用于發(fā)電的太陽能電池陣列模塊系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種模塊式太陽能電池板系統(tǒng)，其能使太陽能模塊的發(fā)電量最大化，被配置于，在所述的太陽能電池處于部分陰暗或光線遮擋的條件的情況下，最大化多個(gè)太陽能電池的發(fā)電量。所述模塊式太陽能電池板系統(tǒng)包括：十字交叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)陣列，其中所述太陽能電池經(jīng)常受到至少部分的陰暗的影響，并且，其中本發(fā)明提供了創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，其最小化由陰暗造成的損害。
【專利說明】用于發(fā)電的太陽能電池陣列模塊系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于發(fā)電的太陽能電池陣列模塊系統(tǒng)，且更具體地，涉及一種有 助于使太陽能模塊中的發(fā)電量最大化的太陽能陣列模塊系統(tǒng)，其被配置為減少光線遮擋以 及使相互連接成矩陣結(jié)構(gòu)的多個(gè)太陽能電池的發(fā)電量最大化。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏電池已被廣泛應(yīng)用于各種各樣的應(yīng)用中以產(chǎn)生便捷的電力。通常地，單個(gè)太 陽能電池可產(chǎn)生0.5V左右的輸出電壓，而多個(gè)太陽能電池，以硅基的為代表，通常被串聯(lián) 起來以產(chǎn)生更高的電壓級(jí)。太陽能電池陣列中，太陽能電池通常為相互連接的，其如提交于 2011年1月23日的序列號(hào)為W0/2011/089607的公開的PCT專利申請所描述的，該申請與 本申請為同一發(fā)明人且共有，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。
[0003] 太陽能電池陣列，其具有十字交叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，典型地具體實(shí)施在單個(gè)太陽能模塊 中，其中每個(gè)太陽能電池陣列模塊包括多個(gè)太陽能電池。所述太陽能模塊通常被傾斜以面 向太陽，并隨太陽的軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，在黎明與黃昏時(shí)，太陽的角度非常低，因而一個(gè)模塊 會(huì)投射陰影到與其相鄰的模塊的一部分上，典型地為太陽能電池陣列模塊的更下排的電池 上。光線也可能由于灰塵或雪而被阻擋或遮蔽，同樣較典型地發(fā)生在太陽能電池陣列模塊 的更下排的電池近處。因此，光線遮擋造成模塊中的發(fā)電量的大量減少。
[0004] 太陽能電池陣列模塊通常是太陽能電池系統(tǒng)的一部分，所述太陽能電池系統(tǒng)包括 被布置成陣列的結(jié)構(gòu)的多個(gè)太陽能電池陣列模塊?，F(xiàn)參照圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的太陽能電 池陣列模塊100中的傾斜式太陽能模塊的幾何結(jié)構(gòu)，其傾角為β。在此例中，太陽能電池 陣列模塊100a和100b被布置于一個(gè)基本水平的平面上，其中，對(duì)于太陽而言，太陽能電池 陣列模塊100a被定位于太陽能電池陣列模塊100b之前。當(dāng)太陽以傾角α高于地平線時(shí)， 太陽能電池陣列模塊l〇〇a長為1，投射在地面上的陰影位移為d，沒有陰影投射于太陽能電 池陣列模塊l〇〇b上。但是，當(dāng)太陽處于比α更低的傾角時(shí)，設(shè)為α 2，太陽能電池陣列模塊 l〇〇a同樣將陰影投射于太陽能電池陣列模塊100b的下部區(qū)域上。在此示例中，太陽能電池 陣列模塊l〇〇a將陰影投射于太陽能電池陣列模塊100b的定界在匕與P 2之間的區(qū)域之上， 此時(shí)只有布置于P2與Pi之間的太陽能電池可產(chǎn)生電能。
[0005] 同樣參照圖2,示意性地圖示了一個(gè)水平放置的太陽能電池陣列模塊100的示例， 其包含太陽能電池110的十字交叉網(wǎng)絡(luò)。在此示例中，太陽能電池陣列模塊100包括50個(gè) 太陽能電池110,被排列成10列（"串"1至10) 130和5行（a至e) 120,其中每列包含5個(gè) 太陽能電池110,基于內(nèi)部互連132連接而形成行120。如果，舉例而言，所有50個(gè)太陽能電 池110被照射，太陽能電池陣列模塊100在負(fù)載R上產(chǎn)生180W的功率，以總電流為Imax (A) 的I。不幸地是，這種放置下的十字交叉網(wǎng)絡(luò)并不能解決光線遮擋問題。當(dāng)太陽能電池110 處于電池中特定的行而被遮蓋或因其他原因處于陰影中時(shí)，其因此不具有電活性，其中處 于所述行的每個(gè)電池實(shí)際上阻礙了在太陽能電池陣列110上各自列（電池串）120中的電 傳輸，因此降低了所能產(chǎn)生的能量的量。
[0006] 所述"十字交叉"實(shí)現(xiàn)涉及相同發(fā)明人做出的先前描述的發(fā)明，其公開于序列號(hào)為 W0/2011/089607的公開的PCT專利申請中，其全部內(nèi)容通過引用合并于此，恰似在此完整 描述一樣。"十字交叉"實(shí)現(xiàn)是一種電布線結(jié)構(gòu)，其電池間的電互連是根據(jù)一個(gè)互連所有相 鄰電池的規(guī)則網(wǎng)格式樣所確定的。相反地，當(dāng)前主張的發(fā)明所涉及到的電互連均非必須根 據(jù)規(guī)則網(wǎng)格式樣來確定。
[0007] 然而，在先前描述的發(fā)明的布置中的十字交叉網(wǎng)絡(luò)并未解決光線遮擋問題。當(dāng)電 池的特定行中的太陽能電池110被遮蔽或因其他原因處于陰影中時(shí)，會(huì)因此不具有電活 性，其中處于所述行的每個(gè)電池實(shí)際上阻礙了在太陽能電池110上各自列（電池串）120中 的電傳輸，因此降低了所能產(chǎn)生的能量的量。
[0008] 舉例而言，如圖3a所示，當(dāng)所有處于示例太陽能電池陣列模塊100中的行122中 的太陽能電池110,例如最底行122e，僅作為示例，其被完全遮擋（也就是說，到達(dá)行122e 的太陽能電池 110的光線被遮擋），電池 110中每個(gè)串中的電流為0A，因?yàn)椴荒苄纬赏暾?電流回路。盡管十字交叉結(jié)構(gòu)意味著太陽能電池110分別并聯(lián)到分別鄰近的串中的太陽能 電池110,由于行122e中的相應(yīng)的太陽能電池110阻斷了電路，由被照射到的太陽能電池 110產(chǎn)生的電流并沒有到達(dá)負(fù)載R的通路。圖3示意性地圖示了太陽能電池陣列模塊100 的一種變形，其中太陽能電池陣列模塊100工作于沒有光線遮擋的條件下。電流I流過太 陽能電池110的串112。然而，當(dāng)如最底行122e的行122中的太陽能電池110被完全遮擋， 如圖3c所示，被遮擋的電池 110截?cái)嗔穗娏鱅的流通。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，因此有一種需求，并且其能有助于具有一種或 更多種太陽能電池110間相互連通的結(jié)構(gòu)，其位于一個(gè)具有十字交叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的太陽能電 池陣列模塊之中，其中這樣的結(jié)構(gòu)能有助于使太陽能電池陣列模塊的發(fā)電量最大化，在所 述太陽能電池陣列模塊中，有一行或更多行的太陽能電池故障，所述太陽能電池陣列模塊 水平放置。如此被削減的性能可能是由于在一行或更多行中的太陽能電池的故障及/或到 達(dá)太陽能電池中一行或更多行的光線被遮擋所造成的。
