平板光伏組件的製作方法

2023-05-04 13:44:21

專利名稱：平板光伏組件的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及光伏(「PV」;ph0t0V0ltaiC)系統。更具體地，本發明的實施例 涉及適於在非均勻光照條件下操作的PV組件。
背景技術：
通常用在PV組件中的太陽能收集器有兩種主要類型，包括矽和薄膜，太陽能收集 器通常由PV電池構成。矽是目前主要使用的技術，一般可實現為封裝在透明玻璃前板後方 的單晶矽或多晶矽電池。薄膜技術因其效率低而不如矽技術那樣廣為普及，但由於其成本 較低也受到歡迎。目前，太陽能行業正在尋找方法來降低由PV組件所產生的每單位能量的成本。一 種降低每單位能量的成本的方法是增加PV組件暴露於太陽能下的時間。例如，可以在整日 和/或整年中調整PV組件相對於太陽的方向。在整日和/或整年中調整PV組件相對於太 陽的方向需要可調節的支架系統，所述支架系統價格昂貴和/或由於具有在PV組件的壽命 內容易失效的部件而變得複雜。另一種降低PV組件的每單位能量的成本的方法是降低PV組件的太陽能收集器密 度，並且將入射到PV組件上的太陽能聚集到其餘太陽能收集器上。然而，現有技術的PV組 件通常對與反射器系統有關的非均勻光照條件很敏感，並且在該非均勻光照條件條件下運 行欠佳。另外，現有技術的PV組件有時將諸如功率逆變器的電子設備與PV組件結合在一 起。與現有技術的PV組件結合在一起的功率逆變器和其它電子設備通常要調整尺寸和形 狀，以便在PV組件的背面安裝電子設備。結果，需要用飛線(flying lead)來連接電子設 備和PV組件。功率逆變器和其它電子設備還會顯著地增加PV組件的成本，而且容易失效。替代地或附加地，與PV組件結合使用的電子設備可能具有例如在幾千瓦量級上 的大功率要求，使飛線具有載有高達600伏電壓，這種電壓會對居民用電構成巨大的安全 隱患。通常，這些類型的大功率電子部件和設備與消費類電子相比在全球電子市場中的需 求相對較低，並且不是大量生產。另外，這些大功率電子設備可以包括相對高成本和低可靠 性且低銷量的專用電子設備。與PV組件一起使用的電子設備的高成本可以構成PV系統總 成本中的重要因素。文中所要求的主題並不限於改進任何缺陷的實施例或僅在諸如上述的環境中操 作的實施例。確切地說，提供此背景技術只是為了說明一個示例性的技術領域，其中，在該 技術領域中可以實施所述的一些實施例。

發明內容
總體而言，本發明的示例實施例涉及適於在非均勻光照條件下操作的PV組件。一個示例性實施例包括PV組件，所述PV組件包括導電背板；配置於導電背板上 的非導電層；多個PV電池，配置成行並且一起產生由第一電壓表徵的第一功率輸出；以及功率變換設備。每個行包括兩個或更多個PV電池。每個行中的PV電池可以彼此並聯連接。 行可以串聯連接。頂部行可以連接至導電背板。功率變換設備可以冗餘連接至底部行和導 電背板以形成完整電路。功率變換設備可以將第一功率輸出變換為由大於第一電壓的第二 電壓表徵的第二功率輸出。功率變換設備還可以跟蹤並保持PV電池的峰值功率。另一個示例性實施例包括PV系統，所述PV系統包括PV組件和多個遮板。PV組 件可以包括導電背板、基本透明的前板、多個PV電池、多個導電間隔件和功率變換設備。PV 電池可以配置於導電背板與前板之間。另外，PV電池可以配置在多個行中，每個行中的PV 電池並聯連接，並且行串聯連接。間隔件可以插入於PV電池之間，並且可以包括頂部間隔 件和底部間隔件。頂部間隔件可以將頂部行與導電背板互連。功率變換設備可以經由底部 間隔件而冗餘連接至底部行並連接至導電背板以形成完整電路。遮板可以配置於間隔件和 前板上方，並且可以將入射到遮板上的太陽輻射反射到PV電池上。本發明其它的特徵和優點將在以下的說明中闡述，其一部分特徵和優點從說明書 可以明了，或者可通過實施發明而了解。通過特別是在所附權利要求中所指出的手段和組 合，可以實現和獲得可本發明的特徵和優點。本發明的這些和其它的特徵從以下的描述將 更加清楚，或通過如下文闡述而實施發明來了解。


為了進一步闡明本發明的以上和其它的優點及特點，將參考附圖所示的具體實施 例來對本發明進行更具體的描述。應意識到，這些附圖僅描述本發明的代表性實施例，不應 認為是對本發明範圍的限制。通過使用附圖，本發明將被描述並解釋得更加具體和詳細。圖1A和1B公開了可以包括非均勻光照的兩個示例性操作環境；圖1C是表示接收非均勻光照的各種PV組件的性能的圖；圖1D公開了不同的示例性非均勻光照條件；圖2A至2E公開了可以包括冗餘連接的功率變換設備的示例性PV組件的方面；圖3公開了 PV電池或PV組件的示例性IV曲線和PV曲線；圖4A至4B公開了可以包括在功率變換設備中並能夠從外部連接的正極端子和接 地端子的實例；圖5A至5B公開了可以包括冗餘連接的功率變換設備和多個旁路二極體的示例PV 組件的方面；圖6A和6B是各種PV組件在非均勻光照下的的性能的圖；圖7公開了可以包括冗餘連接的功率變換設備和有源行平衡設備的示例性PV組 件的方面；圖8公開了可以包括冗餘連接的功率變換設備和梯形形狀的PV電池的示例性PV 組件的方面；圖9A至9D公開了各種全填裝和稀疏填裝的PV組件；圖10公開了示例性的全填裝PV組件；以及圖11A至11D公開了操作過程中的各種PV系統結構和相應的熱曲線。
具體實施例方式本發明的實施例總體上涉及能夠在非均勻光照條件下操作的PV組件。一些示例 實施例可以包括具有多個PV電池行的PV組件。每行中的PV電池可以彼此並聯連接，而行 可以彼此串聯連接。PV組件還可以包括冗餘地串聯連接至PV電池陣列的功率變換設備。 功率變換設備可以為PV電池陣列提供功率調節。本發明的原理可以允許文中公開的PV組 件實施例在高度地非均勻光照條件下操作，而基本不會限制PV組件的輸出功率。I.示例性操作環境現在將參考附圖描述本發明示例性實施例的各個方面。要理解的是，附圖是示例 性實施例的概括性和示意性的圖，而並非限制本發明，並且也不是按比例繪製的。首先參見圖1A，圖1A公開了示出一年中三個不同時段102、104、106的操作環境 100的一個實例，所述操作環境100可包括非均勻光照條件。時段102、104、106中的每個可 以分別對應於夏季、春季和冬季。替代地或附加地，時段104可以對應於秋季。操作環境100可以包括北半球或南半球中實際上不位於赤道的任何地點。在文中 所描述的此實施例或其它實施例中，假設地點位於北半球。然而，本發明的實施例的原理同 樣也適用於南半球。由於穿過北極和南極的地軸相對於地球關於太陽的軌道平面是傾斜的，例如不是 垂直的，因此在地球上的某位置處的來自太陽的入射光線的角度隨著季節的變化而變化。 相應地，夏季時段102中的入射光線108與冬季時段106中的入射光線110相比總體上從 空中更加直接到達地球。注意，如文中所用，術語光線廣義地解釋為可以由PV電池轉換為 電能的任何種類的電磁輻射，諸如包括可見光和紅外(「IR」)輻射的太陽輻射。根據本發明的實施例，操作環境100可以包括結構112，結構112包含一個或更多 個反射材料114以及一個或更多個PV組件116。反射材料114和PV組件116可以配置於 結構112的牆壁中。在一些實施例中，結構112可以包括具有配置有反射材料114和PV組 件116並具有一個或更多個牆壁或其它表面的建築物。在此實例中，反射材料114可以包括玻璃窗，該玻璃窗被處理以根據輻射的波長 而有區別地過濾太陽輻射。例如，反射材料114可以允許以可見光形式的太陽輻射或具有 約380nm至約750nm的波長的輻射穿透反射材料114，而將IR輻射形式的太陽輻射或具有 約750nm至約1mm的波長的輻射反射。在一些情況下，反射的輻射可以作用於PV組件116。 相應地，在一些實施例中，反射材料114可以允許可見光穿透反射材料114，而將IR輻射反 射到PV組件116上。在本發明的其它實施例中，結構112可包括牆壁、一個或更多個柱體、或一些其它 結構。替代地或附加地，反射材料114可以配置為反射全部或部分入射太陽輻射，並且可以 包括除處理過的玻璃以外的反射材料，例如鋁材、金屬薄板、白巖、雪、冰、水等。在北半球的安裝地點，PV組件116可以安裝在結構112的總體上朝南的牆壁上。 替代地，在南半球的安裝地點，PV組件116可以安裝在結構112總體上朝北的牆壁上。另外，PV組件116可以安裝在對準或未對準太陽的方向上。具體而言，在兩個方 向中，都可以以相對於水平參考平面118成角度e來安裝PV組件116。在對準太陽的方 向(「對準方向」)上，角度e的值可以大致為安裝地點的緯度的士3度的範圍內。然而， 在未對準太陽的方向(「非對準方向」)上，角度e的值比安裝地點的緯度至少大3度，或比安裝地點的緯度至少小3度。根據本發明的一些實施例，PV組件116可以配置為在非均勻光照條件下操作。注 意，如文中所用，術語「非均勻光照條件」廣義地解釋為既包括事實上的非均勻光照條件，也 包括實質上的非均勻光照條件。「事實上的非均勻光照條件」包括的例子是PV組件116中的一個或更多個PV電 池比PV組件116中其它的一個或更多個PV電池接收更大或更小強度的光照。例如，鳥類 的排洩物、雪和/或其它雜物可聚集在PV組件116的正面上，使得雜物所覆蓋的區域部分 地或完全地阻擋接收光照。在此情況下，未被雜物覆蓋的PV電池的光照強度總體上會大於 被雜物所覆蓋的PV電池的光照強度。作為另一個實例，一個或更多個物體可暫時或永久地置於太陽和PV組件116之 間，使得所述物體在PV組件116的PV電池中的一個或更多個但非全部的電池上投射陰影。 這種物體可以包括在日間的某個時間位於太陽與PV組件116之間的鳥類和其它動物、樹 木、建築物和/或結構112自身的建築或其它的物體。在此實例中，被遮蔽的PV電池總體 上會曝露在比直接曝露於太陽的PV電池的光照強度更低強度的光照下。作為又一個實例，在一些實施例中，在PV組件116的某些區域上可以比PV組件 116的其它區域聚集更多的反射光照。例如，反射材料114可以將反射的IR和/或其它輻 射聚集到PV組件116的第一組PV電池上，而不聚集到PV組件116的第二組PV電池上。在 此情況下，第一組PV電池和第二組PV電池均可以接收來自太陽的直接輻射，而將反射輻射 附加到第一組PV電池上，致使第一組PV電池上的光照強度增加。另外，在一些實施例中， 根據入射輻射的入射角度，接收來自反射材料114的反射輻射的第一組PV電池可以在整日 和/或整年間變化。「實質上的非均勻光照條件」包括的例子是即使光照事實上是基本均勻的，但PV 組件116中的一個或更多個PV電池表現為如同它們比其它的一個或更多個PV電池接收更 大或更小強度的光照一樣。例如，由於諸如互連失效的製造缺陷或其它問題，PV組件116中 的一個或更多個可以是性能不佳的PV電池和/或可以在PV組件116的操作期間失效。在 此實例中，性能不佳和/或失效的PV電池如同比周圍的PV電池接受了更低強度的光照那 樣來操作。照此，PV組件116中性能不佳和/或失效的電池的存在可被看作是實質上的非 均勻光照條件。下面參見圖1B，圖IB公開了可能包括非均勻光照條件的另一個操作環境120的實 例。操作環境120可以包括表面122，PV組件124以及一個或更多個反射材料126可以配 置於表面122之上。PV組件124可以包括PV電池的多個行，這些行在PV組件124中相對 於表面122基本垂直地布置。表面122可以包括安裝地點的地面或一些其它表面。