[发明专利]集成光伏模块

说明书

对在先申请的引用

本申请要求2010年4月1日递交的名称为″Photovoltaic SolarConcentrator with MultipleOutput Power Conditioning Components andFunctions Embedded at the Individual Optical Photovoltaic Cell Level″的美国专利申请No.61/320,149的优先权。

技术领域

本申请涉及太阳能领域。特别地，本申请涉及集中式光伏太阳能系统的优化。

背景技术

尽管太阳能是天然充裕的，但将太阳能有效地用作划算的电力源的能力仍然存在挑战。

太阳能通常由设置在一个或更多个太阳能电池板的大表面区域内的光伏(PV)电池的互连组件捕获，用于发电目的。多个太阳能电池板可以设置成阵列。

在高效太阳能电池板的开发中长期存在的问题在于，当PV电池用作电流源时，由每串PV电池产生的功率受到最差的PV电池的限制。类似地，当太阳能电池板串联连接时，太阳能电池板的阵列受到它的最差的太阳能电池板的限制。因此，典型的太阳能电池板在该太阳能电池板的输出功率不同于该阵列的它支撑的另一个太阳能电池板时会表现不佳。用于转换照射在PV电池、电池板或阵列上的太阳能的能力因此受到限制，并且太阳能电池板的物理完整性由于暴露至由未转换的太阳能引起的耗散的热量而受到妥协。

一串PV电池可能由于制造以及运行和环境条件中的不一致性而彼此不同地运行。例如，制造不一致性可能导致两个相同的PV电池具有不同的输出特性。由PV电池产生的功率还受到诸如阴影和运行温度之类的外部因素影响。因此，为了最有效地利用PV电池，制造厂商基于PV电池的效率、PV电池的预期温度行为和其它特性对每个PV电池进行分级或分类，并形成具有类似(即使不等同)的PV电池效率的太阳能电池板。在构造电池板之前不能以这种方式对电池进行分类会导致电池等级失配和运行差的电池板。然而，这种装配线分类过程是耗时的、昂贵的，并且占据工厂场地上的大的占地面积(因为需要太阳模拟器以及自动分类和分级机器，如场致发光成像系统，来表征PV电池)，但对提高太阳能电池板的效率是至关重要的。

为了提高捕获太阳辐射的效率，光学集中器可以用来收集入射在大的表面区域上的光并将该光引向或集中到小的PV电池上。较小的有效PV电池表面因此可以用来实现相同的输出功率。集中器主要包括用于光的收集和集中的一个或更多个光学元件，如相对于PV电池保持在固定的空间位置并光学耦合至PV电池的孔隙的透镜、镜子或其它光学集中装置。

然而，集中式光伏系统将另一等级的复杂性引至不匹配的PV电池效率问题，因为光学集中器的制造以及运行和环境条件中的不一致性也会使光学模块(该光学模块包括与PV电池光连通的集中器)的性能退化。例如，集中器中的点缺陷、光学集中器和PV电池之间的引起PV电池的有效表面上的太阳的图像的错误指引的角度误差或横向位移、太阳能跟踪误差、雾、灰尘或雪积聚、由于使用年限和暴露至自然元素引起的材料变化、弯曲、散焦和生锈影响光学模块的性能。而且，光学模块的结构可能存在固有的损耗。例如，可能存在通过光学集中器的保护盖的传输损耗、镜面反射损耗、或包括吸收和菲涅耳反射损耗的辅助光学元件损耗。如果太阳能电池板内的光学集中器的效率未得到匹配，则由于不匹配的PV电池特性，如波动电池输出电压和/或电流，电池板或阵列的性能将降低至最差的光学模块的水平。

因此，集中式光伏系统的常规制造需要为了它们的效率和其它PV特性而分类和分级PV电池、分类和分级光学集中器、以及分类和分级光学模块。

因此存在对减少分类或分级过程的需要以降低制造时间和成本的集中式光伏系统和方法的需求。还存在对克服或降低由光学集中器和PV电池功率输出的不规律性引起的性能退化以提高集中式光伏太阳能电池板的效率的需求。而且，集中式光伏部件的模块性会便于集中式光伏系统的维护和修理。

发明内容

提供了光集中光伏系统和方法以解决光学集中器和PV电池组件的性能的潜在退化，无论是由光学集中器内的各种部件(如光导、聚焦元件等)的失配，光学集中器和PV电池之间的失配，还是由任何这种部件内的异常或缺陷引起的性能的潜在退化。在单个设备内，多个光学集中器和对应的太阳光接收器组件(包括PV电池)中的每一个都设置有对应的集成功率效率优化器，以调节PV电池的由于集中器-接收器组件之间的不同的效率而导致的输出电压和电流。