[0010] 根據(jù)至少一些本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種太陽能電池陣列模塊，其包括向期望 應(yīng)用提供運(yùn)行電能的太陽能發(fā)電系統(tǒng)以及為最小化由常見的水平面光線遮擋所造成的電 能降級(jí)，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)太陽能電池陣列模塊，其物理大體水平放置。
[0011] 所述至少一個(gè)的太陽能電池陣列模塊包括：多個(gè)太陽能電池，其物理地以NXM矩 陣結(jié)構(gòu)排列，以及至少一個(gè)高效DC/DC電力變壓器，其電連接于太陽能電池的十字交叉矩 陣陣列，所述DC/DC電力變壓器被配置為將第一輸出電壓級(jí)提升到比第一輸出電壓級(jí)更高 的第二輸出電壓級(jí)，其中所述第一輸出電壓級(jí)不足以滿足期望應(yīng)用的工作電壓級(jí)的需求。
[0012] 預(yù)配置的數(shù)量（M)個(gè)所述太陽能電池電性上串聯(lián)以形成串聯(lián)單元串，所述串聯(lián)單 元串便于產(chǎn)生第一輸出電壓級(jí)。預(yù)配置的數(shù)量（N)個(gè)串聯(lián)單元串是并聯(lián)電連接以形成所述 太陽能電池的陣列，所述太陽能電池的陣列便于產(chǎn)生第一輸出電壓級(jí)。
[0013] 在每一串聯(lián)單元串中，一個(gè)所述串聯(lián)單元串的至少一個(gè)被選擇的太陽能電池也與 其他所有串聯(lián)單元串中各自的太陽能電池并聯(lián)電連接，以形成平面，所述平面與電十字交 叉N X Μ太陽能電池矩陣陣列電互連。
[0014] 本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種太陽能系統(tǒng)，其中NXM太陽能電池電十字交叉矩 陣陣列中的至少兩個(gè)太陽能電池不與所述NXM矩陣太陽能電池的物理配置中的相應(yīng)的太 陽能電池重疊。
[0015] 根據(jù)至少一些的本發(fā)明的實(shí)施例，所述的物理電池布局配置包含：將至少一個(gè)所 述太陽能電池與另一個(gè)太陽能電池至少交換位置一次，使其處于另一串聯(lián)單元串中且處于 不同的所述物理矩陣的行中，并且對(duì)于包含兩個(gè)已交換的太陽能電池的所有電池，保持電 路十字交叉矩陣的聯(lián)通性，以使所述NXM太陽能電池電路十字交叉矩陣陣列不與各自的 所述NX Μ矩陣太陽能電池的物理配置內(nèi)的相應(yīng)的太陽能電池重疊。
[0016] 根據(jù)至少一些的本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)N = Μ*2時(shí)，所述ΝΧΜ矩陣太陽能電池的所 述物理配置通過將物理矩陣細(xì)分為兩個(gè)Ν/2ΧΜ矩陣：左矩陣和右矩陣，而重新排布，其中 所述太陽能電池被成垂直的串。所述左矩陣的太陽能電池是通過這樣的方法被放置以形成 矩陣：該矩陣關(guān)于所述電路十字交叉矩陣陣列平面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，并由此，所述垂直的 串物理上成為水平的串。所述右矩陣的太陽能電池是通過這樣的方法被放置以形成矩陣： 該矩陣關(guān)于所述電路十字交叉矩陣陣列平面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，由此，所述垂直的串物理上 成為水平的串。相互連接所述太陽能電池以使每個(gè)所述新的串的" + "極與所述DC/DC電力 變壓器的" + "輸入端電連接，并且每個(gè)所述新的串的極與所述DC/DC電力變壓器的 輸入端連接。
[0017] 根據(jù)其他一些本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)N = Μ*2時(shí)，所述ΝΧΜ矩陣太陽能電池的物理 結(jié)構(gòu)通過將物理矩陣細(xì)分為兩個(gè)Ν/2ΧΜ矩陣：左矩陣和右矩陣，而被重新排布，其中所述 太陽能電池被排布成垂直的串。所述左矩陣的太陽能電池是通過這樣的方法被放置以形成 矩陣：該矩陣關(guān)于所述電路十字交叉矩陣陣列平面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，并由此，所述垂直的 串物理上成為水平的串。所述右矩陣的太陽能電池是通過這樣的方法被放置以形成矩陣： 該矩陣關(guān)于所述電路十字交叉矩陣陣列平面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，由此，所述垂直的串物理上 成為水平的串。相互連接所述太陽能電池以使每個(gè)所述新的串的" + "極與所述DC/DC電能 轉(zhuǎn)換器的" + "輸入端電連接，并且每個(gè)所述新的串的極與所述DC/DC電力變壓器的 輸入端連接。
[0018] 根據(jù)至少一些的本發(fā)明的實(shí)施例，所述ΝΧΜ矩陣太陽能電池的物理結(jié)構(gòu)通過將 物理矩陣細(xì)分為兩個(gè)大體相等的矩陣：左矩陣和右矩陣，而被重新排布，其中所述太陽能電 池被排布成垂直的串。每個(gè)所述左矩陣的太陽能電池被單獨(dú)地順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，其中旋轉(zhuǎn) 后的每一行太陽能電池都電互連成新的水平的串；每個(gè)所述右矩陣的太陽能電池被單獨(dú)地 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，其中旋轉(zhuǎn)后的每一行太陽能電池都電互連成新的水平的串。相互連接所 述太陽能電池以使每個(gè)所述新的串的" + "極與所述DC/DC電力變壓器的" + "輸入端電連接， 并且每個(gè)所述太陽能電池的極與所述DC/DC電力變壓器的輸入端連接，從而形成 電池物理布局結(jié)構(gòu)，使得至少一行的所述太陽能電池的多數(shù)位置上的光線阻擋而引起的電 力降級(jí)最小化。
[0019] 根據(jù)其他一些本發(fā)明的實(shí)施例，所述ΝΧΜ矩陣太陽能電池的物理結(jié)構(gòu)通過將物 理矩陣細(xì)分為兩個(gè)大體相等的矩陣：左矩陣和右矩陣，而重新排布，其中所述太陽能電池被 排布成垂直的串。每個(gè)所述左矩陣的太陽能電池被單獨(dú)地逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，其中旋轉(zhuǎn)后的 每一行太陽能電池都電連接成新的水平的串；每個(gè)所述右矩陣的太陽能電池被單獨(dú)地順時(shí) 針旋轉(zhuǎn)90°，其中旋轉(zhuǎn)后的每一行太陽能電池都電互連成新的水平的串。相互連接所述太 陽能電池以使每個(gè)所述新的串的" + "極與所述DC/DC電力變壓器的" + "連線連接，并且每個(gè) 所述新的串的極與所述DC/DC電力變壓器的連線連接，從而形成電池物理布局結(jié) 構(gòu)，使得至少一行的所述太陽能電池的多數(shù)位置上的光線阻擋而引起的電力降級(jí)最小化。