在一些實施例中，反射材料126可以包括約6英尺乘6英尺的方形的鋁化包裝材 料，這種鋁化包裝材料可以是高度皺褶的或展平的。替代地或附加地，在一些實施例中，反 射材料126可以包括約1英寸乘6英尺的8個未拋光鋁條。在其它的實施例中，反射材料 126可以包括鋁(包括拋光的鋁或未拋光的鋁)、金屬薄板、接合至諸如鋁等基底的高反射 率的金屬基膜或折射率交替層合膜、巖石、冰、雪、水等材料。另外，反射材料126可以具有 除6英尺乘6英尺的方形或者1英寸乘6英尺的尺寸以外的尺寸。PV組件124可以安裝至或倚靠在建築物或諸如圍牆的其它物體的側面。另外，根據本發明的實施例，PV組件124可以配置為在非均勻光照條件下進行操作。PV組件124可 以直接接收來自太陽的太陽輻射，或者接收首先由反射材料126或一些其它物體反射的太 陽輻射。從反射材料126反射到PV組件124上的太陽輻射的反射可以導致對PV組件124 的光照不均勻。例如，當反射材料126包括高度皺褶的鋁化包裝材料時，皺褶可將反射的輻 射聚集到PV組件124的特定區域上。圖IC是在諸如可能存在於圖IB的操作環境120中的非均勻光照條件下，PV組件 124相比於現有技術的PV組件的性能的圖。曲線128包括PV組件124的數據，曲線130包 括現有技術的PV組件的數據，曲線132是曲線128與曲線130之比。圖IC的X軸表示日 間的時間，從2008年11月21日大約下午12:00開始，並在大約下午2:24結束。左Y軸表 示PV組件124和現有技術的PV組件的短路電流Jsc隨時間的函數。右Y軸表示PV組件 124與現有技術的PV組件的Jsc之比。在圖IC的實例中，PV組件124和現有技術的PV組件中的每一個並排地靠著牆壁 放置，使每一個都可以接收直接來自太陽的基本均勻的輻射，包括光線134。在時間T1或 大約下午12:10，包括6英尺乘6英尺的高度皺褶鍍鋁包裝材料的反射材料126放置在PV 組件124前方的地面上。在時間T2或大約下午12:38，包括約1英寸乘6英尺的8個未拋 光鋁條的額外的反射材料126也放置在PV組件124前方的地面上。在時間T3或大約下午 1:55，反射材料126移至現有技術的PV組件前方的位置。反射材料126允許PV組件124 或現有技術的PV組件接收來自反射材料126的包括反射光線136的非均勻反射光照。在時間T1之前，當PV組件124和反射材料126都只是暴露於直接來自太陽的均 勻輻射時，PV組件124比現有技術的PV組件產生略微大的Jsc，Jsc之比約是1. 044。從 T1至約T3,當PV組件124接收來自反射材料126的額外的非均勻光照，而現有技術的PV組 件僅僅接收來自太陽的均勻輻射時，Jsc之比為約1. 05至約1. 25。在T3以後，當PV組件 124僅僅接收來自太陽的均勻光照，而現有技術的PV組件接收來自反射材料的額外的非均 勻光照時，Jsc之比又下降到約1. 04。因此，從T1到T3，PV組件124上的非均勻光照的存在實際上增大了 PV組件124的 效率，而在T3之後，現有技術的PV組件上非均勻光照的存在對現有技術的PV組件的影響很小。圖ID公開PV組件140在標記為142、144、146、148、150和152的6個非均勻光照 條件下的主視圖。如圖所示，在非均勻光照條件142至152的每個中，PV組件140可包括 總體上布置成行156和列158的多個PV電池154。圖ID中公開的非均勻光照條件142至 152僅旨在說明非均勻光照條件的一些實例，不應將其解釋為限制本發明。II.光伏組件的第一實例下面參見圖2A至2C，公開了 PV組件200的第一實例，PV組件200可以對應於圖 IA至ID的PV組件116、124、140。圖2A至2C分別以簡化形式示出PV組件200的主視圖、 剖面圖和側視圖。首先參見圖2A，PV組件200可以包括前板202 ；配置於前板202下方的 多個PV電池204，多個PV電池可以布置成行206和列208 ；多個間隔件210，在所述多個間 隔件210間互連有行206 ；以及背板212。另外參見圖2B和2C，PV組件200還可以包括粘合層214，配置於前板202與PV 電池204的行206之間；緩衝層216，配置於PV電池204的行206與背板212之間；以及功率變換設備218，經由PV組件200底部的底部間隔件2IOA而冗餘地串聯連接至行206。前板202可以包括對太陽輻射基本透明的諸如玻璃、塑料等的基板，在PV組件200 的製造過程中，PV組件200的其它層可生長在或配置於所述基板上。前板202可保護PV電 池204免受由例如水汽、風等的環境因素而導致的破壞。前板202對於太陽輻射基本透明 的性質可以允許光線穿透前板202並作用在PV電池204上。替代地或附加地，前板202可 向PV電池204提供結構支撐。在一些實施例中，前板202可以用長度1 (圖2A)、寬度w (圖2A)和厚度t (圖2B) 來表徵。長度1、寬度w和厚度t可以分別為約1830. 5mm、947mm和3. 2mm。替代地或附加 地，長度1、寬度w和厚度t可以分別大於或小於1830. 5mm、947mm和3. 2mm。粘合層214可以配置為將前板202固定於PV電池204。另外，粘合層214可以包 括乙烯-醋酸乙烯酯(「EVA」)或其它合適的粘合劑。在一些實施例中，粘合層214的厚度 可為2至4密耳，或在其它實施例中大於或小於2至4密耳。粘合層214可對太陽輻射基 本透明，以允許光線到達PV電池204。替代地或附加地，可處理粘合層214以基本防止紫外 線(「UV」 )破壞粘合層214和/或使粘合層214發黃。緩衝層216可以配置為將背板212固定於PV電池204，並且將PV電池204與背 板212電絕緣。因此，緩衝層216可以包括諸如EVA的粘合劑、諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯 (「PET」)的電絕緣材料等或這些粘合劑和電絕緣材料的任意組合。在一些實施例中，緩衝 層216的厚度可以為約3密耳，或者大於或小於3密耳。一般而言，PV電池204可以通過光伏效應將太陽能轉化為電能。在一些實施例中， 給定行206中的所有PV電池204彼此並聯連接，而行206彼此串聯連接。本發明中PV電 池204可一起稱作「PV電池陣列204」。PV電池204的每個可以包括單晶太陽能電池或多晶太陽能電池。替代地或附加 地，作為對單個電池204的替代，諸如非晶矽或CIGS的PV材料條可以在PV組件200中實 現。PV電池204或在PV組件200中實現的其它PV材料可以包括矽、銅、銦、鎵、硒化物等或 它們的任意組合。每個行206和每個列208可以分別包括7個或15個PV電池204，或者多於或少 於7個或15個PV電池204。相應地，在一些實施例中，PV組件200可以包括105個PV電 池204，或者多於或少於105個PV電池204。另外，PV電池204的每個可以配置為單獨產 生約0. 6伏的電壓以及隨光照強度而變化的電流，但在1太陽的光照下電流可以為2. 5至 10安之間的任意值。利用在每個行206中並聯連接的PV電池204和串聯連接的行206，PV 電池陣列204可以產生約9伏的電壓以及隨光照強度變化的電流，但在一些實施例中，在1 太陽光照下此電流可以為25至60安之間的任意值。替代地或附加地，PV電池陣列204可 以產生3至12伏的電壓以及小於25安或大於60安的電流。在本發明的一些實施例中，PV組件200的上述配置可以允許在有阻塞的PV電池 204或阻塞的行206的情況下實現PV組件200而不需要用於PV電池204的旁路二極體或 其它保護設備。具體而言，任何PV電池204兩端的最大電壓可以小於10伏，例如上述的9 伏。在此情況下，如果行206中的一行阻塞，例如阻塞是由阻塞的行中的一個或更多個有故 障的PV電池204導致的或由在阻塞的行上的非均勻光照導致的，則9伏的最大值在阻塞的 行206兩端消耗。然而，PV組件200中實現的PV電池204 —般可以承受經PV電池204消耗的9伏電壓。相比而言，在現有技術的PV組件中，PV電池可以串聯連接為20個或更多個PV電 池的串。因此，現有技術的PV組件中的PV電池兩端的最大電壓可高達600伏，這會對損害 阻斷的PV電池。由此，一些現有技術的PV組件需要旁路二極體和/或其它保護設備以使 電能繞過阻塞的PV電池，從而避免阻斷的PV電池受到破壞。此外，旁路二極體正確操作的 失效可能引起因PV電池失效而導致的火災。A.間隔件參見圖2A至2C，在一些實施例中，間隔件210的每個可以包括形成為固體條的、諸 如鋁、銅等的導電材料。在一些實施例中，每個間隔件210可以為約2至8密耳厚、62. 5mm 寬以及888mm長，和/或可以具有與所述尺寸不同的尺寸。在一些實例中，間隔件210可 以包括放置在末行206之後的底部間隔件210A和/或放置在首行206之前的頂部間隔件 210B，底部間隔件210A和頂部間隔件210B比放置在它們之間的其它間隔件210短。在一些情況下，可以衝壓、刻蝕或圖案化間隔件210以在每個間隔件210中形成各 向異性的導電性。間隔件210中各向異性的導電性可以允許根據期望的應用以預定方式來 控制和管理在行206之間流動的電流。在一些實施例中，間隔件210可以實現為PV電池204的相鄰的行206之間的電互 連線。例如，圖2D圖示相鄰的行206中的兩個PV電池204A和204B以及它們之間互連和 插入的間隔件210C的剖面圖。如圖所示，PV電池204A的正極端子可以經由母線條220A 耦合至間隔件210C，而PV電池204B的負極端子可以經由母線條220B耦合至間隔件210C。 每個行206中的所有PV電池204都可以類似地耦合至間隔件210，其中，給定行206中的每 個PV電池204的正極端子耦合至與行206相鄰的一個間隔件210，行206中的每個PV電池 204的負極端子耦合至其它相鄰的間隔件210，使得行206中的所有PV電池204經由在行 206相鄰側的兩個間隔件210而彼此並聯連接。任選地，可以布置耦合至每個間隔件210的 母線條220A和220B (統稱為「母線條220」)使得母線條220耦合至間隔件210的背面。任選地，間隔件210可以具有塗覆於間隔件210的正面或塗覆於間隔件210的正 面和背面的發射塗層。發射塗層可具有大於0. 6的發射率，以使間隔件210能夠輔助PV組 件200的熱管理。例如，由於間隔件210靠近PV電池204，由PV電池204產生的熱量可以 傳導性地從PV電池204傳遞至間隔件210，於是塗覆於間隔件210的發射塗層可以允許間 隔件210有效地將熱量從PV組件200輻射出去。發射塗層可以包括黑色陽極化塗層、黑漆 塗層、層合黑色PET塗層，或帶有深色顏料或填充材料的有機塗層，或者它們的任意組合。從圖2A可見，間隔件210A和210B中的一個或更多個可以延伸到背板212的底部 邊緣和頂部邊緣以外。更具體地，底部間隔件210A可以在負y方向上延伸到背板212的底 部邊緣以外，並且/或者頂部間隔件210B可以沿正y方向延伸到背板212的頂部邊緣以夕卜。 在一些實施例中，功率變換設備218可以經由底部間隔件210A延伸到背板212以外的部分 而冗餘地耦合至底部間隔件210A。替代地或附加地，背板212可經由功率變換設備218耦 合至底部間隔件210A並且直接耦合至頂部間隔件210B以形成用於PV電池陣列204電流 迴路。