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CN102437218A - 对遮蔽鲁棒性的混合布线方案 - Google Patents

对遮蔽鲁棒性的混合布线方案 Download PDF

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CN102437218A CN2011102856287A CN201110285628A CN102437218A CN 102437218 A CN102437218 A CN 102437218A CN 2011102856287 A CN2011102856287 A CN 2011102856287A CN 201110285628 A CN201110285628 A CN 201110285628A CN 102437218 A CN102437218 A CN 102437218A
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Abstract

本发明涉及对遮蔽鲁棒性的混合布线方案。描述了用于在适于捕获太阳能的设备例如太阳能电池、太阳能电池板和/或太阳能电池阵列中使用的电互连的方法和装置。在一种实施方案中，描述了太阳能电池板。该太阳能电池板包括定位在太阳能电池板的中心与第一电路电连通的第一多个太阳能设备、和围绕第一多个太阳能设备的第二多个太阳能设备，第二多个太阳能设备与第二电路电连通，第二电路与第一电路不同。

Description

对遮蔽鲁棒性的混合布线方案
相关申请的交叉引用
本申请根据35USC 119(e)要求序列号为61/245,907的在2009年9月25日递交的临时专利申请的利益。
发明背景
发明领域
本发明一般涉及太阳能电池、太阳能电池板和/或太阳能电池阵列，并且更具体地涉及适于捕获太阳能的设备例如太阳能电池、太阳能电池板和/或太阳能电池阵列的电互连。
相关技术的描述
太阳能设备例如太阳能电池、太阳能电池板或太阳能电池阵列通常为了使用而定位成具有无阻挡的太阳视线视野。到太阳的无阻挡的通路最大化射到设备的光的量，这最大化所产生和/或捕获的最后所得到的能量。传统上，诸如屋顶、在地面上或附近的相对平坦的表面、和具有低植被的山坡的地方是适合的位置。
但是，即使在这些合适的位置，太阳能设备仍可能经历太阳光被阻挡的随机情况。例如，诸如云、植物和其他结构或者现象的物体可能临时或者永久地遮蔽一个或者多个设备。由这些物体产生的遮蔽效应降低一个或者多个设备的效率，并且电力输出可能被最小化或者完全消除。
太阳能电池性能的自然变化在制造过程中存在。为了防止较低性能的电池减小整个模块的输出，在模块的制造过程中可以选择特定的布线方案。尽管这样的方案可能确实是鲁棒的，但是相同的方案可能限制由在模块或者电池板内的其余电池产生的总电力。所以，为了电力的充分生成将不优化模块。
所以，存在对太阳能设备的电耦合方案的需要，该方案降低遮蔽效应并且最大化太阳能设备的效率。本发明处理这样的需要。
发明概述
这里的实施方案提供用于在适于捕获太阳能的设备例如太阳能电池、太阳能电池板和/或太阳能电池阵列中使用的电互连的方法和装置。在一种实施方案中，太阳能电池板被描述并且包括定位在太阳能电池板的中心与第一电路电连通的第一多个太阳能设备、和围绕第一多个太阳能设备的第二多个太阳能设备，第二多个太阳能设备与第二电路电连通，第二电路与第一电路不同。
在另一种实施方案中，太阳能电池板包括定位在太阳能电池板的中心与串联布线电路电耦合的第一多个太阳能设备、和围绕第一多个太阳能设备的第二多个太阳能设备，第二多个太阳能设备与并联布线电路电耦合。
在另一种实施方案中，太阳能电池板包括定位在太阳能电池板的中心与串联布线电路电耦合的第一多个太阳能设备、和围绕第一多个太阳能设备的第二多个太阳能设备，第二多个太阳能设备与H桥布线电路电耦合。
在另一种实施方案中，太阳能电池板包括定位在太阳能电池板的中心与并联布线电路电耦合的第一多个太阳能设备、和围绕第一多个太阳能设备的第二多个太阳能设备，第二多个太阳能设备与H桥布线电路电耦合。