[0020] 所述電力變壓器從包含主要由以下部件構(gòu)成的組中選擇的：至少一個(gè)DC/DC電力 變換器、至少一個(gè)DC/DC變壓器、至少一個(gè)的集成了至少一個(gè)DC/DC變壓器上的電力變換 器，或其組合。
[0021] 所述至少一個(gè)太陽能電池陣列模塊進(jìn)一步包括：多個(gè)高效能DC/DC變壓器和/或 DC/DC電力變換器和/或其組合，其輸出端相互并聯(lián)連接，并且電連接到所述太陽能電池的 十字交叉矩陣陣列或任何其他類型的太陽能電池十字交叉矩陣陣列，其中所述至少兩個(gè)高 效DC/DC變壓器和/或DC/DC電力變換器中每一個(gè)被配置為提供期望的明顯更高的系統(tǒng)輸 出電壓。
[0022] 所述至少一個(gè)的太陽能電池陣列模塊進(jìn)一步包括：k個(gè)DC/DC電力變換器，其輸出 端相互并聯(lián)連接，且電連接于所述太陽能電池的十字交叉矩陣陣列或其他任意類型的太陽 能電池十字交叉矩陣陣列，其中所述k個(gè)高效DC/DC電力變換器中每一個(gè)的占空比為T/k， T是k個(gè)高效DC/DC電力變換器中每一個(gè)的開關(guān)周期，如此，由k個(gè)高效DC/DC電力變換器 中的每一個(gè)產(chǎn)生的電流脈沖在每個(gè)周期中是時(shí)間上級(jí)聯(lián)的，并且集成以產(chǎn)生大體直流輸入 電流。
[0023] 任選地及優(yōu)選地，所述電流脈沖具有些許交迭，其中所述交迭為零或更大。所述交 迭有助于提高變壓器的效率及降低損耗?？蛇x地，可以在沒有交迭，甚至在電流脈沖間有平 滑間隔的情況下運(yùn)行。
[0024] 所述至少一個(gè)的太陽能電池陣列模塊，其作為一個(gè)已調(diào)整的太陽能電池陣列模 塊，進(jìn)一步包括：附加 DC/DC變壓器，其具有可控的輸出電壓；模塊調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，所述模塊調(diào) 節(jié)子系統(tǒng)包含模塊處理器；以及電壓監(jiān)測器，其用于監(jiān)測至少一個(gè)太陽能電池陣列模塊的 輸出功率級(jí)，其中所述附加 DC/DC變換器包括控制器。
[0025] 所述模塊處理器與所述電壓監(jiān)測器保持通信流，從而獲取當(dāng)前的輸出功率級(jí)，且 模塊處理器也與所述控制器保持通信流，從而基于所述當(dāng)前輸出功率級(jí)來控制所述輸出功 率級(jí)。所述附加 DC/DC變換器與至少一個(gè)高效DC/DC電力變壓器/變換器組合，從而在不 同光照、溫度和其他條件下為太陽能模塊提供最大功率輸出，以及最大化太陽能模塊的發(fā) 電量。
[0026] 所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括：處理器和電壓表，其用于監(jiān)測輸出電壓的 恒定電壓級(jí)，其中所述附加 DC/DC變換器包括控制器。所述處理器與所述電壓表保持通信 流，從而獲取當(dāng)前輸出電壓的功率級(jí)，并且所述模塊處理器與所述控制器保持通信流，從而 基于所述當(dāng)前輸出電壓的功率級(jí)，控制所述輸出電壓的恒定級(jí)。
[0027] 所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其作為已調(diào)整的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，進(jìn)一步包括：中央控制系 統(tǒng)，其具有中央控制器。所述已調(diào)整的太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括：布置于至少一串已調(diào)整的太陽 能電池陣列模塊中的多個(gè)太陽能電池陣列模塊。所述中央控制器可操作地控制所述模塊控 制器以控制各自的太陽能1旲塊的串的最大功率輸出。所述中央控制系統(tǒng)的所述中央控制器 也監(jiān)視并控制所述至少一個(gè)已調(diào)整的太陽能電池陣列模塊的串中的每一個(gè)的輸出電壓，以 在不同光照、溫度和其他條件下，提供至少一串已調(diào)節(jié)的太陽能電池陣列模塊的最大功率 輸出。
[0028] 預(yù)配置數(shù)量的所述已調(diào)整的太陽能電池陣列模塊可以串聯(lián)連接，以形成太陽能電 池陣列模塊的串，其中所述太陽能電池陣列模塊產(chǎn)生第三輸出電壓級(jí)。
[0029] 所述第三輸出電壓級(jí)大體上足夠符合期望的應(yīng)用操作電壓級(jí)的需求。
[0030] 預(yù)配置數(shù)量的太陽能模塊的串并聯(lián)電連接，以形成太陽能電池陣列模塊的陣列， 其中所述太陽能電池陣列模塊的陣列產(chǎn)生第四輸出功率級(jí)。
[0031] 所述第四輸出功率級(jí)大體上足夠符合期望的應(yīng)用操作功率級(jí)的要求。
[0032] 所述DC/DC電力變壓器/變換器包括高速M(fèi)0SFE晶體T管或其他合適種類的高速 開關(guān)晶體管。
[0033] 本發(fā)明的一方面是提供一個(gè)包含多個(gè)太陽能陣列模塊的太陽能系統(tǒng)，其工作在自 己的最大功率點(diǎn)（MPP)以使發(fā)電量最大化。
[0034] 本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種太陽能系統(tǒng)，其包括：多個(gè)太陽能電池陣列模塊，其 工作在系統(tǒng)MPP上且每個(gè)太陽能系統(tǒng)的串都具有相同的電壓以使發(fā)電量最大化。
[0035] 應(yīng)注意的是，在本公開中，本發(fā)明是利用文字及相關(guān)圖示所描述的。公式只是作為 對(duì)技術(shù)人員可能的幫助，并應(yīng)當(dāng)不被認(rèn)為是以任何方式限制本發(fā)明。多種其他的等式可由 本領(lǐng)域的技術(shù)人員使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036] 結(jié)合附圖及下文給出的詳細(xì)描述可以完全理解本發(fā)明，但這些僅用于圖示及示 例，因此并不在任何方面限制本發(fā)明的范圍，其中 ：
[0037] 圖1 (現(xiàn)有技術(shù)）是圖示了太陽能系統(tǒng)中傾斜的太陽能電池陣列模塊的幾何結(jié)構(gòu) 示意圖，傾斜的角度為β，其中第一個(gè)太陽能電池陣列模塊投射陰影于第二個(gè)太陽能電池 陣列模塊的部分上；
[0038] 圖2(現(xiàn)有技術(shù)）是圖示了太陽能電池陣列模塊的示例的示意圖，其包括太陽能電 池的十字交叉網(wǎng)絡(luò)；
[0039] 圖3a(現(xiàn)有技術(shù)）是圖示了圖2中所示的太陽能電池陣列模塊的示意性結(jié)構(gòu)圖， 其中電池的較低行中的太陽能電池被遮蓋，因而光線被減少或沒有到達(dá)其上；
[0040] 圖3b (現(xiàn)有技術(shù)）是圖示了圖2所示的太陽能電池陣列模塊的變型例的示意性結(jié) 構(gòu)圖；
[0041] 圖3c (現(xiàn)有技術(shù)）圖示了如圖3b所示的示意性結(jié)構(gòu)圖，其中電池中較低行的太陽 能電池被遮擋，因此光線被減少或沒有到達(dá)其上，所以大量地減少了太陽能電池陣列模塊 系統(tǒng)的發(fā)電量；
[0042] 圖4是太陽能電池陣列模塊的示意性圖示，其中所述太陽能電池被照射且部分遮 擋，如圖3所示，并且其中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述太陽能電池以電互連配置，使電流繞 過故障的太陽能電池；