在此實施例和其它實施例中，頂部行206A可經由頂部間隔件210B直接電連接至背 板212，而底部行206B可經由功率變換設備218電連接至背板212。從圖2B可見，底部間隔件210A延伸到背板212的底部邊緣之外的部分的剖面圖。如從圖2B可見，底部間隔件210A延伸到背板212的底部邊緣之外的部分可以包括形成在 底部間隔件210A中並將底部間隔件210A和行206串聯互連至功率變換設備218的應力緩 解摺疊件222。在PV組件200的操作中，PV組件200的溫度可以在某個溫度範圍內變化。 溫度變化可以導致前板202在一些情況下彎曲，這會對粘合劑和將功率變換設備218耦合 至PV組件200的其餘部分的其它部件施加應變。然而，應力緩解摺疊件222通過在需要時 彎曲和/或屈曲來適應前板202的彎曲，可以基本減少和/或消除功率變換設備218與PV 組件200的接合處的應變。通過彎曲或摺疊底部間隔件210A，可以在底部間隔件210A中形 成應力緩解摺疊件222，並且/或者應力緩解摺疊件222可以包括底部間隔件210A與功率 變換設備218之間的焊接的或鉗緊的互連。替代地或附加地，間隔件210中的一個或更多個可以延伸到背板212的側部邊緣 以外。例如，間隔件210中除底部間隔件210A和頂部間隔件210B以外的每個間隔件可以 沿正χ方向延伸到背板212的側部邊緣以外。在一些實施例中，諸如多個旁路二極體和有 源行平衡(active row-balancing)設備等的一個或更多個電子設備可以經由每一個間隔 件210沿正χ方向延伸到背板212以外的部分而耦合至間隔件210。B.背板在一些實施例中，PV電池204可以密封在包括前板202和背板212的保護外殼內。 保護外殼可以操作以基本上防止PV電池204曝露於水汽和/或其它環境因素。任選地，如 圖2B所示，保護外殼還可以包括密封劑材料224，所述密封劑材料224沿著背板212的底部 邊緣處於背板212與底部間隔件210A之間。密封劑材料224可以在背板212與底部間隔 件210A之間形成密封，並且可以將背板212與底部間隔件210A電絕緣。在一些實施例中， 密封劑材料224可以包括丙烯酸基泡沫帶、太陽能封邊帶(solar edge tape)或其它合適 的材料。如以上已描述的，背板212可以實現為形成用於PV電池204的電流回流路徑。更 具體地，背板212可以經由頂部間隔件210B耦合至頂部行206A，並且經由間隔件210A和功 率變換設備218耦合至底部行206B，以形成用於PV電池204的電流回流路徑。因此，在一 些實施例中，背板212可以包括具有導電材料的薄板，包括鋁、銅、金屬薄板、不鏽鋼或其它 合適的材料中的一種或更多種。替代地或附加地，背板212可以為約2至8密耳厚，並具有 足夠的寬度和長度來覆蓋所有的PV電池204。替代地或附加地，背板212的寬度和長度的 尺寸可以允許間隔件210中的一個或更多個的至少一些部分延伸到背板212的頂部邊緣、 底部邊緣或側部邊緣中的一個或更多個之外。在本發明的一些實施例中，背板212的背面，例如背板212的負ζ —側，可以具有 至少0.6或更高的高發射率。經由塗覆於背板212背面的發射塗層可以提供高發射率。在 此實例中，背板212可以操作以將由PV電池204產生的熱量從PV組件200的背面輻射開 並且/或者使聚集在PV組件200前面的雪和/或冰融化。例如，參見圖2Β，在諸如夏季的時間及其它時間，由PV電池204的行206產生的熱 量可以從PV電池204的行206傳導性地傳遞至背板212。當背板212的背面為高發射性 時，熱量又可以經由背板212上的高發射塗層從PV組件200和背板212的背面輻射出去。在諸如冬季的時間及其它時間，雪和/冰可以聚集在PV組件200的前面和PV組 件200下方區域及附近區域。在此情況下，在PV組件200上聚集的雪和冰會阻擋PV組件200的全部或一部分的光照。然而，雖然雪和冰可以將大量光線反射，但是PV組件200下方 區域及附近區域的雪和/冰可以朝著背板212的背面反射至少一些光線。作用到背板212 上的反射光線的能量可以被吸收作為能夠從背板212傳導性地傳遞至前板202和PV電池 204的行206的熱量，最終使PV組件200前面的雪和/冰融化。如圖2B所示，背板212可以包括形成在背板212的底部邊緣並將背板212與功率 變換設備218互連的應力緩解摺疊件226。如以上關於底部間隔件210A的應力緩解摺疊 件222的描述，在操作中，PV組件200的溫度會在一定溫度範圍內變化，這種溫度變化可以 導致前板202在一些情況下不定地彎曲。前板202的彎曲可以使粘合劑和將功率變換設備 218耦合至PV組件200的其餘部分的其它部件發生應變。然而，背板212的應力緩解摺疊 件226通過在需要時彎曲和/或屈曲來適應前板202的彎曲，可以基本上減少和/或消除 功率變換設備218與PV組件200的接合處的應變。通過彎折和/或摺疊背板212，可以在 背板212中形成應力緩解摺疊件226，並且/或者應力緩解摺疊件226可以包括背板212與 功率變換設備218之間的焊接的或鉗緊的互連。如以下將更加詳細描述的，PV組件200可以包括背板212和功率變換設備218之 間的機械連接、電接地連接和/或熱連接。機械連接、電接地連接和/或熱連接可以包括以 下中的一個或更多個結構帶、電連接帶、熱傳導矽密封劑、背板212的應力緩解摺疊件226 與功率變換設備218之間的直接機械接觸、機械緊固件等，或它們的任意組合。C.功率變換設備功率變換設備218的一些方面公開於圖2B、2C和2E中。如圖所示，功率變換設備 218可以包括印刷電路板(「PCB」)228、一個或更多個功率變換電路230 (圖2C)和第一外 殼232。替代地或附加地，功率變換設備218可以包括第一連接件234以及與第一連接件 234互補的第二連接件236。在本發明的一些實施例中，功率變換電路230可以由PV電池 陣列204輸出的電能來供電。1.印刷電路板PCB 228可以具有891讓的長度Ipeb，或者長度Ipeb可以大於或小於891讓。PCB 228還可以具有為PCB 228的長度Ipeb的20分之一至40分之一量級的寬度wp。b，使得PCB 228的長寬比在20 1至40 1之間。替代地或附加地，PCB 228的寬度Wpeb可以大於長 度Ipeb的20分之一，或小於長度Ipeb的40分之一，使得PCB 228的長寬比小於20 1或大 於 40 1。在一些實施例中，PCB 228的尺寸和20 1至40 1的比例可以允許沿著PV組 件200的邊緣例如沿著PV組件200的底部邊緣安裝PCB 228，允許PCB 228冗餘地連接至 底部間隔件2IOA或連接至PV電池陣列204與PCB228之間的一些其它電互連。替代地或 附加地，PCB 228沿著PV組件200底部邊緣的安裝可以允許PCB 228直接連接至底部間隔 件2IOA而不必使用飛線。PCB 228可以基本與背板212正交地放置。替代地或附加地，PCB 228可以與背板 212大致平行地放置。儘管圖2B至2C未示出，PCB 228可以包括一個或更多個控制模塊，諸如數字控制 器、微控制器、處理器、微處理器等，所述控制模塊可以配置於PCB 228上，並且可以配置為 控制功率變換電路230的操作。替代地或附加地，每個功率變換電路230可以包括控制模塊。在一些實施例中，控制模塊可以經由形成於PCB 228中的數字引線238而彼此連接或 與功率變換電路230連接。數字引線238可以包括差分的或單端的數字引線。PCB 228可以另外包括多個電源引線240A、240B，所述電源引線240A、240B包括供 應線電源引線240A和零線電源引線240B。替代地或附加地，供應線電源引線240A和/或 零線電源引線240B可以用於承載通信，減少可以實現在第一連接件234和第二連接件236 中的互連線的數量。替代地或附加地，供應線電源引線240A和/或零線電源引線240B的 每個可以包括單一總線或冗餘總線。2.功率變換電路PCB 228可以包括安裝在PCB 228上的功率變換電路230。功率變換設備218可 以包括12個功率變換電路230，或根據期望的應用而包括大於或小於12個功率變換電路 230。在本發明的一些實施例中，功率變換電路230中的每個可以包括相對便宜的消費 電子設備。如文中所用，「消費電子設備」指的是製造的數以百萬計或更多的電子設備、電路 和部件，其中電子設備、電路或部件的大量生產使電子設備、電路或部件的成本下降到眾多 消費者認為可負擔的水平。例如，消費電子設備包括手機、mp3播放器以及其他手持電子設 備，也包括電容器、電感器、電晶體和其它包括在手持設備中的其它元件。眾多消費電子設備的一個特徵是它們以小於100瓦的功率進行操作。在一些實 施例中，在100%輸出時，功率變換電路230中的每個可以配置為輸出約25瓦的功率。替代 地或附加地，在諸如功率變換電路230中的一個或更多個失效或斷開的一些情況下，功率 變換電路230中的每個可以配置為輸出高達50瓦的功率。因此，功率變換設備218可以包 括一個或更多個冗餘的功率變換電路230，允許功率變換設備218有時使用比全部功率變 換電路230少的功率變換電路來操作。眾多消費電子設備的另一個特點是由於它們較小的功率輸出和較小的尺寸，可 以相對較高頻地開關它們。如上所述，功率變換設備218可以冗餘地連接至PV組件200。具體而言，通過將功 率變換電路230的每個經由背板212接地，並在每個功率變換電路230與底部間隔件210A 之間提供單獨的連接，功率變換設備218可以冗餘地連接至PV組件200。每個功率變換電 路230與底部間隔件210A之間的單獨連接可包括以下中的一個或更多個在PCB 228中 形成的跡線、引線、和/或焊接焊盤、底部間隔件210A的應力緩解摺疊件222、將形成於PCB 228中的跡線/引線/焊接焊盤互連至應力緩解摺疊件222的焊料等，或它們的任意組合。功率變換設備218對PV組件200的冗餘連接以及對一個或更多個冗餘功率變換 電路230的包含可以允許功率變換設備218每次使用比所有功率變換電路少的功率變換電 路來操作。例如，結合圖2A和圖2C，在操作中，電流可以經由PV電池204和多個間隔件210 從PV電池204的頂部行206A流至底部間隔件210A。在底部間隔件210A，電流可以被等分 且由功率變換電路230接收，功率變換電路230的每個單獨地連接至底部間隔件210A。替代地或附加地，至少有一個功率變換電路230A可以包含失效或斷開的功率變 換電路230A。在此情況下，由功率變換電路230A正常接收的電流可以沿負χ方向流經底部 間隔件210Α，由功率變換電路230B、230C或其它功率變換電路230接收。功率變換電路230可以配置為對PV電池204產生的電功率進行功率調節。如文中所用，「功率調節」可以包括電壓變換、保持由PV電池204共同產生的供電的峰值功率和 /或減少在功率變換設備218的輸入和輸出處的電流紋波。功率變換電路230可以對由PV電池204產生的供電進行電壓變換，以便產生適合 於長距離傳輸的經調節的輸出功率，所述經調節的輸出功率具有相對較高的電壓和較低的 電流。例如，PV電池204可產生8伏、25安的200瓦直流(「DC」)電。在缺少功率變換電 路230的情況下，這種供電的長距離傳輸可能成本過高，因為這可能需要相對較大因而價 格昂貴的導線。然而，PV電池204的200瓦輸出可以在例如5個功率變換電路230中分配，使5個 功率變換電路230的每個可接收8伏、5安的40瓦DC電。