变器1304中的每一个的起始值，例如操作设定点，独立地设定，使得仅一个逆变器1304首先启动，直到太阳能系统1300产生一定量的功率。在这个时间过程中，选择器电路1310将功率输送到首先启动的逆变器1304。然后，当太阳能系统1300的功率输出达到一个或多个预定阈值时，另外的逆变器1304启动。在一些实施方式中，尽管逆变器1304的变换效率在诸如低于大约500瓦(“W”)等较低功率水平是相对较低的，但是当需要处理在逆变器1304的有效水平的增加功率输出时，仅通过使逆变器1304联线就能提高变换效率。
选择器电路1310中的每一个是双极断开盒(2-pole disconnect box)，或其他适合的选择器电路。替代地或附加地，逆变器1310中的每一个包括一个或多个保险丝1312。在一些实施方式中，保险丝1312中的每一个是至少100安培(“A”)的保险丝。
在图13的实施方式中，逆变器1304中的每一个连接到对应的模块行1302。更一般地说，逆变器1304中的每一个连接到一组PV模块1306，其中每个逆变器1304的额定容量大于或等于对应组中的PV模块1306的累计额定功率，每组内的所有PV模块1306并联电连接。因此，在如下太阳能系统中，所述太阳能系统包括额定功率为5kW的逆变器1304和每个模块行1302中的相对小数量的PV模块1306，例如，每个模块行1302中六个(6)PV模块1306，每个逆变器1304可以连接到一组二十个(20)或更多个PV模块1306，这些PV模块1306并联电连接并且横跨三个模块行1302。作为另一示例，图1示出太阳能系统100，其中，每个逆变器110连接到每行十二个(12)PV模块106的两个(2)模块行102。
此外，在多个PV模块1306被分成多个组且每组中所有PV模块1306并联连接的示例中，每个选择器电路1310电连接在PV模块1306组与对应逆变器1304之间，同时选择器电路1310附加地互相连接。
图14是在多种条件下比较各种太阳能系统性能的曲线图。具体地说，图14包括多条曲线1402、1404、1406、1408、1410。第一曲线1402表示太阳能系统全天的功率输出，所述太阳能系统具有五个模块行以及5个逆变器，每个模块行的额定功率是5kW，每个逆变器连接到对应模块行，没有后期损失(back-end loss)并且最佳地在昼夜平分点(equinox)时被对准。
第二曲线1404表示对应于第一曲线1402的同一太阳能系统全天的功率输出，除了所述系统经受大约12％的后期损失，所述后期损失主要是由于五个模块行内的PV模块中的温度升高。
第三和第四曲线1406、1408表示对应于在12％后期损失情况下的第二曲线1404的同一太阳能系统全天的功率输出，其中五个逆变器中的一个逆变器已经失效。对应于第三曲线1406的太阳能系统中的所有五个逆变器在图13的构造中以冗余方式互连。如此，输入到失效逆变器的DC输入重新输送到其余逆变器。如通过比较第二和第三曲线1404、1406可见，当所有逆变器以冗余方式互连时，单个逆变器的失效对太阳能系统的功率输出影响极小。
相反，对应于第四曲线1408的太阳能系统包括不冗余互连的逆变器。因此，当五个逆变器中的一个失效时，对应于第四曲线1408的太阳能系统出现比对应于第三曲线1406的太阳能系统大很多的输出下降。
最后，第五曲线1410表示如下太阳能系统全天的功率输出，所述太阳能系统具有额定功率为5kW的单个模块行和单个逆变器，以及5％的后期损失。
本发明可以在不脱离其主旨或本质特征的情况下实施在其他特别形式中。所述实施方式在所有方面仅认为是示例性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述限定。在权利要求的等同意义与范围内所作的所有变化都包含在它们的范围内。