[0043] 圖5(現(xiàn)有技術(shù)）是圖示了太陽能電池陣列模塊的示例的示意圖，包括在5X10的 太陽能電池矩陣中的太陽能電池十字交叉網(wǎng)絡(luò)；
[0044] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的太陽能電池陣列模塊的示意圖，其中太陽能電池電 性上等同于圖5中的示例性十字交叉矩陣結(jié)構(gòu)，然而，所述太陽能電池被配置為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)； [0045] 圖7(現(xiàn)有技術(shù)）是圖示了太陽能電池陣列模塊的示例的示意圖，包括在6X12的 太陽能電池矩陣中的太陽能電池十字交叉網(wǎng)絡(luò)；
[0046] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的太陽能電池陣列模塊的示意圖，其中太陽能電池電 性上等同于圖7所示的示例性十字交叉矩陣結(jié)構(gòu)，然而，所述太陽能電池被配置為旋轉(zhuǎn)結(jié) 構(gòu)；
[0047] 圖9(現(xiàn)有技術(shù)）是圖示了太陽能電池陣列模塊的示例的示意圖，包括在6X 10的 太陽能電池矩陣中的太陽能電池十字交叉網(wǎng)絡(luò)；
[0048] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的太陽能電池陣列模塊的示意圖，其中所述電池電 性上等同于圖9中所示的示例性十字交叉矩陣結(jié)構(gòu)，然而，所述太陽能電池被配置為旋轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)；
[0049] 圖11 (現(xiàn)有技術(shù)）是圖示了太陽能電池陣列模塊的示例的示意圖，包括太陽能電 池的十字交叉網(wǎng)絡(luò)以及變換器，變換器連接到太陽能電池陣列的引出端；
[0050] 圖12是圖示了太陽能電池陣列模塊的示例的示意圖，包括太陽能電池十字交叉 網(wǎng)絡(luò)和η個(gè)變換器和/或η個(gè)DC/DC變壓器，其連接到所述太陽能電池陣列的引出端，根據(jù) 本發(fā)明的變型例，所述變換器將輸入電壓電平轉(zhuǎn)換到明顯更高的輸出電壓電平；
[0051] 圖13(現(xiàn)有技術(shù)）是電能變換器或DC/DC變壓器的開關(guān)時(shí)間的圖示，其與太陽能 電池陣列模塊相結(jié)合，在有效恒定值且僅小于50% /50%的占空比下工作；
[0052] 圖14是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的4個(gè)電能變換器或4個(gè)DC/DC變壓器的開關(guān)時(shí)間 的圖示，其與太陽能電池陣列模塊相結(jié)合，在25% /75%的占空比下工作；
[0053] 圖15 (現(xiàn)有技術(shù)）是典型的太陽能電池陣列模塊在不同電池溫度及不同輻照度級(jí) 別下的電流-電壓特性，其包括最大功率點(diǎn)調(diào)節(jié)區(qū)域的電壓范圍；
[0054] 圖16(現(xiàn)有技術(shù)）圖示了太陽能電池陣列系統(tǒng)的示例的示意圖，其具有多個(gè)模塊， 其中每一個(gè)模塊都包括太陽能電池的十字交叉網(wǎng)絡(luò)和η個(gè)變換器和/或η個(gè)DC/DC變壓器， 其連接到太陽能電池陣列的引出端，其中該系統(tǒng)包括DC/AC逆變器；
[0055] 圖17是圖示了太陽能電池陣列模塊的第一示例的示意圖，包括太陽能電池的十 字交叉網(wǎng)絡(luò)的陣列和一個(gè)主DC/DC變壓器或幾個(gè)DC/DC變壓器（未圖示），或主變換器或幾 個(gè)主變換器（未圖示），其連接到太陽能電池陣列的引出端，以及附加變換器或幾個(gè)變換器 (未圖示），其中輸入是自主DC/DC變壓器或變換器的輸出所饋送的。所述附加變換器的輸 出與一個(gè)/多個(gè)主DC/DC變壓器或一個(gè)/多個(gè)變換器的輸出相串聯(lián)；
[0056] 圖18是圖示了的太陽能電池陣列模塊的第二示例的示意圖，包括太陽能電池的 十字交叉網(wǎng)絡(luò)的陣列和主DC/DC變壓器或幾個(gè)DC/DC變壓器（未圖示），或主變換器或幾 個(gè)主變換器（未圖示），以及附加變換器或幾個(gè)附加變換器（未圖示），其輸入連接到太陽 能電池陣列的引出端，并且其輸出與一個(gè)/多個(gè)主DC/DC變壓器或一個(gè)/多個(gè)變換器相串 聯(lián)；
[0057] 圖19是圖示了太陽能電池陣列模塊的示例的示意圖，包括太陽能電池的十字交 叉網(wǎng)絡(luò)的陣列和一個(gè)/多個(gè)主DC/DC變壓器或一個(gè)/多個(gè)主變換器，以及一個(gè)/多個(gè)附加 變換器，變換器的輸出電壓/電流表，微處理器，通過借助附加變換器電壓參考的控制器改 變模塊的輸出電壓，以達(dá)到太陽能電池陣列模塊的ΜΡΡ ;
[0058] 圖20(現(xiàn)有技術(shù)）是圖示了一個(gè)太陽能電池陣列系統(tǒng)的示例的示意圖，其具有多 個(gè)太陽能電池陣列模塊串。每個(gè)串都具有不同的電壓（Vm…Vn);
[0059] 圖21是圖示了太陽能電池陣列模塊的示例的示意圖，包括一個(gè)太陽能電池的十 字交叉網(wǎng)絡(luò)的陣列和一個(gè)/多個(gè)主DC/DC變壓器或一個(gè)/多個(gè)主變換器，以及一個(gè)/多個(gè) 附加變換器，變換器的輸出電壓/電流表，微處理器，發(fā)送器和接收器，用于向總系統(tǒng)中央 控制器（CC)發(fā)送來自太陽能電池陣列模塊的測量數(shù)據(jù)，及將CC的命令發(fā)送至每個(gè)太陽能 電池陣列模塊以調(diào)節(jié)輸出電壓；
[0060] 圖22是圖示了太陽能電池陣列系統(tǒng)的示例的示意圖，其具有多個(gè)太陽能電池陣 列模塊串。每個(gè)太陽能電池陣列模塊（具有連接在十字交叉網(wǎng)絡(luò)中的太陽能電池陣列）具 有MPP/電壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)。每個(gè)串都具有相同的電壓（Vm = Vn)。中央系統(tǒng)控制器（CC)借 助接收器接收關(guān)于每個(gè)太陽能電池陣列模塊的電壓、電流和輸出功率的測量數(shù)據(jù)，并且CC 借助發(fā)送器將輸出用于電壓調(diào)節(jié)的指令發(fā)送至每個(gè)太陽能電池陣列模塊；
[0061] 圖23是圖示了太陽能電池陣列常規(guī)模塊的示例的示意圖，包括變換器和串聯(lián)的 太陽能電池陣列，當(dāng)變換器的輸入連接到太陽能電池陣列的引出端且其輸出與模塊的輸出 串聯(lián)并輸出，如此所述模塊的輸出電壓是太陽能電池和變換器電壓的和。此外還圖示了變 換器和太陽能電池陣列模塊輸出電壓/電流表，微處理器，發(fā)送器和接收器，其用于自太陽 能電池陣列模塊向總太陽能電池陣列系統(tǒng)的中央控制器（CC)發(fā)送測量數(shù)據(jù)，及將用于輸 出電壓調(diào)節(jié)的CC指令發(fā)送至每個(gè)太陽能電池陣列模塊；