另外，功率變換電路230的每個 可以配置為將DC供電的電壓和電流變換為較高的電壓和較低的電流。例如，此實例的5個 功率變換電路230的每個能夠將單個40瓦的供電變換為54伏、0. 74安。然後，5個功率變 換電路230中每一個的54伏、0. 74安的輸出可以輸出至供應線電源引線240A，在電源引線 240A處它們合併成54伏、3. 7安的200瓦的供電，從而允許200瓦的DC供電經由比8伏、 25安的200瓦的DC供電所要的導線相對更小且不太昂貴的導線來長距離地傳輸。在本發明的其它實施例中，功率變換電路230可以將電壓升到低至12伏或高達60 伏的電壓。替代地或附加地，功率變換電路230的每個可以配置為在檢測到中斷並且功率 變換電路230斷開之後釋放小於2焦耳的能量。功率變換電路230的每個可以包括升壓型DC-DC變換器，所述升壓型DC-DC變換 器的輸出DC電壓大於其輸入DC電壓。升壓型DC-DC變換器的實例包括升壓變換器、降 壓-升壓變換器、SEPIC變換器和丘克(0uk)變換器。替代地或附加地，功率變換電路230 可以包括現在已知的或今後開發的其它升壓型DC-DC變換器。圖2E公開了實現為升壓變換器的功率變換電路230A的一個實例。功率變換電路 230A可對應於圖2C的功率變換電路230。功率變換電路230A可以包括圖2E中未示出的 一個或更多個諸如用於熔斷、保險和/或其它目的部件，然而為了清晰表述而並未在圖2E 中示出這樣的元件。而且，功率變換電路230A僅僅是根據本發明的實施例採用的一種升壓 DC-DC變換器的實例，並且不應當以任何方式解釋為限制本發明。事實上，本發明的實施例 包括可以配置為與功率變換電路230A不同的升壓DC-DC變換器。如圖2E所示，功率變換電路230A可以包括輸入端241、耦合至輸入端241和地線 243的電容器242、耦合至輸入端241和電容器242的電感器244、耦合至電感器244的開關 246、耦合至電感器244和開關246的二極體247、耦合至二極體247的輸出端248、耦合至 開關246的控制線250以及耦合在功率變換電路230A與地線243之間的一個或更多個測 量電路252。結合圖2A和2E，輸入端241可以經由底部間隔件210A耦合至PV電池204的底部 行206B。輸出端248可以耦合至與圖2C的供應線電源引線相對應的供電母線(未示出)。 控制線250可以耦合至包括在功率變換電路230A中和/或在兩個或更多個功率變換電路 230之間共用的控制模塊(未示出)。在一些實施例中，控制模塊可以向控制功率變換電路 230A的開關頻率和/或佔空比的開關246提供脈衝寬度調製(「PWM」)控制信號。替代地 或附加地，PWM控制信號可以控制功率變換電路230A相對於其它功率變換電路230的相位 調整的相位調整。替代地或附加地，PWM控制信號可以由置於功率變換電路230A外部的功
15率變換設備218內的晶體振蕩器(未示出)產生。在一些情況下，功率變換設備218可以 包括多個晶體振蕩器，每個晶體振蕩器用於一個功率變換電路230。開關246可以包括場效應電晶體(「FET」)、金屬氧化物半導體FET( 「M0SFET」)、 絕緣柵雙極電晶體(「IGBT」)、雙極結型電晶體(「BJT」)或其它合適的開關。二極體247 可以包括肖特基整流器或其它合適的二極體。測量電路252可以包括一個或更多個電阻器，並且可以用於測量功率變換電路 230A的某些操作參數。例如，測量電路252可以測量電感器244中每開關周期的最大電流 累積以保持最大峰值功率。替代地或附加地，測量電路252可以測量電感器244的充電速 率、功率變換電路230A的輸入電壓、功率變換電路230A的輸出電壓等或它們的任意組合。在操作中，功率變換電路230A可以在輸入端241處接收PV電池陣列204所產生 的一部分未調節的電能，並且可以通過開關246自身的接通和斷開而將接收到的一部分未 調節的電能的電壓升壓。在接通狀態，開關246閉合使得流經電感244的電流增加並且經 由開關246和測量電路252返回地243。在斷開狀態，開關246斷開使得流經電感244的電 流減少，電流經由二極體247和輸出端248流至供電母線226。在功率變換電路230A的接通狀態下，輸出端248處的電壓可以約為0伏。在斷開 狀態下，輸出端248處的電壓取決於流經電感244的電流的變化速率，而非取決於輸入端 241處的輸入電壓。流經電感244的電流的變化速率又可以取決於電感244的電感值。因 此，輸出端248處的升壓電壓可以取決於電感244的電感值。替代地或附加地，輸出端248 處的升壓電壓可以取決於開關246的開關頻率和/或開關246的佔空比。通過在連續模式下使功率變換電路230A循環接通和斷開，例如，流經電感的電流 從不會達到0安，功率變換電路230A可以在輸出端248處產生經調節的電能，例如具有升 壓電壓的電能。在此實施例和其它實施例中，開關246可以經由控制線250來操作。具有而言，控 制模塊可直接或經由柵極驅動間接地通過控制線250發送信號，從而以期望的頻率和佔空 比使開關246開路和閉合。由於功率變換電路230A的升壓電壓和阻抗的每個都取決於開 關過程的頻率和佔空比，因此控制開關246的控制模塊可以將頻率和/或佔空比設置為預 定的頻率和/或佔空比，以優化功率變換電路230A的升壓電壓和阻抗。在一些情況下，開關246的開路和閉合會產生電磁幹擾(「EMI」)。EMI的頻率可 以取決於開關246的開關頻率。美國聯邦通訊委員會(「FCC」)和/或其它機構可能會對 處於任何特定EMI頻率的容許EMI峰值能量設置限制。為了避免超出這樣的限制，功率變 換電路230A，更具體而言為開關246，可以以擴展頻譜的頻率操作，使得由EMI產生的能量 分布於某個頻率範圍內，而非聚集在任何特定的頻率上。繼續參考圖2A和2E，在一些實施例中，流經電感244的不斷增加和減少的電流可 以導致功率變換電路230A的輸入電流和/或輸出電流的幅值周期性變化。這些在電流幅 值上的周期性變化也是已知的電流紋波。在功率變換電路230A的輸入端處的電流紋波可 以導致功率變換電路230A的阻抗根據電流紋波而變化，使得功率變換電路230A難於保持 最大峰值功率。在功率變換電路230A的輸出端處的電流紋波可以產生可能對耦合至電源 的負載有負面影響的噪聲電源。然而，通過功率變換電路230彼此異相操作，可以在整體上基本減少在功率變換
16設備218的輸入端和輸出端處的電流紋波。當功率變換電路230異相操作時，功率變換電 路230中的一個的電流紋波幅值可以增加，而功率變換電路230中的另一個的電流紋波幅 值可以減少。功率變換電路230的異相操作的累積作用可以在整體上將功率變換設備218 的輸入端和輸出端處的電流紋波平均化。如上所述，測量電路252可以測量功率變換電路230A的一個或更多個操作參數。 測量電路252可以包括一個或更多個阻性電路，所述阻性電路將一個或更多個模數變換器 (「ADC」)耦合至功率變換電路230A上的不同點，以便測量功率變換電路230A的不同的操 作參數。測量的操作參數可包括以下中的一個或更多個功率變換電路230A的輸入電壓、 流經電感器244的電流、電感器244中每開關周期的最大電流累積、電感器244的充電速 率、功率變換電路230A的升壓輸出電壓等或它們的任意組合。每個功率變換電路230、230A—般可以配置為將3至12伏的輸入電壓輸出為12 至60伏之間的逐步升壓電壓。逐步升壓電壓可以由包括在功率變換設備218中的一個或 更多個控制模塊調節為特定的電壓，所述特定的電壓可以與由功率變換設備218的經調節 的功率輸出所驅動的負載的負載電壓相匹配。例如，通常與PV組件結合使用的12伏電池組可以放置於距PV組件距離相對較近 的位置，使得對電池組充電的12伏的輸出適合短距離傳輸。替代地或附加地，電池組可以 包括24伏或48伏的電池，並且/或者距電池組的距離可以相對較遠，使得24伏或48伏的 輸出可以更加合適。替代地或附加地，60伏的輸出可以適合更長的傳輸距離。替代地或附 加地，功率變換電路230、230A可以輸出處於一些其它預定電壓值的升壓電壓。結合圖2A至2E，如上所述，功率變換電路230、230A可以使用電感器244的電流累 積最大值和/或充電速率來保持PV電池陣列204的峰值功率。保持峰值功率可以使PV電 池陣列204的未調節的功率輸出最大化，從而使來自功率變換設備218的經調節的功率輸 出最大化。如以下將描述的，保持峰值功率一般可以包括(1)確定PV電池陣列204的功 率輸出為最大時所處的峰值功率點，以及(2)設置功率變換電路230的阻抗以有效地匹配 負載的阻抗，使得PV電池陣列204兩端的電壓與所確定的峰值功率點基本相同。為了幫助理解峰值功率的保持，圖3用圖表公開了示例性PV電池或PV電池陣列 的電流和功率作為電壓的函數。X軸表示歸一化電壓V(例如，實際電壓除以最大電壓)。左 y軸表示歸一化電流J。右y軸表示歸一化功率P。圖3包括IV曲線302和PV曲線304。 IV曲線302和PV曲線304分別包括PV電池或PV電池陣列的電流和功率作為電壓的函數 的數據表示。首先參見IV曲線302，當電壓為0時，例如當PV電池或PV電池陣列自身短路時， 電流處於最大值1。隨著電壓從0增加至約0.7，電流逐漸降低至大於0.9。隨著電壓增加 而超過約0. 7，PV電池或PV電池陣列被偏置為超出其自身的能力，並且電流開始快速下降， 直到在電壓為1處達到0為止。其次參見PV曲線304，功率是電壓和電流的乘積。在此情況下，PV曲線304的數 據點中的每一個數據點可等於IV曲線302數據點的電壓和電流乘積。從圖3可見，當電壓 或電流的任何一個等於0時，功率處於最小值0處。另外，功率隨著電壓從0增大到約0. 7 而從0增大到最大值1，並且之後隨著電壓從約0. 7降低至1而下降至0。PV曲線304可以稱為最大峰值功率曲線，並且可以用於推導峰值功率點306即預