在另一种实施方案中，太阳能电池板包括定位在太阳能电池板的中心与并联布线电路电耦合的第一多个太阳能设备、和围绕第一多个太阳能设备的第二多个太阳能设备，第二多个太阳能设备与串联布线电路电耦合。
在另一种实施方案中，太阳能电池板包括定位在太阳能电池板的中心与并联布线电路电耦合的第一多个太阳能设备、和围绕第一多个太阳能设备的第二多个太阳能设备，第二多个太阳能设备与串联布线电路电耦合。
在另一种实施方案中，太阳能电池板包括定位在太阳能电池板的中心与H桥布线电路电耦合的第一多个太阳能设备、和围绕第一多个太阳能设备的第二多个太阳能设备，第二多个太阳能设备与串联布线电路电耦合。
在另一种实施方案中，太阳能电池板包括定位在太阳能电池板的中心与H桥布线电路电耦合的第一多个太阳能设备、和围绕第一多个太阳能设备的第二多个太阳能设备，第二多个太阳能设备与并联布线电路电耦合。
在另一种实施方案中，一种用于电连接太阳能电池板的方法被描述并且包括：使光照到具有中心区域的太阳能电池板，所述中心区域包括至少部分地与位于中心区域之外的第二多个太阳能设备邻接的第一多个太阳能设备；利用第一电路电连接第一多个太阳能设备；以及利用与第一电路不同的第二电路电连接第二多个太阳能设备。
在另一种实施方案中，一种用于将电力从太阳能电池板传输到负载的方法被描述并且包括：使光照到具有中心区域的太阳能电池板，所述中心区域包括至少部分地与位于中心区域之外的第二多个太阳能设备邻接的第一多个太阳能设备；以及通过电路将电力从第一多个太阳能设备传输到负载，来自第一多个太阳能设备的电力独立于第二多个太阳能设备的电力产生潜力。
在一些实施方案中，通过从电池板的电路消除被遮蔽的电池，电池板的其余部分将不受被消除的、较低性能的电池的输出的限制。分块的电池板包含在中心的更加积极的布线方案和在边缘的更加鲁棒的布线方案。这个实施方案与单一的均匀方法不同，单一的均匀方法规定包括中心未遮蔽的电池的整个电池板将不在最佳状态产生。
附图的简要描述
所以通过参考实施方案，可以有本发明的上述特征可被详细地理解的方式、上面简要概述的本发明的更加具体的描述，其中一些实施方案在附图中被说明。但是，应注意，附图只说明这个发明的典型的实施方案，而且因此不应当被考虑为它的范围的限制，因为本发明可以允许其他同样有效的实施方案。
图1是太阳能电池板的一种实施方案的示意性俯视图；
图2是其他形式的太阳能电池板的俯视图；
图3是具有非均匀布线方案的太阳能电池板的一种实施方案的俯视图；
图4是具有非均匀布线方案的太阳能电池板的另一种实施方案的俯视图。
为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的参考数字来表示附图共有的相同的元件。设想在一种实施方案公开的元件可以在没有特别陈述的情况下在其他实施方案上被有利地使用。
详细描述
本发明一般涉及太阳能电池、太阳能电池板和/或太阳能电池阵列，并且更具体地涉及适于捕获太阳能的设备例如太阳能电池、太阳能电池板和/或太阳能电池阵列的电互连。下面的描述被提出以使本领域技术人员能够制造和使用本发明，并且在专利申请的上下文及其需要中被提供。对在这里描述的优选实施方案和一般原理和特征的各种修改对本领域技术人员将是容易明显的。因此，本发明没有被规定为限于所示出的实施方案，而是应与符合这里描述的原理和特征的最宽的范围一致。
本发明的实施方案一般提供用于在适于捕获太阳能的设备例如太阳能电池、太阳能电池板和/或太阳能电池阵列中使用的电互连的方法和装置。如这里描述的电互连被配置成最小化由可以暂时或者永久地阻挡来自太阳能设备的太阳光的一个或多个物体产生的遮蔽效应或者将其消除。
图1是太阳能电池板100的一种实施方案的示意性俯视图。太阳能电池板100包括从诸如太阳110的光源接收光的多个电池105。每一个电池105可以是包括适于将阳光转换成电的PN结的光伏设备。例如，太阳能电池板100包括在均匀串联布线方案中互连到负载115的72个电池105，负载115可以是电器、诸如电池或者电容器的存储介质、或者到电网的连接。