[0062] 圖24是圖示了常規(guī)太陽能電池陣列模塊（包括串聯(lián)的太陽能電池陣列）系統(tǒng)的 示例的示意圖，其具有太陽能電池陣列模塊的多個(gè)串。每個(gè)太陽能電池陣列模塊具有MPP/ 電壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)。每個(gè)串具有相同的電壓（Vm = Vn)。中央系統(tǒng)控制器（CC)借助接收器接 收關(guān)于每個(gè)太陽能電池陣列模塊電壓、電流和輸出功率的測量數(shù)據(jù)，且CC借助發(fā)送器將用 于輸出電壓調(diào)節(jié)的指令發(fā)送至每個(gè)太陽能電池陣列模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0063] 參照描述了本發(fā)明具體實(shí)例的附圖，下文中對(duì)此發(fā)明的表述將更加完整。應(yīng)注意 的是，不同種類的電連接、變換器、變壓器、太陽能電池等是可選擇地基于之前說明的PCT 申請?zhí)枮閃0/2011/089607的教導(dǎo)，以確保完整的、授權(quán)公開需求。然而，本發(fā)明可能包含 多個(gè)不同的形式，且不應(yīng)理解為被本文陳列的實(shí)施例所限制；當(dāng)然，既然已經(jīng)給出了這些實(shí) 例，本文將會(huì)詳盡且完整地闡述這些實(shí)施例，并向本領(lǐng)域的技術(shù)人員完整地說明本發(fā)明的 范圍。
[0064] 除非特別定義，本文所采用的科技術(shù)語具有其被本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所慣 常理解的意義。此處給提出的方法和示例僅為說明使用，并不意味著加以限制。
[0065] 現(xiàn)參照圖4,示意性地圖示了太陽能電池陣列模塊200的示例，根據(jù)本發(fā)明的變型 例，其中所有的太陽能電池都電互連在十字交叉矩陣結(jié)構(gòu)中，以使電流繞過故障的太陽能 電池。互相連接太陽能電池的行與列的這種方法在領(lǐng)域中被知曉；然而，圖4所示的示例性 實(shí)例的太陽能電池陣列200特征在于多個(gè)太陽能電池，其中至少有一個(gè)太陽能電池與另一 個(gè)太陽能電池交換了物理上的位置，并跳過至少一列或至少一行，優(yōu)選為其組合，沒有改變 具有十字交叉矩陣結(jié)構(gòu)的電互連。換句話說，太陽能電池陣列模塊200包括：至少一個(gè)的第 一太陽能電池，其電連接于至少一個(gè)的第二太陽能電池上，其中所述至少一個(gè)的第一及第 二太陽能電池物理上并不位于鄰近的行或列，而是優(yōu)選地，在不改變十字交叉矩陣互連結(jié) 構(gòu)的條件下下位于不相鄰的行與不相鄰的列上。
[0066] 根據(jù)本發(fā)明，圖4圖示了太陽能電池陣列模塊200,其包含多個(gè)被布局成陣列的太 陽能電池100,特征在于多行的太陽能電池110,在此非限制性的示例中以行a- e標(biāo)記，以及 多列或多串的太陽能電池110,在此非限制性的示例中以串1-10標(biāo)記。在圖4所示的示例 中，太陽能電池陣列模塊200包括：被光照射的太陽能電池110的行222a-d及被完全遮擋 的行222e。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，太陽能電池110在結(jié)構(gòu)中電互連，因此允許電流繞 過未發(fā)電的太陽能電池110,如行222e中的太陽能電池。行222e中的太陽能電池110可 能任選地被遮擋或遮蔽，并/或可能任選地因其他原因而故障。當(dāng)行222e中的一個(gè)或更多 的太陽能電池110被遮蔽，由于行222e中的一個(gè)或更多的太陽能電池110被分流，在不改 變所述十字交叉矩陣的互連結(jié)構(gòu)的情況下，所述被遮擋的或因其他原因故障的太陽能電池 110物理上的行將不會(huì)使電路斷開。
[0067] 在圖4所示的非限制性示例中，太陽能電池110陣列中的五個(gè)物理行（標(biāo)記為 "a"、"b"…"e"）以及十個(gè)物理列或串（標(biāo)記為"1"、"2"…"10"）以如下順序電互相：
[0068] 串 1 :1a，lb，lc，Id 和 2b ;
[0069] 串 2 :2a，le，2c，2d 和 2e ;
[0070] 串 3 :3a，3b，3e，3d 和 3c ;
[0071] 串4:4&，牝，4。，4(1和46;
[0072] 串 5 :5a，5b，5c，5d 和 7c ;
[0073] 串 6 :6a，6b，6c，6d 和 6e ;
[0074] 串 7 :7a，7b，5e，7d 和 7e ;
[0075] 串8:8&，813,8。，8(1和86;
[0076] 串 9 :9a，9b，9e，9d 和 9c ;
[0077] 串 10 :10a，10b，10c，lOd和 10e。
[0078] 因此，經(jīng)由太陽能電池 lb和太陽能電池3b_10b繞過故障的（或被遮擋的）太陽 能電池 le ;經(jīng)由太陽能電池2b和太陽能電池3c，7c，9c繞過不正常工作的太陽能電池2e ; 經(jīng)由太陽能電池 lc，2c和/或太陽能電池4c，5c，6c，8c，10c繞過故障的太陽能電池3e ;經(jīng) 由太陽能電池2b，3c和太陽能電池7c，9c繞過故障的太陽能電池4e ;經(jīng)由太陽能電池 lc， 2c，4c，5c，6c和太陽能電池8c，10c繞過故障的太陽能電池5e ;經(jīng)由太陽能電池2b，3c和太 陽能電池7c，9c繞過故障的太陽能電池6e ;經(jīng)由太陽能電池2b，3c，7c，和太陽能電池9c繞 過故障的太陽能電池7e ;經(jīng)由太陽能電池2b，3c，7c和太陽能電池9c繞過故障的太陽能電 池8e ;經(jīng)由太陽能電池 lc，2c，4c，5c，6c，8c，10c繞過故障的太陽能電池9e ;經(jīng)由太陽能電 池2b，3c，7c，9c繞過故障的太陽能電池10e。再次說明，故障是指一個(gè)或幾個(gè)特定的太陽能 電池110上的光線被遮擋的情況，因此所述一個(gè)或幾個(gè)電池110無法產(chǎn)生電流。
[0079] 為了明確，故障可選地且優(yōu)選地指一個(gè)或幾個(gè)特定的太陽能電池110上的光線被 遮擋且因此所述一個(gè)或幾個(gè)電池110無法產(chǎn)生電流的情況。
[0080] 因此，根據(jù)至少一些實(shí)例，每一行和/或每一列中的至少一個(gè)太陽能電池是與另 一非相鄰行和/或列的至少一個(gè)太陽能電池互相連接并且不改變十字交叉矩陣互相連接 的基本結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，在每一行和/或每一列中的多個(gè)太陽能電池都是如此互相連接的。更 優(yōu)選地，在每一行和/或每一列中的多個(gè)太陽能電池都是如此互相連接的。最優(yōu)選地，在每 一行和每一列中的多個(gè)太陽能電池都是如此互相連接的。僅示例說明，也許至少有20%的 太陽能電池110相互連接；優(yōu)選地有至少50%的太陽能電池互相連接。
[0081] 根據(jù)圖4的示例，由在行a-d中的太陽能電池110所產(chǎn)生的相當(dāng)大部分的電力被 利用，這是因?yàn)樘柲茈姵?b，3c，7c和9c在物理上位于被充分照射的行且遠(yuǎn)離光線被遮 擋的底部行122e，且不改變十字交叉矩陣互連。這使得電路維持運(yùn)作并保持電流I的流動(dòng)。 太陽能電池 le，3e，5e和9e在物理上位于光線被遮擋的底部行122e，因此無法產(chǎn)生電能和 電流，但是分流的電互連使得剩下的電路保持運(yùn)作并保持電流I的流動(dòng)，這是因?yàn)樗鲭?池的十字交叉矩陣互連并未改變。
[0082] 應(yīng)注意的是，由于被照射的太陽能電池及上述分流的電互連，流經(jīng)負(fù)載R的電流 比最大電流小，但大于0A，其大小基于運(yùn)作的分流太陽能電池110的數(shù)量。雖然被分流，更 多數(shù)量的運(yùn)作的分流太陽能電池110使太陽能電池陣列模塊200產(chǎn)生了更大的發(fā)電量。