17定電壓，在所述峰值功率點306由PV電池或PV電池陣列產生的功率最大。具體而言，在此 實例中，PV電池或PV電池陣列所產生的功率在約0. 7的峰值功率點306處最大。PV電池或PV電池陣列的峰值功率點306可以根據除了其它因素之外的光照強度 而變化。例如，當PV電池或PV電池陣列被雲或其它物體遮蓋時，直接曝露於日光的PV電 池或PV電池陣列的峰值功率點306可以改變。另外，PV電池或PV電池陣列可以用於驅動一個負載或更多個負載，所述負載可以 具有與PV電池或PV電池陣列的阻抗不匹配的阻抗。當PV電池或PV電池陣列與負載阻抗 不匹配時，PV電池或PV電池陣列可能不得不以高於或低於峰值功率點306的電壓進行操作 以驅動負載。如從圖3的PV曲線304可見，當PV電池或PV電池陣列不在峰值功率點306 點進行操作時，PV電池或PV電池陣列的功率輸出不是最大。而且，在一些情況下，當例如 設備在由PV電池或PV電池陣列所驅動的電路中接入和斷開時，負載的阻抗會發生變化。本發明的實施例可以相應地包括功率變換電路230，被配置為保持PV電池陣列 204的最大峰值功率，以確保PV電池陣列204基本以最大峰值功率進行操作。如文中所用， 為諸如PV電池陣列204的PV電池陣列保持峰值功率可以包括(1)確定PV電池陣列204 在PV電池陣列204的功率輸出為最大時所處的峰值功率點，以及(2)設置功率變換電路 230的阻抗以匹配負載的阻抗，使得PV電池陣列204兩端的電壓與所確定的峰值功率點基 本相同。在一些實施例中，功率變換電路230的阻抗可以設置為使得PV電池陣列204兩端 的電壓在可用的峰值功率點的10%的範圍內。替代地或附加地，功率變換電路230的阻抗 可以設置為使得PV電池陣列204兩端的電壓在時間上平均的可用的峰值功率點的2%的範 圍內。功率變換設備218可以實施目前已知的或今後開發的用於保持PV電池陣列204 峰值功率的任何方法。例如，功率變換設備218可以實施電路開關法、擾動觀察法、AC紋波 控制法、固定Voc偏移量法等或它們的任意組合。在一些實施例中，功率變換設備218可以 結合一個或更多個其它方法來實現電路開關法。如上所述，功率變換電路230的每個可以包括諸如在圖2E的功率變換電路230A 中示出的升壓變換器。在此實例中，功率變換電路230A的每個可以包括電感器244和測量 電路252。測量電路252可以測量電感器244的每周期最大電流來確定峰值功率點。如果 需要調整峰值功率點，可以通過改變與功率變換電路230A有關的開關過程的頻率和/或佔 空比來調整並且設置功率變換電路230A的阻抗，以匹配負載的阻抗。回到圖2A至2C，功率變換設備218的實施例可以包括冗餘的功率變換電路230。 在此實施例和其它實施例中，功率變換設備218每次可以操作功率變換電路230中全部的 或少於全部的功率變換電路。例如，如果PV組件200僅接收50%的光照，則功率變換設備 218可以任選地使功率變換電路230中全部的功率變換電路的每個以少於100%的功率來 操作，或使比全部功率變換電路230少的功率變換電路的每個以100%的功率來操作。3.有源接地故障檢測回到圖2C，一個或更多個控制模塊可以配置於PCB上和/或集成在功率變換電路 230的每個中。在本發明的一些實施例中，一個或更多個控制模塊的每個包括耦合至供應線 電源引線240A和零線電源引線240B的有源接地故障檢測設備(未示出)。有源接地故障
18檢測設備可以監測供應線電源引線240A中的流出電流以及零線電源引線240B中的返回電 流。流出電流和返回電流之間的任何不平衡或「中斷」都是電源線斷開或切斷或下遊電路 中的其它安全隱患的表象。在此實施例和其它實施例中，在有源接地故障檢測設備確定了中斷之後，控制模 塊可以斷開相應的功率變換電路230以終止經由供應線電源引線240A傳送電功率。當功 率變換電路230斷開時，如果PV電池陣列204仍然產生電流，則功率變換電路230可以配 置為將電流分流回PV電池陣列204。由於有源接地故障檢測設備可以合併在包含於每個功率變換電路230中的控制 模塊內，當檢測到中斷時功率變換電路230可以非常快速地斷開。事實上，在一些實施例 中，功率變換電路230可以足夠快速地關斷，以便在確定中斷之後功率變換設備218釋放少 於24焦耳的能量。替代地或附加地，功率變換設備218的最大輸出電壓可以為60伏。在一些實 施例中，每功率變換設備218的24焦耳和60伏的限制可以允許總計10個PV組件200 和功率變換設備218串聯連接在PV系統中，該PV系統根據由美國安全檢測實驗室公司 (Underwriters Laboratories Inc. ；「UL」)設立的標準成為合格的低壓設備。UL低壓設 備標準將低壓設備定義為在檢測到中斷之後釋放最大值為240焦耳的能量並且具有60伏 的最大電壓的設備。在此具體的實例中，在檢測到中斷之後，具有10個串聯連接的PV組件 200和功率變換設備218的PV系統可以總計釋放最大值為240焦耳的能量，例如，10個功 率變換設備218乘每功率變換設備218的24焦耳=240焦耳，並且可以具有60伏的最大 電壓。更一般地，PV系統中每個功率變換設備218的最大輸出電壓可以是60伏，並且在 檢測到中斷之後每個功率變換設備218的最大能量釋放可以小於X/240焦耳的能量，其中X 是PV系統中串聯連接的組件200的數量。相應地，如果PV系統僅包括5個串聯連接的PV 組件200，5個功率變換設備218中每個的功率變換電路230可以足夠快速地關斷，以使在 檢測到中斷之後5個功率變換設備218中的每個釋放少於48焦耳的能量。值得注意的是，低壓設備的UL電氣安全標準允許兼容系統實現非絕緣接地和相 對薄的絕緣體。具體而言，當PV組件200符合剛剛提到的240焦耳最大中斷釋放能量以及 60伏最大操作電壓的標準時，PV組件200的背板212是PV電池陣列204的地線並且不需 絕緣來符合針對低壓設備的UL電氣安全標準。出於相同的原因，當在背板212和PV電池 204之間採用「薄」絕緣體時，例如可以為3至10密耳厚的緩衝層216，PV組件200可以符 合UL電氣安全標準。在一些實施例中，非絕緣接地和薄絕緣體可以降低PV組件的製造成 本。在背板212與PV電池204之間使用3至10密耳厚度的薄緩衝層216可以替代地 或附加地提高背板212與PV電池204之間的熱傳導性。具體而言，與包括10至20密耳厚 度的厚緩衝層的現有技術的PV組件相比，PV電池204可以更加接近背板212。與現有技術 的PV組件相比，PV電池204對背板212的靠近可以導致PV電池204與背板212之間的熱 傳導性提高。提高的熱傳導性又可以在操作過程中提高PV電池204的散熱。4.功率變換設備外殼圖2B和2C公開了包括在功率變換設備218中的第一外殼232的各方面。在一些
19實施例中，第一外殼232可以具有約915mm的寬度wh，或寬度Wh可以大於或小於915mm。PV 組件200還可以包括與第一外殼232協作以保護PCB 228的第二外殼254和散熱器256、功 率變換電路230和/或功率變換設備218的其它元件不暴露於水汽和/或其它環境因素。在一些實施例中，第一外殼232和第二外殼254可以集成在單個外殼中。替代地 或附加地，第二外殼254和散熱器256可以集成在單個部件中。替代地或附加地，第一外殼 232、第二外殼254和散熱器256中的一個或更多個可以包括塑料、鋁、金屬薄板或經軋輾、 擠出或其它方式而形成的其它合適的材料。在本發明的一些實施例中，諸如螺釘、螺栓等的多個緊固件258可以用於將功率 變換設備218固定於第二外殼254和/或散熱器256。例如，在此實施例和其它實施例中， PCB 228和第二外殼254可以包括多個通孔並且散熱器256可以包括螺紋孔以容納緊固件 258。在將PCB 228和第二外殼254的通孔與散熱器256的螺紋孔對準之後，緊固件258可 以插入並穿過PCB 228和散熱器256，以將功率變換設備218螺紋固定於散熱器256。替代 地或附加地，緊固件258可以將PCB 228和功率變換設備218的其它電元件經由第二外殼 254和散熱器256接地至背板212。5.功率變換設備連接件如上所述，功率變換設備218可以包括彼此互補的第一連接件234和第二連接件 236 (圖2C)。第一連接件234和第二連接件236的每個可以包括對供應線電源引線240A 和零線電源引線240B的連接。在一些實施例中，第一連接件234和第二連接件236可以分別經由包括在負載或 蓄電池的電路中的互補的第二連接件和第一連接件而耦合至負載或蓄電池。替代地或附加 地，第一連接件234和第二連接件236可以用於將並排地布置的兩個或更多個PV組件200 耦合在一起。例如，第一 PV組件200的第一連接件234可耦合至與第一 PV組件200相鄰 的第二 PV組件200的第二連接件236。除了或者代替包括對供應線電源引線240A和零線電源引線240B的連接的第一連 接件234和第二連接件236，功率變換設備218可以實現諸如圖4A和4B中公開的正極端子 和接地端子。具體而言，圖4A和4B的每個示出了功率變換設備的正極端子402A或402B 以及接地端子404A或404B的可能的結構400A或400B。在圖4A和4B的每個圖中，可以提供外殼部件406A和406B，所述外殼部件406A和 406B對應於圖2B的第二外殼254或散熱器256中的一個或更多個。另外，如下所述，外殼 部件406A和406B、第二外殼254或散熱器256可以耦合至PV組件200的電接地，在一些實 施例中所述電接地可以是背板212。儘管未示出，正極端子402A或402B的每個可以耦合至PCB 228的供應線電源引 線240A(圖C)，而接地端子404A或404B可以耦合至零線電源引線240B。因此，正極端子 402A或402B和負極端子404A或404B可以用於將相鄰的PV組件200耦合在一起，並且/ 或者將PV組件的功率輸出耦合至負載或蓄電池。在圖4A的結構400A中，正極端子402A可以包括經由絕緣墊圈412穿過外殼部件 406A而耦合至正極接線柱410的帽螺釘408或其它緊固件。接地端子404A可以包括穿過 外殼部件406A而耦合至接地接線柱416的帽螺釘414或其它緊固件。當將PV組件200的 正極端子402A和負極端子404A耦合至相鄰的PV組件200和/或負載或蓄電池時，正極端子410和接地端子416的每個可以提供可附接導線或電纜的位置。在圖4B的結構400B中，正極端子402B可以包括經由絕緣墊圈422穿過外殼部件 406B而耦合至正極接線柱420的帽螺釘418或其它緊固件。如圖所示，帽螺釘418也可以 穿過可以與圖2B和2C的PCB 228相對應的PCB 424。一個或更多個橡膠或塑料連接件426 可以插入PCB 424中的通孔，以將帽螺釘418固定於PCB 424以及電源母線428。在一些實施例中，PCB 424可以包括一個或更多個焊接焊盤430，以接收用於將電 源母線428和嵌入在PCB 424中的供應線引線(未示出)互連的焊接條432。替代地或附 加地，PCB 424可以包括用於將PCB 424與PV組件的底部間隔件互連的焊接條434，底部間 隔件如圖2A至2C中的PV組件200的底部間隔件210A。圖4B的結構400B中的負極端子404B可以包括穿過外殼部件406B而耦合至接地 接線柱438的緊固件436。與圖4B的結構400A —樣，在將PV組件200的正極端子402B和 接地端子404B耦合至相鄰的PV組件200和/或負載或蓄電池時，圖4B的結構400B的正 極接線柱420和接地接線柱438可以提供可附接導線或電纜的位置。在圖4A和4B中，連接至接線柱410、416、420和438的導線或電纜可以相對較大， 具有至少3mm2或更大的截面積，但在一些實施例中不大於150mm2。如上所述，導線或電纜 可以將功率變化設備的輸出功率傳遞至蓄電池、負載或其它使用點。D.連接回到圖2B和圖2C，PV組件200可以包括在背板212與功率變換設備218之間的 機械連接、電接地連接和/或熱連接。機械連接、電接地連接和/或熱連接可以包括以下中 的一個或更多個結構帶、導電帶、導熱矽密封劑、在功率變換設備218與背板212之間並經 由一個或更多個其它部件的機械接觸、機械緊固件和連接件等或它們的任意組合。 具體地，在一些實施例中，結構帶和/或導電帶可以應用於在背板212的應力緩解 摺疊件226、第二外殼254和散熱器256之間的界面。替代地或附加地，結構帶和/或導電 帶可以應用於散熱器256與背板212之間的界面。在一些實施例中，矽密封劑可以應用於背板212、散熱器256、第二外殼254、第一 外殼232和前板202之間的界面260A至260D的一個或更多個。在一些實施例中，功率變換設備218與背板212之間的機械接觸可以通過緊固件 258、第二外殼254、應力緩解摺疊件226和散熱器256而連鎖地形成。替代地或附加地，功 率變換設備218與背板212之間的機械接觸可以經由幾個或更多個中間部件而形成。