在图1中描绘的太阳能电池板100至少部分被一个或者多个遮蔽源120、125遮蔽。遮蔽源120、125的一个或者两个消极地影响太阳能电池板100的性能并且减少负载115可利用的电力。在图1中，遮蔽源125是可以是有机或者无机物质的固体物质的斑点或者区域，该固体物质附接到太阳能电池板100的表面或被太阳能电池板100的表面支持。可以代表遮蔽源125的有机或者无机物质的例子包括土、鸟或者动物的粪、植被物质例如树叶、树枝、花粉、树皮、坚果、浆果等、以及其他物质。遮蔽源125可以以随机间隔和/或在太阳能电池板100的随机区域处沉积在太阳能电池板100的表面上，并且遮蔽太阳能电池板100的至少一部分。遮蔽源120是在太阳能电池板100附近种植或者允许生长的植物，例如树或者灌木。遮蔽源120、125可以完全地或者部分地阻挡一个或多个电池105使其不被光照到，这些电池105在源120、125之下或者以其他方式被源120、125遮蔽。对一个或者多个电池105的遮蔽通过降低从太阳能电池板100到负载115的可利用的净电力来最小化整个太阳能电池板100的效率。
当阴影135A-135C在太阳能电池板100的整个表面上移动时，遮蔽源120可以在一天的部分时间阻挡特定的电池105。相反，遮蔽源125可以在整个白天时间全部地或者部分地阻挡特定的电池。
遮蔽源120可以被认为是永久的障碍物，其日复一日地影响太阳能电池板100，直到源120被移除或者太阳能电池板100被重新安置。相反，遮蔽源125可以被认为是临时的障碍物，其可以通过天气事件(例如风或者雨)、遮蔽源的分解、或者太阳能电池板100的物理清洁而减轻。另外，遮蔽源120、125的出现的频率和/或概率是不同的。例如，遮蔽源120的出现可以通过观察方法预测，而遮蔽源125的出现是临时随机的并且可以以假设的相等概率影响太阳能电池板100的任何区域。
太阳能电池板100可以经历除了由遮蔽源120、125产生的阴影以外的有相似的效率降低的遮蔽事件。例如，其他的临时障碍物除了引起随机遮蔽事件的其他临时障碍物以外还包括云层、来自停放的车辆的阴影、来自建筑活动的阴影。永久的障碍物包括固定的障碍物，例如与遮蔽源120类似的树或者灌木，以及建筑物、广告牌、标志、或者可以遮蔽太阳能电池板100的至少一部分的其他结构。
除了表面附接的或者表面支持的遮蔽源例如遮蔽源125之外，其他临时障碍物由于地球的轴向旋转和/或障碍物自身的运动而以一种类似于永久障碍物的方式遮蔽太阳能电池板100。例如，诸如遮蔽源120的永久障碍物将最初在太阳能电池板100的边缘130A上形成阴影，并且该阴影随后向中心140且越过太阳能电池板100移动到边缘130B(以下午例子中)。可选地，诸如遮蔽源120的永久障碍物可以最初在太阳能电池板100的边缘130B上形成阴影，并且该阴影随后向中心140且越过太阳能电池板100移动到边缘130A(在上午例子中)。同样地，临时障碍物例如云可以最初在一个边缘上形成阴影，并且越过太阳能电池板100移动。在由云形成的阴影的情况中，由于云的运动和/或地球的转动，该阴影可以随后在整个太阳能电池板100上形成阴影。在任一情况中，最初被遮蔽的边缘130A或者130B可以相对于太阳能电池板100的其他部分在延长的时间段内保持被遮蔽。
在下午时期期间的一个例子中，遮蔽源120在太阳能电池板100的第一边缘130A处或附近形成第一阴影135A。当地球绕它的轴旋转时，第一阴影135A发展成第二阴影135B，其最终遮蔽太阳能电池板100的中心140以及第一边缘130A。当地球继续它的转动时，第二阴影135B扩展为第三阴影135C，其遮蔽太阳能电池板100的第二边缘130B以及中心140和第一边缘130A。尽管没有示出，诸如云的临时障碍物可能导致太阳能电池板100的遮蔽，其类似于由遮蔽源120导致的遮蔽。例如，由云投影的阴影可能遮蔽第一边缘130A而形成第一阴影135A，并且在整个太阳能电池板100上移动，这将第一阴影135A扩展为第二和第三阴影135B、135C。在任一例子中，第一边缘130A可以相对于中心140和第二边缘130B在延长的时间段内保持被遮蔽源120或云遮蔽。