[0083] 因此，太陽能電池100的原始的物理5X 10陣列以及陣列100的電十字交叉結(jié)構(gòu) 在太陽能電池陣列模塊200中被保持。
[0084] 圖4圖示了一種根據(jù)本發(fā)明實(shí)例的多個(gè)方面的可選組合，其特征在于在物理上直 接相鄰（或鄰近）的電池110之間至少有一個(gè)電互連，以及在物理上沒有直接相鄰（或鄰 近）的電池110之間至少有一個(gè)電互連。然而，所述太陽能電池陣列模塊的電十字交叉結(jié) 構(gòu)被保持。
[0085] 本發(fā)明的一方面是提供太陽能電池陣列模塊中太陽能電池110的另一種物理電 池布局結(jié)構(gòu)。參照圖5,其圖示了太陽能電池陣列模塊300的示例的示意圖，包括太陽能電 池100的十字交叉網(wǎng)絡(luò)，被配置成典型的5X10電池矩陣，具有電池串1-10和行322a-e。 在此例中，列的數(shù)量是行的兩倍。每一個(gè)電池100與鄰近的行和鄰近的列上的電池相連。同 時(shí)參照圖6,其為跟據(jù)至少一些本發(fā)明實(shí)例的太陽能電池陣列模塊400的示意圖，其中，太 陽能電池110的互連電性上等同于圖5所示的示例性的十字交叉矩陣結(jié)構(gòu)，然而，根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)例，所述太陽能電池110的串被放置為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。通過"旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)"，意味著太陽能電 池110的串的塊在被維持的物理矩陣中實(shí)質(zhì)上被轉(zhuǎn)動(dòng)到一個(gè)新的邏輯位置，從而至少一部 分的所述邏輯位置，例如，僅作為非限制性的示例，至少50%的太陽能電池110改變了。然 而，不是改變而是保持了它們的電性結(jié)構(gòu)。
[0086] 注意到太陽能電池110的串的已旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，假設(shè)太陽能電池陣列模塊300的物理 矩陣沿著所示的虛擬的線348被再分成兩個(gè)大體對(duì)稱的區(qū)塊，第一區(qū)塊340,包含太陽能電 池的串6-10,以及第二區(qū)塊342,包含太陽能電池的串1-5。假設(shè)第一區(qū)塊340關(guān)于虛擬的 軸345在341方向上旋轉(zhuǎn)90°，第二區(qū)塊342關(guān)于虛擬的軸345在343方向上旋轉(zhuǎn)90°，直 到太陽能電池陣列模塊300的邊緣346和347相鄰布置。在圖5中所示以及本領(lǐng)域已知的 所描述的第一區(qū)塊340及第二區(qū)塊342的虛擬旋轉(zhuǎn)被具體實(shí)施為太陽能電池陣列模塊400 中，其如圖6所示，并具體實(shí)施本發(fā)明的至少一些方面。圖5所示的在垂直方位的太陽能電 池的串1-5,現(xiàn)示于圖6中且具有水平方位；圖5所示的垂直方位的太陽能電池的串6-10， 現(xiàn)示于圖6中且具有水平方位。
[0087] 圖6圖示了太陽能電池陣列模塊400,其包含多個(gè)被排列成上述關(guān)于虛擬軸的變 換后的太陽能電池110的物理陣列。所述虛擬軸是圖5所示的軸345,其代表物理陣列的第 一種結(jié)構(gòu)。圖6所示的第二種結(jié)構(gòu)的陣列配置是由電池110的每一行的一部分（在此非限 制性示例中，50%或一半）對(duì)稱地繞虛擬軸345旋轉(zhuǎn)來確定的，但未改變電池110間的多個(gè) 電性連436 (其中為了清晰，僅一部分被圖示）。所述多個(gè)電互連436包含每個(gè)所示太陽能 電池110到多個(gè)（先前物理上的）相鄰的電池110的多個(gè)電互連?？蛇x地，所有先前物理 相鄰的電池110在先前描述的十字交叉實(shí)現(xiàn)中被如此互相連接。
[0088] 因此，初始的物理上的5X 10陣列的太陽能電池110和陣列300的電十字交叉結(jié) 構(gòu)被維持在太陽能電池陣列模塊400中。然而，與陣列300相比較，其電路被再配置，成為 兩個(gè)區(qū)塊，每一個(gè)區(qū)塊包括太陽能電池110的十字交叉矩陣：
[0089] 5*10 = 2* (5*5)。
[0090] 應(yīng)注意的是，太陽能模塊的電極（" + "和可能被反接，如下文所述的情況： 第一區(qū)塊340關(guān)于軸345 (其被放置于垂線348的上側(cè)）反向旋轉(zhuǎn)180°到方向341，以及 第二區(qū)塊342關(guān)于軸345 (其被放置于垂線348的上側(cè)）反向旋轉(zhuǎn)180°到方向343,直到 太陽能電池陣列模塊300的邊緣346和347被鄰近布置。
[0091] 應(yīng)進(jìn)一步注意的是，如圖6所示，為了獲得更大的功率輸出，所述模塊可能被配置 成水平或垂直放置而沒有限制，但優(yōu)先地將電池串1-5和6-10配置成水平放置。
[0092] 圖6中的模塊400還包括變換器450,如圖所示，其優(yōu)先地設(shè)為一個(gè)/多個(gè)DC-DC 變壓器，因?yàn)槠涓叩男识哂泻愣ǖ?0% /50%的占空比，與圖5中所示的僅僅包括變 換器350的當(dāng)前技術(shù)的配置不同?？蛇x地，可使用一個(gè)/多個(gè)DC-DC變壓器和變換器的組 合。
[0093] 圖7和圖8圖示了另一種配置對(duì)，其在圖7中展示了當(dāng)前技術(shù)的配置而在圖8中 展示了通過改變電池110的邏輯結(jié)構(gòu)而獲得的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
[0094] 同樣地，圖7是示意性地圖示了太陽能電池陣列模塊700的示例，其包含太陽能 電池110的十字交叉網(wǎng)絡(luò)，被配置成6X12電池矩陣，具有電池串1-12及行a-f。在此例 中，列的數(shù)量兩倍于行的數(shù)量。圖8是太陽能電池陣列模塊800的示意圖，其中太陽能電池 110的互連電性上等同于圖7所示的示例性十字交叉矩陣結(jié)構(gòu)，然而，根據(jù)本發(fā)明的變型實(shí) 施例，太陽能電池110的串被布置為邏輯上的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。圖7和圖8圖示了如上描述的分 別與圖5和圖6相關(guān)的類似原理。再次說明，與當(dāng)前技術(shù)的僅以變換器為特征的配置所不 同，圖8中的太陽能電池陣列模塊800以變換器850也可以優(yōu)選且無限制地是一個(gè)/多個(gè) DC-DC變壓器為特征?？蛇x地，可使用一個(gè)/多個(gè)DC-DC變壓器和變換器。
[0095] 應(yīng)進(jìn)一步注意的是，如圖8所示，為了獲得更大的功率輸出，所述模塊可能被配置 成水平或垂直放置，而沒有限制，但水平模塊放置時(shí)，最好將串1-6和7-12配置成水平放 置，如先前所描述的。
[0096] 因此，初始的物理上的5X 10陣列的太陽能電池110和陣列700的電十字交叉結(jié) 構(gòu)被維持在太陽能電池陣列模塊800中。然而，電性上的，所述陣列被重新配置成兩個(gè)電池 矩陣區(qū)塊：
[0097] 6*12 = 2*(6*6)。
[0098] 應(yīng)注意的是，太陽能模塊的電極（" + "和可被反接。