在本發明的一些實施例中，功率變換設備218的背板212、散熱器256和電接地可 以處於相同電位。E.無源行平衡本發明的實施例可以包括使經過每行中的PV電池的電流和經過PV組件中的行的 電流無源行平衡的PV組件。如文中所用，「電流的無源行平衡」是指使電流無源地繞過一個 或更多個阻塞的PV電池或行。如文中所使用，如果PV電池所產生的電流大幅度小於相同 行中的其它PV電池所產生的電流，則該PV電池是「阻塞的」。同理，如果行所產生的電流大 幅度小於PV組件中的其它行所產生的電流，則該行是「阻塞的」。圖2A至2C的PV組件200是PV組件200的一個實例，該PV組件200可以實現對 經過每行206中的PV電池204的電流無源行平衡。對經過每行206中的PV電池204的電流的無源行平衡可以通過將每行206中的PV電池204經由間隔件210彼此並聯耦合來實 現。相應地，如果頂部行206A中的PV電池204是阻塞的，則本應當流經阻塞的PV電池204 的電流可以經頂部間隔件210B繞過阻塞的PV電池204，並且隨後流經頂部行206A的其它 PV電池204中的一個或更多個。圖6A和6B圖示地對比了在非均勻光照條件下具有並聯連接的PV電池的行的PV 組件(「並聯連接的PV組件」)、諸如圖2A至2C的PV組件200的效率和具有串聯連接的 PV電池的現有技術的PV組件(「串聯連接的PV組件」)的效率，具有並聯連接的PV電池 的行的PV組件實現對經過每行206中的PV電池的電流的無源行平衡。χ軸以光照強度的 3-Sigma變化表示平均光照強度的百分比，所述3-Sigma變化是可以量化光照的不均勻度 的一種措施。y軸可以表示PV組件的效率。曲線602和604可以分別表示並聯連接的PV組件的短路電流Jsc和開路電壓Voc。 通過比較的方式，曲線606和608可以分別表示串聯連接的PV組件的短路電流Jsc和開路 電壓Voc ο在串聯連接的PV組件中，由於PV電池全部串聯連接，因此每個PV電池中的電流 必須與其它每個電池中的電流相等。相應地，當PV電池中的一個阻塞時，阻塞的PV電池會 限制串聯連接的PV組件中其它PV電池的電流。由此，串聯連接的PV組件相對地對阻塞的 PV電池敏感，並且一般會以性能最差的PV電池的水平上來操作，如曲線606的相對較大的 負斜率所示。相比之下，由於並聯連接的PV組件的每行中的PV電池並聯地連接，因此行中的每 個PV電池的電流不必與同一行的其它每個PV電池相同。相應地，當行中的一個PV電池阻 塞時，電流可以經由同一行中的其它PV電池流過而繞過阻塞的PV電池。這樣，並聯連接的 PV組件可以相對地對阻塞的PV電池較不敏感，以允許PV電池的電流的較大變化而不至於 工作在性能最差的PV電池的水平，如曲線602的比曲線606的斜率小的斜率所示。對於曲線608所表示的串聯連接的PV組件的開路電壓Voc，曲線608是平的，意味 著串聯連接的PV組件的電壓對光照強度變化不敏感。並聯連接的PV組件的電壓可以對光照強度的變化具有一些敏感性，如在約5%的 3-Sigma變化之後曲線604的負斜率所示。然而，在PV電池和PV組件中對電壓控制進行的 控制比電流控制更加容易，並且電壓不會隨光照顯著變化，使得並聯PV組件的電壓對光照 強度變化的敏感性不成為問題。另外，就高達約10%的光照強度的3-Sigma變化的開路電 壓而言，並聯PV組件可以比串聯PV組件的性能更佳。圖6B以圖表對比在1. 0和1. 2太陽的平均光照下，並聯連接的PV組件的功率輸 出和串聯連接的PV組件的功率輸出。X軸以光照強度的3-Sigma變化表示平均光照強度的 百分比，y軸表示相應PV組件每表面積的功率。曲線612和614可以分別表示在1. 2和1. 0太陽的平均光照下並聯連接的PV組 件每表面積的的功率輸出。曲線616和618也可以分別表示在1. 2和1. 0太陽的平均光照 下串聯PV組件每表面積的的功率輸出。從圖6B可見，在與均勻光照條件相對應的約0%的光照強度的3-Sigma變化處，當 平均光照強度增加20%，例如從1. 0太陽增加至1. 2太陽時，串聯PV組件每表面積的功率 輸出(曲線616和618)可以增加約20%。類似地，當平均光照強度增加20%時，並聯PV組件每表面積的功率輸出(曲線612和614)可以增加約20%。並聯PV組件和串聯PV組 件的每個在每表面積功率輸出上的20%的增益在圖6B中由箭頭620來表示。圖6B還示出隨著光照強度的3-Sigma變化增加超過0%，串聯連接的PV組件每表 面積的功率輸出(曲線616和618)是怎樣比並聯連接的PV組件每表面積的功率輸出(曲 線612和614)更快地下降。此外，增加光照條件的非均勻性可以導致串聯連接的PV組件每表面積的功率輸 出在1. 2太陽的平均光照下比在1. 0太陽的平均光照下下降得更快。因此，隨著光照強度 的3-Sigma變化增加，曲線616和618趨於會聚。然而，無論平均光照是1. 2太陽還是1. 0太陽，並聯PV組件每表面積的功率輸出 都可以大約相同的速率下降。當平均光照強度隨著光照強度的3-Sigma變化增加而增加 20%時，並聯連接的PV組件可以比串聯連接的PV組件更接近在每表面積功率上20%的增
■、Λ
frff. οIII.光伏組件的第二個實例如上所述，根據本發明實施例的PV組件可以實現對經過每行中的PV電池的電流 無源行平衡。替代地或附加地，根據本發明實施例的PV組件可以實現對經過PV組件中的 行的電流無源行平衡。例如，圖5A和5B公開了 PV組件500的實例，所述PV組件500可以 實現對經過PV組件500中的行的電流無源行平衡。PV組件500可以對應於圖IA至ID中的PV組件116、124和140。圖5A示出了 PV 組件500的簡化後視圖，圖5B示出了 PV組件500的二極體表示。圖5A和5B的PV組件500在某些方面可類似於圖2A至2C的PV組件200。例如， PV組件500可以包括前板502 (圖5A)；置於前板502下方並可以布置成行506和列508 的多個PV電池504 (總稱為「PV電池陣列504」)；包括底部間隔件510A和頂部間隔件510B 並插在PV電池504的行506之間的多個間隔件510 ；背板512，在圖5A中可透視地表示了 該背板512以使PV電池504可見；以及功率變換設備514 (圖5B)，經由功率變換電路516 而冗餘地連接至PV電池504。鑑於背板512可以為PV電池504提供電流回流路徑，在圖 5B中背板512定義為電流回流路徑512A，並耦合在功率變換設備514與頂部間隔件510B 之間。儘管圖5A或5B未示出，PV組件500還可以包括PV組件200包含粘合層、緩衝層 和/或其它部件。如圖所示，PV組件500通過將每行中的PV電池504彼此並聯而可以實現對經過 每個行506中的PV電池504的電流的無源行平衡。此外，PV組件500可以通過結合多個 旁路二極體518而實現對經過行506的電流的無源行平衡。圖5A包括嵌入件520，所述嵌 入件520示出了旁路二極體518至PV組件500的連接。如嵌入件520中所示，旁路二極體 518可以經由間隔件510而彼此串聯耦合。另外，如圖5B的二極體表示所示，旁路二極體 518的每個可以與相鄰的行506中的PV電池504反向並聯。例如，在圖5B中旁路二極體 518A表示為與相鄰的行506A的PV電池504反向並聯。在一些實施例中，旁路二極體518允許電流繞過阻塞的行，比如繞過行506A。例 如，行506A可能由於非均勻光照條件而阻塞，所述非均勻光照條件包括事實上的和實質上 的非均勻光照條件。
當行506A阻塞時，行506A產生的電流低於其它行506產生的電流，這使行506A 成為電流瓶頸，將其它每行506的電流限制於行506A的電流。結果是，在缺少旁路二極體 518的情況下，行506A實質上可以對連接至底部間隔件510A和功率變換設備514的PV電 池陣列504所產生的功率輸出造成電壓損耗，並因此造成功率損耗。然而在操作中，由於每個旁路二極體518與相應的行506反向並聯連接，當阻塞的 行506兩端的電壓不平衡變得足夠大時，相應的旁路二極體518可以導通並允許電流繞過 阻塞的行506。因此，在圖5A和5B的實例中，當阻塞的行506A兩端的電壓不平衡變得足夠 大時，反向並聯耦合至阻塞的行506A的旁路二極體518可以導通以允許電流經由旁路二極 管518A從行506B繞過阻塞的行506A而流至行506C。IV.光伏組件的第三個實例本發明的實施例可替代地或附加地包括對經過PV組件的行的電流有源地行平衡 的PV組件。如文中所用，「電流的有源行平衡」是指利用一個或更多個有源電子設備來輸入 組件功率或使電流繞過一個或更多個阻塞的行。例如，圖7公開了 PV組件700的實例，所述PV組件700可以實現對PV組件700 中的行的有源行平衡。PV組件700可以對應於圖IA至ID的PV組件116、124和140。圖 7示出了 PV組件700的簡化後視圖。PV組件700在某些方面可以類似於圖2A至2C的PV組件200和圖5A至5B的PV 組件500。例如，PV組件700可以包括前板702 ；置於前板702下方並可以布置成行和列 的多個PV電池(圖中看不到)；包括底部間隔件704A和頂部間隔件704B並插在PV電池 的行之間的多個間隔件704 ；背板706 ；以及功率變換設備708，經由底部間隔件704A而冗 餘地連接至PV組件700的PV電池。儘管圖7未示出，PV組件700還可以包括圖2A至2C的PV組件200包含的粘合 層、緩衝層和/或其它部件。功率變換設備708可以包括多個功率變換電路710，所述多個功率變換電路710經 由底部間隔件704A而單獨地連接至PV組件700的PV電池。功率變換電路710和PV組件 700的PV電池共同接地至背板706。例如，功率變換電路710可經由接地連接712接地至 背板706，接地連接712可以包括將功率變換電路710互連至背板706的焊料等。類似地， PV組件700的PV電池可以經由接地連接714接地至背板706，接地連接714可以包括經頂 部間隔件704B將背板706互連至PV組件700的PV電池的焊料等。附加地，功率變換電路710可以單獨地連接至供應線716、零線718和數字控制線 720。數字控制線720可以將控制模塊722耦合至功率變換電路710的每個。控制模塊722 可以將功率變換電路710接通或斷開。替代地或附加地，控制模塊722可以控制功率變換 電路710的每個的佔空比、操作頻率或其他方面。替代地或附加地，功率變換電路710的每 個可以包括自身的控制模塊，其中控制模塊722包括主控制模塊。此外，PV組件700可以包括有源行平衡設備724，所述有源行平衡設備724對經過 PV組件700的PV單元的行的電流進行有源行平衡。有源行平衡設備724可以包括互連於 PV組件700的PV電池的行之間的多個有源電子設備726。每個有源電子設備726可以包 括場效應電晶體(「FET」)、門極驅動器、電感器、電容器、旁路二極體、微控制器等或它們的 任意組合。替代地或附加地，有源電子設備726可以包括消費電子設備。
24