由于在第一边缘130A上的电池105相对于中心140经历更长时间的遮蔽和/或更大的阳光规避，在第一边缘130A上的电池105与接收更多阳光的其他电池105相比以降低的效率操作。将电池105连接到负载115的均匀布线方案从在太阳能电池板100上的每一个电池105聚集电流和/或电压，并且将净电流和/或电压传送到负载115。因此，如果一个或者多个电池105被遮蔽并且没有以全效率或者接近全效率操作，负载115可利用的净电流和/或电压被减小。由太阳能电池板100产生的降低的净电力可能出现，即使中心140和/或第二边缘130B可能正在接收最大量或者接近最大量的光。
图2描绘了其他形式的太阳能电池板200A、200B的俯视图，这些太阳能电池板可能经历如图1中描述的遮蔽效应。太阳能电池板200A的每一个电池105以均匀的串联-并联布线方案相互连接，而太阳能电池板200B的每一个电池105以均匀的“H桥”布线方案相互连接。在这些太阳能电池板200A、200B的任一个中，如这里描述的遮蔽效应由于均匀的布线方案而消极地影响太阳能电池板200A、200B的性能。
图3描绘具有非均匀的布线方案的太阳能电池板300的俯视图，太阳能电池板300包括与在太阳能电池板300的中心140内的电池340互连的第一电路310A，和与沿太阳能电池板300的边缘130A、130B的电池305A、305B互连的多个第二电路310B。在这个实施方案中，第一电路310A和第二电路310B是不同的，以在投射阴影350A、350B的遮蔽事件的情况中最大化太阳能电池板300的效率，阴影350A、350B影响边缘(在这个视图中是边缘130B)与影响中心140不同。
在这个实施方案中，阴影305A、305B在下午例子中从左边缘130B向中心140移动。由于在这个例子中电池305B相对于在太阳能电池板300的中心140中的一个或者多个电池305C在更长的时间段内保持被遮蔽，电池305B的效率降低了。但是，沿着边缘130B的电池305B从中心140中的电池305C电去耦。因此，到电池305B的减少的阳光没有显著地影响整个太阳能电池板300的效率，这导致与图1中的太阳能电池板100和图2中的太阳能电池板200A、200B的负载115可利用的净电流和/或净电压相比较，负载115可利用更大的净电流和/或净电压。
在这个实施方案中，第一电路310A作为连接太阳能电池板300的中心140中的电池305C的“H桥”电路示出。可选地，第一电路310A可以是串联-并联电路以及串联电路，只要第一电路310A与第二电路310B不同。同样地，第二电路310B作为连接电池305A、305B的串联电路示出。可选地，第二电路310B可以包括并联、串联-并联和/或“H桥”电路，只要第二电路310B与第一电路310A不同。另外，虽然边缘130A和130B包括分立的电路310B，但是边缘130A、130B中可以只有一个包括电路310B，而太阳能电池板300的另一个边缘可以包括与第一电路310A相同的电路。
图4描绘了具有非均匀布线方案的太阳能电池板400的另一种实施方案的俯视图，太阳能电池板400包括与在太阳能电池板300的中心140中的电池405E相互连接的第一电路410A，和与沿太阳能电池板300的边缘130A-130D的电池405A-405D相互连接的多个第二电路410B、410C。在这个实施方案中，第一电路410A和第二电路410B、410C是不同的，以在投射阴影450A、450B的遮蔽事件的情况中最大化太阳能电池板400的效率，阴影450A、450B影响太阳能电池板400的角落420与影响太阳能电池板400的中心140不同。
在这个实施方案中，阴影450A、450B在下午例子中从角落420向中心140移动。由于电池405B和405C在这个例子中相对于太阳能电池板300的一个或者多个电池405C-405E在更长的时间段内保持被遮蔽，电池405B、405C的效率被降低。但是，电池405C-405E从在角落420处的电池405B、405C电去耦。因此，到电池405B、405C的减少的阳光没有显著地影响整个太阳能电池板400的效率，这导致与图1中的太阳能电池板100和图2中的太阳能电池板200A、200B的负载115可利用的净电流和/或净电压相比，负载115可利用更大的净电流和/或净电压。