Claims (29)

1.一种太阳能系统，包括：
多个模块行，每个模块行包括多个光伏模块，其中，每个光伏模块包括：
多个光伏电池，所述多个光伏电池设置在多个电池行中，每个电池行中的光伏电池互相并联电连接，且所述多个电池行互相串联电连接；以及
多个反射器行，每个反射器行包括多个反射器，所述多个反射器行介于所述多个模块行之间，使得每个反射器行在两个相邻模块行之间机械地互连，并且设置为将具有一些入射角的光反射到所述两个相邻模块行中的一个上。
2.如权利要求1所述的太阳能系统，其中，每个光伏模块和每个反射器包括大体矩形的框架，并且其中，每个框架包括从其四个角部中的每一个延伸的框架延伸部，在每个光伏模块的顶部处的两个框架延伸部机械地连接到设置在每个光伏模块后面的对应反射器的顶部处的两个框架延伸部。
3.如权利要求2所述的太阳能系统，其中每个框架延伸部：
一体地形成在对应框架中；或者
包括附接到所述对应框架的插件。
4.如权利要求2所述的太阳能系统，进一步包括能移除的销，所述销将每个光伏模块的顶部处的两个框架延伸部以可移除的方式连接到每个对应反射器的顶部处的两个框架延伸部。
5.如权利要求1所述的太阳能系统，进一步包括多个轨道组件，所述轨道组件设置为与所述多个模块行和所述多个反射器行基本上垂直，其中，所述多个模块行和所述多个反射器行中的每一个包括底部，所述底部附接到所述多个轨道组件。
6.如权利要求5所述的太阳能系统，其中，每个轨道组件包括多个轨道和以可调整的方式附接到所述多个轨道的多个支撑板，每个支撑板的附接位置沿对应轨道的长度是可调整的，所述多个模块行和所述多个反射器行的底部直接附接到所述多个支撑板。
7.如权利要求6所述的太阳能系统，其中，每个轨道是挤压成型的，另外，每个轨道具有基本上T形的横截面，包括底部和顶部，所述顶部具有形成在顶部中的敞口沟槽，所述沟槽构造为接收一个或多个支撑板的一部分，以将所述一个或多个支撑板固定到所述轨道。
8.如权利要求6所述的太阳能系统，其中，所述支撑板沿所述轨道长度的纵向间距能根据安装位置的一个或多个因素变化，所述因素包括所述安装位置的纬度、雪、气候条件、或表面条件。
9.如权利要求6所述的太阳能系统，进一步包括多个轨道与轨道互连件，所述轨道与轨道互连件将每个轨道以电和机械的方式连接到每个轨道组件内的纵向相邻轨道。
10.如权利要求9所述的太阳能系统，其中，所述多个轨道与轨道互连件中的每一个是具有足够顺应性的，以允许在安装位置处至少1/8英寸的表面变化。
11.如权利要求1所述的太阳能系统，其中，所述反射器中的每一个包括非聚光漫反射器。
12.如权利要求11所述的太阳能系统，其中，所述非聚光漫反射器中的每一个包括：
覆盖层，覆盖层具有第一热膨胀系数；
金属背板，金属背板具有比所述第一热膨胀系数大的第二热膨胀系数；以及
粘合剂层，粘合剂层设置在所述覆盖层与所述金属背板之间；
其中，所述覆盖层、金属背板和粘合剂层在第一温度下层压在一起，并冷却到比所述第一温度低的第二温度，使得在冷却到所述第二温度之后，所述覆盖层、金属背板和粘合剂层形成凸面反射器。
13.如权利要求11所述的太阳能系统，其中，所述非聚光漫反射器中的每一个包括反射层，所述反射层具有构造为漫反射入射到反射层上的光线的各向异性表面纹理。
14.如权利要求11所述的太阳能系统，其中，所述非聚光漫反射器中的每一个包括：
覆盖层，覆盖层具有前表面和后表面、形成在所述后表面上的点刻图案，所述覆盖层具有第一折射率；
反射层；以及
粘合剂层，粘合剂层设置在所述覆盖层与所述反射层之间，所述粘合剂层具有不同于所述第一折射率的第二折射率。
15.如权利要求11所述的太阳能系统，其中，所述点刻图案是各向同性的或各向异性的。
16.如权利要求11所述的太阳能系统，其中，所述非聚光漫反射器中的每一个包括依赖于入射角的光谱选择性反射层。