在一些實施例中，有源電子設備726可以耦合至PV電池的相鄰行之間的相鄰的間 隔件704，使得有源電子設備726與PV電池的行之間為1 1的對應，允許每個有源電子設 備726對PV電池的相應的單個行進行有源行平衡。替代地，有源電子設備726可以每隔一 個間隔件704、每隔兩個間隔件704等交替的方式耦合至間隔件704，使得有源電子設備726 與PV電池的行之間為1 2或1 X (X> 2)的對應，允許每個有源電子設備726對PV電 池的相應的兩個或更多個行進行有源行平衡。有源電子設備726的每個可以耦合至供應線716，使得有源行平衡設備724可以由 來自功率變換設備708的已調節功率輸出來供電。替代地或附加地，有源電子設備726的 每個可以耦合至數字控制線720，以允許功率變換設備708的控制模塊722控制有源電子設 備726的操作。有源行平衡設備724還可以包括一個、兩個或更多個PCB 728，有源電子設備726 和/或引線、跡線或其它部件可以置於所述PCB 728上。每一個PCB 728可以為約1英寸 寬乘36英寸長。替代地，PCB 728的尺寸可以不同於明確描述的尺寸。在一些實施例中， PCB 728的長寬比可以在20 1與40 1之間，允許有源電子設備726在不使用飛線的情 況下使用焊料和/或其它短距離互連線而沿PV組件700的側部邊緣耦合至相應的間隔件 704。替代地或附加地，使用具有長寬比在20 1至40 1之間的PCB 728可以允許有源 行平衡設備724以緊湊的形式沿PV組件700的側部邊緣安裝。在操作中，有源電子設備726 —般可以將電流經由間隔件704饋送至PV電池的阻 塞的行，以便平衡PV組件700中的電流，並使PV組件700在變化的非均勻光照條件下的功 率輸出最大化。在一些實施例中，有源行平衡設備724可以包括傳感器或其它設備來檢測 行是否阻塞。當檢測到阻塞的行時，有源行平衡設備可以指示相應的有源電子設備726將 電流饋送至阻塞的行。替代地或附加地，有源行平衡設備724和/或功率變換設備708可以承擔這樣的 循環過程將電流饋送至PV組件700的每個行，並且當每個行被饋送了來自相應有源電子 設備726的額外電流時，測量並記錄PV組件700的功率輸出。一旦記錄下功率輸出的測量 結果，便可以確認出阻塞或性能不佳的行，當饋送電流時，阻塞或性能不佳的行使PV組件 700的功率輸出最大。對應於阻塞或性能不佳的行的有源電子設備726隨後可以繼續將電 流饋送至阻塞或性能不佳的行。替代地或附加地，對應於多個阻塞或性能不佳的行的多個 有源電子設備726可以繼續將電流饋送至多個阻塞或性能不佳的行。在此實例中，控制模塊722可以經由數字控制線720單獨地指示有源電子設備726 在間隔的時間將電流饋送至對應的行。替代地或附加地，控制模塊722可以在間隔的時間 測量PV組件700的功率輸出，以確定阻塞或性能不佳的行。替代地或附加地，在確定阻塞 或性能不佳的行之後，控制模塊722可以指示相應的有源電子設備726繼續將電流饋送至 阻塞或性能不佳的行。如上所述，有源行平衡設備724可以由PV組件700的已調節功率輸出來供電。有 源行平衡設備724使用PV組件700的已調節功率輸出來供電可以減少PV組件700的已調 節功率輸出。然而，當有源平衡了 PV電池的行時，PV組件700的已調節功率輸出中的增益 可以大於對有源行平衡設備724供電所需的已調節功率輸出的損耗。因此，與操作具有非 平衡的行的PV組件700相比，利用由PV組件700供電的有源行平衡設備724的有源行平衡可以在PV組件700的已調節功率輸出中產生淨增益。V.光伏組件的第四個實例下面參見圖8，公開了 PV組件800的第四個實例，所述PV組件800可以對應於圖 IA至ID的PV組件116、124和140。圖8示出PV組件800的簡化主視圖。PV組件800在 某些方面可以類似於圖2A至2C的PV組件200、圖5A至5B的PV組件500和圖7的PV組 件700。例如，PV組件800可以包括前板802 ；置於前板802下方並可以布置成行806和 列808的多個PV電池804 (總稱為"PV電池陣列804」 )，；包括底部間隔件810A和頂部間 隔件810B並插在行806之間的多個間隔件810 ；以及背板812。儘管圖8未示出，PV組件800還可以包括粘合層、緩衝層、冗餘地連接至PV組件 800的功率變換設備、連接至多個間隔件810的每個的端部的有源行平衡設備和/或文中所 述的其它元件。圖8附加地示出了具有基本上為梯形形狀以減少對PV電池託架的浪費的PV電池 804。嵌入件814示出了並排布置的兩個PV電池804A和804B。如圖所見，PV電池804可 以交替地以第一方向以及與第一方向相反的第二方向來布置。VI. 一些光伏組件的概況根據本發明實施例的PV組件可以實現各種配置，並且可以在各種均勻和/或非均 勻光照條件下操作。如上所述，根據本發明實施例的PV組件可以包括多個行，每行包括多 個並聯連接的PV電池。當行中的一個或更多個PV電池例如因非均勻光照而阻塞時，行中 並聯連接的PV電池的實現可以允許電流繞過一個或更多個阻塞的PV電池而流經行中的其 它PV電池來在該行中重新平衡。替代地或附加地，本發明的一些實施例可以包括冗餘耦合至PV組件的功率變換 設備。如上所述，功率變換設備可以調節PV組件的輸出功率。替代地或附加地，本發明實施例可以包括利用旁路二極體等對每行中的PV電池 和/或PV組件中的行實現無源行平衡的PV組件。當行阻塞時，耦合在阻塞的行附近的旁 路二極體可以導通並允許電流繞過阻塞的行。替代地或附加地，本發明實施例可以包括利用有源電子設備實現有源行平衡的PV 組件。當行阻塞時，有源電子設備可以將電流饋送至阻塞的行，以使PV組件的功率輸出最 大化。A.全填裝(Fully Populated)的光伏組件本發明實施例可替代地或附加地，包括全填裝的PV組件和/或稀疏填裝 (Sparsely Populated)的PV組件。全填裝的PV組件包括PV電池所佔據的PV組件正面的 表面積的百分比為85%或更多的PV組件。與此相反，稀疏填裝的PV組件包括PV電池所佔 據的PV組件正面的表面積的百分比小於85%的PV組件。例如，圖9A和9B每個都示出全填裝的PV組件902和904。為了實現全填裝的PV 組件，PV組件902和904可以採用互連於PV電池的行之間的間隔件，其中該間隔件與PV電 池的行不在同一層中。例如，圖10公開了可以對應於PV組件902或904中的一個或更多個的PV組件的 簡化剖面圖。如圖所示，圖10的PV組件可以包括前板1002 ；通過粘合層1006耦合在前 板1002後方的PV電池的多個行1004 ；配置於行1004的後方並互連於行1006之間的多個間隔件1008 ；緩衝層1010 ；以及背板1012。在此實施例和其它實施例中，將間隔件1008放 置於行1004後方可以允許行1004配置在一起而成為全填裝PV組件1000。回到圖9A，圖9A的PV組件902可以包括功率變換設備906。PV組件902可以具 有250瓦的基本輸出和/或600瓦的最大輸出。任選地，PV組件902可以與相鄰於PV組 件902而放置的光反射器一起來實現，所述光反射器將光照聚集到PV組件902上。儘管光 反射器可以對PV組件902產生非均勻光照，但在一些實施例中，光反射器的使用仍可以將 PV組件902的功率輸出增加為1. 2至2倍中的任何倍數或更高。圖9B的PV組件904可以包括功率變換設備908和有源行平衡設備910。PV組件 904可以具有280瓦的基本輸出和/或650瓦的最大輸出。任選地，PV組件904可以與相 鄰於PV組件904而放置的光反射器一起來實現，所述光反射器將光照聚集在PV組件904 上。儘管光反射器可以對PV組件904產生非均勻光照，但在一些實施例中，光反射器的使 用以及對有源行平衡設備910的包括仍可以將PV組件904的功率輸出增加為1. 3至2倍 中的任何倍數或更高。B.稀疏填裝的光伏組件圖9C和9D的每個示出稀疏填裝的PV組件912和904。為了實現稀疏填裝的配 置，PV組件912、914可以採用互連於PV電池的行之間的間隔件，其中所述間隔件額外地插 入於PV電池的行中，所述間隔件例如為圖2B中互連並插在行206之間的間隔件210。在一些實施例中，一個或更多個反射器可以與PV組件912、914 一起實現，以反射 否則會在行之間作用到PV電池的行上的光。在一些實施例中，一個或更多個光反射器可以 包括遮板(Louver)。相應地，遮板或其它反射器可以直接地放置於間隔件的前方，而使PV 電池的行暴露於陽光，使得光可以直接作用到PV電池的行上，並且/或者光可以從遮板上 反射至PV電池的行上。由於PV組件中所使用的PV電池可以代表PV組件的總成本中的主 要成本，因此稀疏填裝的光伏組件與全填裝的PV組件相比可以極大地降低成本，即使是在 稀疏填裝的PV組件912、914的總成本中加上遮板或其它反射器的成本的情況下。如圖9C所示，PV組件912可以包括功率變換設備916。PV組件可以具有300瓦 的基本輸出。如圖9D所示，PV組件914可以包括功率變換設備918和有源行平衡設備920。在 一些實施例中，PV組件914可以具有330瓦的基本輸出。C.光伏組件中的熱管理在一些實施例中，PV組件的PV電池的操作效率可以隨著PV電池溫度的升高而降 低。然而，本發明的實施例可以包括用於管理PV組件的PV電池所產生的熱量的方面和特 點。在一些實施例中，如上所述，間隔件可以插在PV電池的行之間，使得PV電池所產生的 熱量可以傳導性地從PV電池傳遞至間隔件，並且隨後通過高發射性的間隔件而從PV組件 輻射出去。例如，在一些實施例中，圖2A至2C的PV組件200可以包括具有大於0. 6的發 射率並插在PV電池204的行206之間的間隔件210。替代地或附加地，PV組件的背板可以是高發射性的，並且可以熱耦合至PV組件的 PV電池，使得PV電池所產生的熱量可以傳導性地從PV電池傳遞至背板，並且隨後通過高發 射性的背板輻射出去。例如，在一些實施例中，圖2A至2C的PV組件200可以包括具有大 於0. 6的發射率的背板212，該背板經由緩衝層216熱耦合至PV單元204。
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替代地或附加地，PV組件可以包括在PV系統中，所述PV系統還包括布置於PV組 件的間隔件前方的多個遮板。一般地，遮板可以布置為使得熱傳導性地從PV組件的PV單 元傳遞至間隔件，從所述間隔件輻射傳遞至遮板，並從所述遮板傳導性地傳遞至空氣中。遮 板可以提供用於熱交換的大的表面積以冷卻PV組件。例如，圖IlA至IlD分別公開了多個結構1102、1104、1106和1108的剖面圖，所述 多個結構1102、1104、1106和1108可以實現於包括PV組件和可選擇的多個遮板的PV系統 中。具體而言，PV系統結構1102至1108的每個可以包括PV組件，而只有PV系統結構1104 至1108包括遮板。首先，應注意的是PV系統結構1102至1108不是按比例繪製的。PV系統結構1102至1108的每個可以包括PV組件1110，所述PV組件1110包括 PV電池的行1112和插在行1112之間的間隔件1114。儘管未示出，但PV組件1110可以另 外包括配置於行1112和間隔件1114的前方並且耦合至行1112和間隔件1114的前板。替 代地或附加地，PV組件1110可以包括功率變換設備、有源行平衡設備和/或文中所述的其 它部件。附加地，PV系統結構1104包括遮板1116A，PV系統結構1106和1108包括遮板 1116B。遮板1116A和1116B的每個可以具有基本為三角形且非對稱的剖面形狀。替代地 或附加地，遮板可以具有準三角形和/或對稱的剖面形狀。遮板1116A的基本為三角形的 剖面形狀可以在全部三條邊上閉合，而遮板1116B的基本為三角形的剖面形狀可以沿著最 接近於PV組件1110的底邊開放。