[0099] 圖9是示意性地圖示了太陽能電池陣列模塊500的示例，其包含太陽能電池110 的十字交叉網(wǎng)絡(luò)，被配置成6X 10電池矩陣，具有電池串1至10及行522a至f。再次說明， 對(duì)于圖5和圖7,在十字交叉矩陣結(jié)構(gòu)中，其各自的太陽能電池110被如此放置，使得其電連 接到鄰近的行和鄰近的列上的電池。
[0100] 圖10是太陽能電池陣列模塊600的示意圖，其中太陽能電池110的相互連接在電 性上等價(jià)于圖9所示的示例性的十字交叉矩陣結(jié)構(gòu)，然而，根據(jù)本發(fā)明的其他變型實(shí)例，太 陽能電池110的串被放置成邏輯上的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0101] 在圖9所示的示意性圖示中，太陽能電池110的陣列包括NXΜ個(gè)太陽能電池110， 其中Ν是列數(shù)，Μ是行數(shù)。所述陣列（500)沿著Ν軸被再分為兩個(gè)對(duì)稱的區(qū)塊。在圖10所 示的示例性實(shí)例中，Ν = 10且Μ = 6,意味著在此例的陣列中太陽能電池110的ΝΧΜ陣列 的數(shù)量為60。
[0102] 所述陣列（500)被細(xì)分成兩個(gè)對(duì)稱的區(qū)塊，其根據(jù)：
[0103]
【權(quán)利要求】
1. 一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其用于向期望的應(yīng)用提供運(yùn)行電力并且用于最小化由通常的 水平光線阻擋所造成的電力降級(jí)，所述系統(tǒng)包含物理上大體水平布置的至少一個(gè)太陽能電 池陣列模塊，其中所述至少一個(gè)太陽能電池陣列模塊包括： 多個(gè)太陽能電池，其物理地以NXM矩陣結(jié)構(gòu)排列，其中預(yù)配置的數(shù)量（M)個(gè)所述太陽 能電池串聯(lián)電連接，以形成串聯(lián)單元串，所述串聯(lián)單元串便于產(chǎn)生第一輸出電壓級(jí)； 其中預(yù)配置的數(shù)量（N)個(gè)所述串聯(lián)單元串并聯(lián)電連接以形成所述太陽能電池的陣列， 所述太陽能電池的所述陣列便于產(chǎn)生第一輸出功率級(jí)； 其中在每一所述串聯(lián)單元串中，一個(gè)所述串聯(lián)單元串的至少一個(gè)選定太陽能電池還與 其他所有串聯(lián)單元串中各自的太陽能電池并聯(lián)電連接，以形成平面，所述平面與電十字交 叉NXM太陽能電池矩陣陣列電互連；以及 其中，所述電互連的電十字交叉NXM太陽能電池矩陣陣列中的至少兩個(gè)太陽能電池 不與所述NXM太陽能電池矩陣的物理配置中的各太陽能電池重疊；以及 將至少一個(gè)高效DC/DC電力變壓器電連接于所述十字交叉太陽能電池矩陣陣列，當(dāng)所 述第一輸出電壓級(jí)不足以滿足所需應(yīng)用的工作電壓級(jí)要求時(shí)，所述DC/DC電力變壓器被配 置為將所述第一輸出電壓級(jí)提升到比所述第一輸出電壓級(jí)更高的第二輸出電壓級(jí)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述的物理電池布局結(jié)構(gòu)包含：將至 少一個(gè)所述太陽能電池與處于另一串聯(lián)單元串中且處于不同的所述物理矩陣的行中的另 一個(gè)太陽能電池至少交換位置一次，并且對(duì)于包含所述兩個(gè)已交換的太陽能電池的所有電 池，保持電十字交叉矩陣的連通性，以使所述電十字交叉NXM太陽能電池矩陣陣列不與所 述NXΜ太陽能電池矩陣的物理配置內(nèi)的各太陽能電池重疊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中當(dāng)N = ΜΧ2時(shí)，所述太陽能電池的 ΝΧΜ物理矩陣配置通過將所述物理矩陣細(xì)分為兩個(gè)Ν/2ΧΜ矩陣：左矩陣（340)和右矩陣 (342)，而重新排布，其中所述太陽能電池被布置成垂直串， 其中所述左矩陣的太陽能電池被布置成使得所述左矩陣的所述太陽能電池形成矩陣， 所述矩陣關(guān)于所述電十字交叉矩陣陣列平面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，并由此，所述垂直串物理上 成為水平串；其中所述右矩陣的太陽能電池被布置成使得所述右矩陣的所述太陽能電池形 成矩陣，所述矩陣關(guān)于所述電十字交叉矩陣陣列平面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，由此，所述垂直串物 理上成為水平串；以及 其中所述太陽能電池相互連接以使每個(gè)所述新串的" + "極與所述DC/DC電力變壓器的 " + "輸入端電連接，并且每個(gè)所述太陽能電池的極與所述DC/DC電力變壓器的輸入 端連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中當(dāng)N = Μ*2時(shí)，所述ΝΧΜ矩陣太陽能 電池的物理配置通過將所述物理矩陣再細(xì)分為兩個(gè)Ν/2ΧΜ矩陣：左矩陣（340)和右矩陣 (342)，而重新排布，其中所述太陽能電池被排布成垂直串， 其中所述左矩陣的太陽能電池被布置以使所述左矩陣的所述太陽能電池形成矩陣，所 述矩陣關(guān)于所述電路十字交叉矩陣陣列平面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，并由此，所述垂直串物理上 成為水平串；其中所述右矩陣的太陽能電池被布置以使所述右矩陣的所述太陽能電池形成 矩陣，所述矩陣關(guān)于所述電路十字交叉矩陣陣列平面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，由此，所述垂直串物 理上成為水平串；以及 其中所述太陽能電池相互連接以使每個(gè)所述新串的" + "極與所述DC/DC電力變壓器的 " + "輸入端電連接，并且每個(gè)所述新串的極與所述DC/DC電力變壓器的輸入端連 接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述NXM太陽能電池矩陣的物理結(jié)構(gòu) 通過將所述物理矩陣細(xì)分為兩個(gè)大致相等的矩陣：左矩陣（602)和右矩陣（604)，而重新排 布，其中所述太陽能電池被排布成垂直串， 其中所述左矩陣的太陽能電池被獨(dú)立順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，且其中所述已旋轉(zhuǎn)的太陽能 電池的每一行都電互連成新的水平串；其中所述右矩陣的太陽能電池被獨(dú)立逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 90°，且其中所述已旋轉(zhuǎn)的太陽能電池的每一行都電互連為新的水平串；以及 其中將所述太陽能電池相互連接使得每一個(gè)所述新串的" + "極與所述DC/DC電力變壓 器的" + "輸入端電連接，并且每一個(gè)所述新串的極與所述DC/DC電力變壓器的輸 入端連接，從而形成所述的物理上的電池布局結(jié)構(gòu)，使得至少一行的所述太陽能電池的多 數(shù)位置上的光線阻擋而引起的電力降級(jí)最小化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述NXM太陽能電池矩陣的物理結(jié)構(gòu) 通過將所述物理矩陣細(xì)分為兩個(gè)大致相等的矩陣：左矩陣（602)和右矩陣（604)，而重新排 布，其中所述太陽能電池被排布成垂直串， 其中所述左矩陣的太陽能電池獨(dú)立地逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，且其中所述已旋轉(zhuǎn)的太陽能電 池的每一行都將電互連為新的水平串； 其中所述右矩陣的太陽能電池獨(dú)立地順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，且其中所述已旋轉(zhuǎn)的太陽能電 池的每一行都將電互連為新的水平串；以及 其中將所述太陽能電池相互連接使得每一個(gè)所述新串的" + "極與所述DC/DC電力變壓 器的" + "輸入端電連接，并且每一個(gè)所述新串的極與所述DC/DC電力變壓器的輸 入端連接，從而形成所述的物理上的電池布局結(jié)構(gòu)，使得至少一行的所述太陽能電池的多 數(shù)位置上的光線阻擋而引起的電力降級(jí)最小化。