[发明专利]光伏模块串布置及其遮蔽保护

说明书

技术领域

本发明涉及光伏(PV)模块，更具体地，涉及配置PV电池以允许增加PV串的数量并且利用位于PV模块内的旁路二极管提供对所述串的遮蔽保护。

背景技术

包括晶体硅PV电池的PV模块的设计和制造已保持几乎不变超过三十年。典型的PV电池包括半导体材料，该半导体材料具有至少一个p-n结和具有集电电极的前侧表面和背侧表面。当照射传统的晶体PV电池时，其生成在约0.6V-0.62V处大约为34mA/cm²的电流。多个PV电池通常以串联和/或并联PV串的形式电互连，以形成与单个PV电池相比产生更高电压和/或电流的PV模块。

PV电池可以借助于由例如镀锡铜制成的金属片(tab)而互连成串。典型的PV模块可包括例如串联互连的36-100个PV电池，并且这些电池通常可组合成2至4个PV串，以实现比利用单个PV电池能够获得的电压更高的电压。

由于一般期望PV模块在户外工作通常25年而不退化，因此它们的构造必须承受各种天气和环境状况。例如，典型的PV模块构造包括使用透明的低铁钢化玻璃片，该玻璃片在模块的前侧上覆盖有一片聚合密封剂材料(诸如，乙酸乙烯酯)或一片热塑性材料(诸如，氨甲酸乙酯)。将PV电池的阵列以使得电池的前侧面对透明玻璃片的方式放置到聚合密封剂材料上。阵列的后侧覆盖有另外的密封剂材料层以及天气保护材料(诸如，DuPont的Tedlar)的背片(back sheet)层或玻璃片。另外的密封剂材料层和背片层通常具有开口以使得连接到模块中的PV串的电导体穿过背面密封剂层和天气保护材料的背片，从而提供到电路的连接。

对于具有两个PV电池串的阵列的PV模块，通常，四个导体被布置成穿过开口，以使得它们全部彼此邻近，因此它们可以端接(terminate)于安装在背片层上的接线盒中。玻璃、密封剂层、电池和背片层通常被真空层压，以除去气泡并且保护PV电池免受来自前侧和后侧以及还来自边缘的湿气渗透。在接线盒中实现PV串的电互连和到旁路二极管的连接。接线盒封接在PV模块的背面。

具有串联互连的PV电池的PV模块最好仅在用大致相似的光强度照射所有串联互连的PV电池时才运行。然而，即使PV模块布局内的一个PV电池被遮蔽，而所有其它电池都被照射，也会不利地影响整个PV模块，从而导致从PV模块输出的功率大大降低。表明了(“Numerical Simulation of Photovoltaic Generators with Shaded Cells”，V.Quaschning 和R.Hanitsch，30^th Universities Power Engineering Conference，格林威治，1995年9月5日至7日，第583-586页)当仅一个PV电池的仅75％被遮蔽(小于3％的模块面积)时，包括36个PV电池的光伏模块损失高达70％的所生成的功率。除了暂时的功率损失之外，由于当PV电池被遮蔽时其开始作为大电阻器而不是功率发生器起作用，因此模块会由于电池遮蔽而永久损坏。在该情形下，PV串中的其它PV电池将受遮蔽的电池暴露于驱动通过该大电阻器的电流的反向电压。该过程会导致受遮蔽的PV电池的击穿或将其加热到高温，如果该高温持续则其可能毁坏整个PV模块。为了减小在遮蔽情况下PV模块损坏的风险，实际上，所有PV模块根据所使用的具体PV模块设计和PV电池的质量，采用在每个PV串和/或整个模块上连接的旁路二极管(BPD)。

单个PV串中的PV电池的数量取决于PV电池质量，更特别地，取决于承受在甚至PV串内的一个电池被遮蔽的情况下会在该串中的所有太阳能电池上发生的反向电压击穿的能力。例如，对于反向击穿电压额定为14V、并且每个PV电池产生约0.56V的最大电压(Vmax)的具有良好质量的PV电池，一个串中的PV电池的数量不应超过24。对于由冶金硅制成的、通常具有7V的较低反向击穿电压的PV电池，不推荐在包括多于12个的电池的PV串中使用这样的PV电池。由于需要更复杂的PV电池布局，因此这为PV模块制造者带来了问题，并且这导致额外的高压线与汇流排的连接(bussing)以及接线盒数量的增加。这些复杂性会由于增加的串联电阻而导致功率损耗。