遮板1116可以配置於間隔件1114的前方而使行1112暴露以接收太陽輻射。在 此情況下，來自太陽的光線可以直接作用到行1112上，並且/或者光線在作用到行1112之 前可以由遮板1116反射。在PV系統結構1104中，遮板1116A可以具有與直接在間隔件1114前方的PV組 件1110機械接觸的閉合底部。在PV系統結構1106中，遮板1116B可以具有也與直接在間 隔件1114前方的PV組件1110機械接觸的開放底部。在PV系統結構1108中，遮板1116B 可以具有不與直接在間隔件1114前方的PV組件1110機械接觸的開放底部。作為替換，在 PV系統結構1108中，遮板1116B的開放底部可以經由間隔層1117與PV組件1110間隔開。 在一些實施例中，間隔層可以包括空氣，並且可替代地或附加地具有在1/16至3/4英寸之 間的厚度t。在一些實施例中，遮板1116可以布置在可拆卸遮板系統中，所述遮板系統可以包 括框架，所述框架用以支撐遮板1116並且將遮板1116可移動地耦合至PV組件1110。在PV系統結構1102至1108的每個中，PV組件可以包括鋁背板(未示出)。替代 地或附加地，間隔件1114中的每個可以包括高發射性的間隔件。圖11另外公開了在操作過程中可分別對應於PV系統結構1102至1108的每個的 溫度曲線1102A、1104A、1106A和1108A。溫度曲線1102A至1108A圖示了對於PV系統結構 1102至1108，PV組件1110表面上的溫度(y軸)為PV組件1110表面上的位置(χ軸)的 函數。溫度曲線1102Α至1108Α還分別公開了 PV系統結構1102至1108的最大操作溫度 1118A、1118B、1118C，1118D。對於PV系統結構1102，最大操作溫度1118A可以為約60. 9°C。對於PV系統結構 1104，最大操作溫度1118B可以為約56. 2°C。對於PV系統結構1106，最大操作溫度1118C
28可以為約50. 7°C。對於PV系統結構1108，最大操作溫度1118D可以約為46. 7°C。從溫度曲線1102A至1108A可見，與缺少遮板的PV系統結構1102相比，在PV系統 結構1104、1106，1108中實現的遮板可以顯著降低PV組件1110的最大操作溫度。例如，在 此實例中，對在PV系統結構1104中直接與PV組件1110接觸的具有閉合底部的遮板1116A 的實現，可將PV組件1110表面的最大操作溫度降低約4. 7V。替代地，在此實例中，在PV 系統結構1106中具有與PV組件1110直接接觸的開放底部的遮板1116B的實現可以將PV 組件1110表面的最大操作溫度降低約10.2°C。替代地，在此實例中，在PV系統結構1108 中具有由間隔層1117而與PV組件1110間隔開的開放底部的遮板1116B的實現可以將PV 組件1110表面的最大操作溫度降低約14. 2V。應當理解，PV系統結構1104、1106，1108中降低了的最大操作溫度可以允許PV組 件1110中PV電池的行1112在PV系統結構1104、1106、1108中比在PV系統結構1102中
更有效地操作。在不脫離本發明的主旨和基本特徵的情況下，本發明可以其它特定形式來實施。 在此描述的實施例的所有方面都被認為是示意性的而非限制性的。因此，本發明的範圍由 所附權利要求而非前面的描述所表示。在與權利要求等同的意思和範圍內進行的所有改變 都包括在權利要求的範圍內。
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權利要求
一種光伏組件，包括導電背板；配置於所述導電背板上的非導電層；配置於所述非導電層上方的多個光伏電池，所述多個光伏電池配置為多個行，並且共同產生由第一電壓表徵的第一功率輸出，其中每個行包括兩個或更多個光伏電池；每個行中的所述光伏電池彼此並聯連接；所述多個行串聯連接；和頂部行連接至所述導電背板；以及功率變換設備，所述功率變換設備冗餘連接至底部行和所述導電背板以形成完整的電路，所述功率變換設備將所述第一功率輸出變換為由大於所述第一電壓的第二電壓表徵的第二功率輸出，並且基本上保持所述多個光伏電池的峰值功率。
2.如權利要求1所述的光伏組件，其中，在所述頂部行至所述底部行的多個光伏電池 的兩端產生的電壓小於或等於10伏。
3.如權利要求1所述的光伏組件，其中，所述多個光伏電池密封在保護外殼中以防止 所述多個光伏電池暴露於溼氣，所述保護外殼包括所述導電背板、太陽能封邊帶和配置於 所述多個光敏電池上方的前板。
4.如權利要求1所述的光伏組件，其中，所述導電背板包括用於所述功率變換設備和 所述多個光伏電池的電接地。
5.如權利要求1所述的光伏組件，其中，所述多個光伏電池產生的至少一些熱量傳導性地傳遞至所述導電背板；並且所述導電背板將傳導性地傳遞至所述導電背板的至少一些熱量從所述光伏組件輻射出去。
6.如權利要求1所述的光伏組件，其中，所述功率變換設備包括配置於所述功率變換 設備的對置的端部的兩個互補連接件，所述兩個互補連接件使得所述光伏組件以及所述功 率變換設備與一個或更多個相似地配置的光伏組件以及功率變換設備並排地連接。
7.如權利要求1所述的光伏組件，其中，所述功率變換設備包括接地接線柱和正極接 線柱，所述接地接線柱和正極接線柱的每個被配置為接收具有大於3mm2的截面積的不同的 導線，所述不同的導線將所述第二功率輸出傳輸至使用點。
8.如權利要求1所述的光伏組件，其中，所述第二電壓小於或等於60伏，所述光伏組件 還包括有源接地故障檢測設備，所述有源接地故障檢測設備識別所述第二功率輸出中的中 斷，並且在識別出中斷之後將從所述光伏組件中流出的能量限制為小於24焦耳。
9.如權利要求8所述的光伏組件，其中，所述導電背板包括暴露的電接地，並且所述非 導電層的厚度小於10密耳。
10.如權利要求1所述的光伏組件，其中，所述導電背板包括具有大於0.6的發射率的 背表面。
11.如權利要求10所述的光伏組件，其中，在操作過程中由所述多個光伏電池產生的至少一些熱量傳導性地傳遞至所述導電背 板，所述導電背板的背面將至少一些熱量從所述光伏組件的背面輻射出去；或者所述導電背板響應於對入射到所述導電背板的背面上的光線的吸收而產生熱量，至少 一些所述熱量傳導性地傳遞至所述多個光伏電池，並且所述光伏電池將熱量從所述光伏組 件的正面輻射出去以將聚集在所述光伏組件的正面上的冰或雪融化。
12.如權利要求1所述的光伏組件，其中，所述光伏組件安裝於牆壁結構並直接接收 來自太陽的太陽輻射、或經由一個或更多個反射材料的反射而間接接收來自太陽的太陽輻 射，所述一個或更多個反射材料配置於所述牆壁結構中、配置於牆壁結構上或接近牆壁結 構地放置，所接收的太陽輻射在所述光伏組件的正面上在強度上是非均勻的。
13.如權利要求12所述的光伏組件，其中，所述一個或更多個反射材料包括配置於所 述牆壁結構中的窗口。
14.如權利要求1所述的光伏組件，還包括多個導電間隔件，所述多個行互連於所述多 個導電間隔件之間，其中，所述多個行經由所述多個導電間隔件而串聯連接。
15.如權利要求14所述的光伏組件，其中，底部導電間隔件的至少一部分延伸到所述 導電背板的相應的邊緣之外，所述底部導電間隔件耦合在所述功率變換設備與所述底部行 之間。
16.如權利要求15所述的光伏組件，還包括在所述導電背板中形成的第一應力緩解折 疊件以及在所述底部間隔件中形成的第二應力緩解摺疊件，所述第一應力緩解摺疊件將所 述導電背板與所述功率變換設備互連，所述第二應力緩解摺疊件將所述功率變換設備與所 述多個行串聯地互連。
17.如權利要求14所述的光伏組件，其中，所述功率變換設備管理流經所述光伏電池 的電流。
18.如權利要求14所述的光伏組件，其中，所述多個行並排地布置，並且所述多個導電 間隔件配置於所述多個行與所述非導電層之間以使所述光伏組件的正面上的光伏電池密度最大化。
19.如權利要求14所述的光伏組件，還包括經由所述多個導電間隔件而彼此串聯耦合 的多個旁路二極體，每個旁路二極體與不同的行反向並聯連接，使得當行阻塞時，電流可以 流經與阻塞的行反向並聯耦合的相應的旁路二極體而繞過該行。
20.如權利要求14所述的光伏組件，其中，所述多個導電間隔件的每個包括固態銅、圖 案化的銅、固態鋁或圖案化的鋁。
21.如權利要求14所述的光伏組件，其中，所述多個光伏電池的每個為基本上的矩形 形狀或基本上的梯形形狀，在所述多個行的每個中的每個光伏電池連接至兩個導電間隔 件，所述多個行的每個互連在所述兩個導電間隔件之間。
22.如權利要求14所述的光伏組件，還包括獨立地與所述多個導電間隔件的至少一些 耦合的有源行平衡設備，所述有源行平衡設備將電流饋送至所述多個行中的一個或更多個 以使所述光伏組件的功率輸出最大化。
23.如權利要求22所述的光伏組件，其中，所述功率變換設備從所述第一功率輸出提 取操作功率，並且所述有源行平衡設備從所述第二功率輸出提取操作功率。
24.如權利要求22所述的光伏組件，其中，所述功率變換設備和所述有源行平衡設備 之一或兩者包括具有大於等於20 1並且小於等於40 1的長寬比的印刷電路板。
25.如權利要求22所述的光伏組件，其中，所述功率變換設備和所述有源行平衡設備之一或兩者包括消費電子設備。
26.如權利要求22所述的光伏組件，其中，所述有源行平衡設備包括多個有源電子設 備，所述多個有源電子設備的每個包括場效應電晶體、門極驅動器、電感器、電容器或微控 制器中的一個或更多個。
27.如權利要求26所述的光伏組件，其中，所述多個有源電子設備的每個與所述多個 行中的相應的一行並聯耦合，當所述多個行中的相應的一行阻塞時，所述多個有源電子設 備的每個將電流饋送至所述多個行中的相應的一行。
28.一種光伏系統，包括光伏組件，包含導電背板；基本上透明的前板；配置於所述導電背板與所述前板之間的多個光伏電池，所述多個光伏電池布置成多個 行，每個行中的所述光伏電池並聯連接，並且所述行串聯連接；配置於所述光伏電池之間的多個導電間隔件，所述導電間隔件包括頂部間隔件和底部 間隔件，所述頂部間隔件將頂部行與所述導電背板互連；和功率變換設備，所述功率變換設備經由所述底部間隔件而冗餘連接至底部行並連接至 所述導電背板以形成完整的電路；以及位於所述導電間隔件和所述前板的上方的多個遮板，所述遮板將作用到所述遮板上的 太陽輻射反射至所述光伏電池。
29.如權利要求28所述的光伏系統，其中，所述遮板的每個包括底座，所述光伏系統還 包括配置於所述前板與所述遮板的底座之間的間隔層。
30.如權利要求28所述的光伏系統，其中，所述遮板的每個包括熱傳導材料並促進所 述光伏組件的冷卻。
全文摘要
本發明的一個示例性實施例包括PV組件，包含導電背板；配置於導電背板上的非導電層；多個PV電池，布置成行並且共同產生由第一電壓表徵的第一功率輸出；以及功率變換設備。每個行包括兩個或更多個PV電池。每個行中的PV電池可以彼此並聯連接。行可以串聯連接。頂部行可以連接至導電背板。功率變換設備可以冗餘連接至底部行和導電背板以形成完整的電路。功率變換設備可以將第一功率輸出變換為由大於第一電壓的第二電壓表徵的第二功率輸出。功率變換設備還可以保持PV電池的峰值功率。
文檔編號H01L31/042GK101978510SQ200980109824
公開日2011年2月16日 申請日期2009年1月21日 優先權日2008年1月18日
發明者達拉斯·W.·邁爾 申請人:騰克太陽能公司