17.如权利要求16所述的太阳能系统，其中，所述光谱选择性反射层的反射带在基本垂直的入射角时是大约700至1350纳米，在与法线成45度入射角时是大约600至1250纳米，在与法线成60度入射角时是大约500至1150纳米，以及在与法线成70度入射角时是大约400至1000纳米。
18.如权利要求16所述的太阳能系统，其中，所述非聚光漫反射器中的每一个进一步包括黑色着色层，所述黑色着色层设置在所述光谱选择性反射层的后面，所述黑色着色层构造为吸收透射过所述光谱选择性反射层的光线的能量。
19.如权利要求16所述的太阳能系统，其中，所述非聚光漫反射器中的每一个进一步包括白色着色层，所述白色着色层设置在所述光谱选择性反射层的后面，所述白色着色层构造为漫反射透射过所述光谱选择性反射层的光线。
20.如权利要求11所述的太阳能系统，其中，当基本上垂直地观察时，所述非聚光漫反射器中的每一个的视觉上可辨别颜色是蓝色或紫色的深浅色。
21.如权利要求1所述的太阳能系统，其中所述反射器中的每一个包括：
背板，背板具有与相邻模块行中的光伏模块的后表面相对的后表面；以及
发射层，发射层层压到背板的后表面，所述发射层具有大于或等于0.6的发射率。
22.一种太阳能系统，包括：
分成多个组的多个光伏模块，所述多个组中的每组内的光伏模块互相并联电连接，其中，每个光伏模块包括：
多个光伏电池，所述多个光伏电池设置在多个电池行中，每个电池行中的光伏电池互相并联电连接，且所述多个电池行互相串联电连接；
多个低压逆变器，每个低压逆变器电连接到对应组的光伏模块，以接收由所述对应组中的光伏模块产生的直流电流输入；以及
多个选择器电路，每个选择器电路在对应组的光伏模块与低压逆变器之间电连接，所述选择器电路进一步互相连接，使得在逆变器失效的情况下，每个低压逆变器的直流电流输入重新输送到其他低压逆变器中的一个或多个。
23.如权利要求22所述的太阳能系统，其中，所述光伏模块中的每一个构造为独立于其他光伏模块地控制最大峰值功率和输出电压。
24.如权利要求22所述的太阳能系统，其中，当所述光伏模块的共同生产容量超过所述低压逆变器的共同容量时，所述光伏模块中的每一个构造为转变为恒定电压模式。
25.如权利要求22所述的太阳能系统，其中，所述低压逆变器具有不同的操作设定点，使得非全部的低压逆变器构造为在所述光伏模块的共同功率输出低于一个或多个预定阈值时的这段期间内操作。
26.一种反射器，包括：
覆盖层；
光谱选择性反射层，光谱选择性反射层设置在所述覆盖层的后面，所述光谱选择性反射层的反射带依赖于入射光线的入射角；以及
背板，其中，所述光谱选择性反射层在所述覆盖层与所述背板之间以对环境密封的方式密封。
27.如权利要求26所述的反射器，进一步包括着色层，着色层设置在所述光谱选择性反射层与所述背板之间，所述着色层至少部分地决定所述反射器的视觉上可分辨颜色，其中，所述着色层是黑色或白色。
28.如权利要求26所述的反射器，其中，所述背板具有各向异性有纹理表面，所述各向异性有纹理表面构造为漫反射透射过所述光谱选择性反射层的光线。
29.如权利要求26所述的反射器，进一步包括：
第一粘合剂层，第一粘合剂层设置在所述覆盖层与所述光谱选择性反射层之间；以及
第二粘合剂层，第二粘合剂层设置在所述光谱选择性反射层与所述背板之间；
其中，所述覆盖层、所述第一粘合剂层、所述光谱选择性反射层、所述第二粘合剂层、以及所述背板具有多种不同的热膨胀系数，并在第一温度下层压在一起，且冷却到比所述第一温度低的第二温度，使得在冷却到所述第二温度之后，所述覆盖层、所述第一粘合剂层、所述光谱选择性反射层、所述第二粘合剂层、以及所述背板形成凸面反射器。
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