虽然根据所示出的实施方案描述了本发明，本领域的普通技术人员将容易认识到，可能存在对这些实施方案的改变，并且那些改变应当在本发明的精神和范围内。因此，本领域的普通技术人员可以进行许多修改而不偏离所附的权利要求的精神和范围。

Claims (20)

1.一种太阳能电池板，包括：
第一多个太阳能设备，其定位在所述太阳能电池板的中心，与第一电路电连通；以及
第二多个太阳能设备，其围绕所述第一多个太阳能设备，所述第二多个太阳能设备与第二电路电连通，所述第二电路与所述第一电路不同。
2.如权利要求1所述的太阳能电池板，其中所述第一电路从由串联电路、并联电路、H桥电路和其组合组成的组中选择。
3.如权利要求1所述的太阳能电池板，其中所述第二电路从由串联电路、并联电路、H桥电路和其组合组成的组中选择。
4.如权利要求1所述的太阳能电池板，其中所述第一电路包括串联电路，而所述第二电路包括并联电路。
5.如权利要求1所述的太阳能电池板，其中所述第一电路包括串联电路，而所述第二电路包括H桥电路。
6.如权利要求1所述的太阳能电池板，其中所述第一电路包括并联电路，而所述第二电路包括H桥电路。
7.如权利要求1所述的太阳能电池板，其中所述第一电路包括并联电路，而所述第二电路包括串联电路。
8.如权利要求1所述的太阳能电池板，其中所述第一电路包括H桥电路，而所述第二电路包括串联电路。
9.如权利要求1所述的太阳能电池板，其中所述第一电路包括H桥电路，而所述第二电路包括并联电路。
10.如权利要求1所述的太阳能电池板，其中所述太阳能电池板包括至少两个边缘，所述至少两个边缘的每一个包括多个电池，并且所述至少两个边缘的至少一个耦合到所述第二电路。
11.如权利要求1所述的太阳能电池板，其中所述太阳能电池板包括至少四个边缘，所述至少四个边缘的每一个包括多个电池，并且所述至少四个边缘的至少两个耦合到所述第二电路。
12.如权利要求1所述的太阳能电池板，其中所述太阳能电池板包括至少四个边缘，所述至少四个边缘的每一个包括多个电池，并且所述四个边缘的每一个耦合到所述第二电路。
13.一种用于电连接太阳能电池板的方法，包括：
使光照到具有中心区域的太阳能电池板，所述中心区域包括第一多个太阳能设备，所述第一多个太阳能设备至少部分地与位于所述中心区域之外的第二多个太阳能设备邻接；
利用第一电路电连接所述第一多个太阳能设备；以及
利用与所述第一电路不同的第二电路电连接所述第二多个太阳能设备。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一多个太阳能设备的电力产生潜力独立于所述第二多个太阳能设备的电力产生潜力。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述第一电路从由串联电路、并联电路、H桥电路和其组合组成的组中选择。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述第二电路从由串联电路、并联电路、H桥电路和其组合组成的组中选择。
17.如权利要求13所述的方法，其中所述第一电路包括串联电路，而所述第二电路包括并联电路。
18.如权利要求13所述的方法，其中所述第一电路包括串联电路，而所述第二电路包括H桥电路。
19.如权利要求13所述的太阳能电池板，其中所述第一电路包括并联电路，而所述第二电路包括H桥电路。
20.一种用于从太阳能电池板产生电力并且传输到负载的方法，包括：
使光照到具有中心区域的太阳能电池板，所述中心区域包括第一多个太阳能设备，所述第一多个太阳能设备至少部分地与位于所述中心区域之外的第二多个太阳能设备邻接；以及
通过电路将电力从所述第一多个太阳能设备传输到所述负载，来自所述第一多个太阳能设备的电力独立于所述第二多个太阳能设备的电力产生潜力。
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