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述電力變壓器是從主要由以下部件 構(gòu)成的組中選擇的：至少一個(gè)DC/DC電力變換器、至少一個(gè)DC/DC變壓器、與至少一個(gè)DC/ DC變壓器集成的至少一個(gè)DC/DC電力變換器，或其組合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7中所述的模塊化的太陽能系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)太陽能電池陣列 模塊進(jìn)一步包括：多個(gè)高效率DC/DC變壓器和/或多個(gè)DC/DC電力變換器和/或其組合，其 輸出端相互并聯(lián)連接，并且電連接于所述太陽能電池的十字交叉矩陣陣列或任何其他類型 的太陽能電池的十字交叉矩陣陣列，其中每一個(gè)所述至少兩個(gè)高效率DC/DC變壓器和/或 DC/DC電力變換器被配置為提供期望的明顯更高的系統(tǒng)輸出電壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)的太陽能電池陣列模 塊，其進(jìn)一步包括：k個(gè)高效率DC/DC電力變換器，其輸出端相互并聯(lián)連接，且電連接到所述 太陽能電池的十字交叉矩陣陣列或任意其他類型的太陽能電池的十字交叉矩陣陣列，其中 所述k個(gè)高效率DC/DC電力變換器中每一個(gè)的占空比為T/k，T是所述k個(gè)高效率DC/DC電 力變換器中的每一個(gè)的開關(guān)周期，因而由所述k個(gè)高效率DC/DC變壓器中的每一個(gè)產(chǎn)生的 電流脈沖在每個(gè)周期中是時(shí)間上級(jí)聯(lián)的，并且集成到一起以產(chǎn)生大體DC輸入電流。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述電流脈沖具有一些交迭，其中所 述交迭大于等于零。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)太陽能電池陣列模 塊，其作為一個(gè)經(jīng)過調(diào)節(jié)的太陽能電池陣列模塊（1500)，進(jìn)一步包括：附加 DC/DC變換器 (1360,1460,1560)，其具有可控的輸出電壓；模塊調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，所述模塊調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包含模 塊處理器（1590);以及電壓監(jiān)測器（1580)，其用于監(jiān)測所述至少一個(gè)太陽能電池陣列模塊 的輸出功率級(jí)， 其中所述附加 DC/DC變換器包括控制器（1562); 其中所述模塊處理器與所述電壓監(jiān)測器保持通信流，從而獲取當(dāng)前的輸出功率級(jí)； 其中所述模塊處理器與所述控制器保持通信流，從而基于所述當(dāng)前輸出功率級(jí)來控制 所述輸出功率級(jí)；以及 其中所述附加 DC/DC變換器與所述至少一個(gè)的高效率DC/DC電力變壓器/變換器組 合，從而在不同光照、溫度和其他條件下提供太陽能模塊的最大功率輸出，以及最大化太陽 能模塊的發(fā)電量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，進(jìn)一步包含處理器（1590)和電壓表 (1580)，其用于監(jiān)測所述輸出電壓的恒定級(jí)， 其中所述附加 DC/DC變換器包括控制器（1562); 其中所述處理器與所述電壓表保持通信流，從而獲取當(dāng)前輸出電壓的功率級(jí)；以及 其中所述模塊處理器與所述控制器保持通信流，從而基于所述當(dāng)前輸出電壓的功率 級(jí)，來控制所述輸出電壓的恒定級(jí)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其作為經(jīng)調(diào)節(jié)的太陽能發(fā)電系統(tǒng) (1800)，進(jìn)一步包括12a中央控制系統(tǒng)（1890)，其具有中央控制器（1870)， 其中所述經(jīng)調(diào)節(jié)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括被布置于至少一串經(jīng)調(diào)節(jié)的太陽能電池陣列 模塊中的多個(gè)太陽能電池陣列模塊； 其中所述中央控制器可操作地控制所述模塊處理器，從而控制各自的太陽能模塊的串 的最大功率輸出；以及 其中所述中央控制系統(tǒng)的所述中央控制器監(jiān)視并控制各所述至少一串經(jīng)調(diào)節(jié)的太陽 能電池陣列模塊的輸出電壓，從而在不同光照、溫度和其他條件下，提供所述至少一串經(jīng)調(diào) 節(jié)的太陽能電池陣列模塊的最大功率輸出。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中預(yù)配置數(shù)量的所述經(jīng)調(diào)節(jié)的太陽能 電池陣列模塊串聯(lián)電連接，以形成太陽能電池陣列模塊的串，其中所述太陽能電池陣列模 塊產(chǎn)生第三輸出電壓級(jí)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述第三級(jí)輸出電壓級(jí)大體上足夠 符合期望的應(yīng)用操作電壓級(jí)的要求。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中預(yù)配置數(shù)量的所述太陽能電池陣列 模塊的串并聯(lián)電連接，以形成太陽能電池陣列模塊的陣列，其中所述太陽能電池陣列模塊 的陣列產(chǎn)生第四級(jí)輸出功率級(jí)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述第四輸出功率級(jí)大體上足夠符 合期望的應(yīng)用操作功率級(jí)的要求。
18. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述DC/DC電力變壓器/變換器包括 高速M(fèi)OSFET晶體管或其他合適類型的高速開關(guān)晶體管。
【文檔編號(hào)】H01L31/02GK104272465SQ201380018678
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年3月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】鮑里斯·瓦特馬凱爾, 加比·帕斯 申請人:索拉瓦特有限公司