光捕获动态光伏组件的制作方法

1.本发明涉及一种动态光伏(pv)组件，并且更具体地涉及一种光捕获pv组件。


背景技术：

2.背景描述包括可用于理解本发明的信息。不是承认本文中提供的任何信息是现有技术或与目前要求保护的发明相关，或者任何具体或隐含引用的出版物是现有技术。
3.光伏(pv)组件构成在商业和住宅应用中产生和供应太阳能的光伏系统的光伏阵列。pv组件由多个互连且封装的太阳能电池组成。块体硅pv组件由多个几乎总是串联连接的单独的太阳能电池组成，以增加功率和电压。来自pv组件的电压由太阳能电池的数量决定，而来自组件的电流主要取决于太阳能电池的尺寸以及它们的效率。
4.失配损耗是pv组件和阵列中的严重问题。失配损耗是由不具有相同的特性或者经历彼此不同的条件(如照明和温度)的太阳能电池或组件的互连引起的。由于大多数pv组件是串联连接的，因此串联失配是遇到的最常见类型的失配。总之，在具有电流失配的串联连接的配置中，如果劣质的电池产生比良好的电池的最大功率电流小的电流，并且如果该组合在短路或低电压下操作，则经历严重的功率减小，劣质的电池中的高功率消耗可能导致对组件的不可逆的损坏。
5.pv组件中的电流失配的一个常见来源是遮挡(shading)。由于仅遮挡组件中的一个电池可将功率输出减小至零，因此遮挡是pv组件中的问题。良好的电池的高功率将在被遮挡的电池中消耗，这可能由于高温而对pv组件造成不可逆的损坏。当被树枝、建筑物或组件灰尘遮挡时，电池的输出下降。由于组件中的电池都是串联连接，因此输出与遮挡量成比例地下降。因此，遮挡单个电池导致电池串中的电流下降至被遮挡的电池的水平。这种情况也反映在同一串中串联连接的所有pv组件上。
6.在配备有mpp跟踪是以串为基础执行的串式逆变器的常规系统中，由于组件容差和照明条件的差异，一些组件在其最大功率点以下操作。在pv阵列的规模上，整个阵列的pv曲线作为组件的串联和以及串的并联和而存在。阴影随着时间而在几个组件的表面上移动具有将pv曲线从一个平滑的峰不断地改变为更多的峰的范围的效果。随着逆变器中的pv曲线的峰根据阴影而改变，跟踪最大功率点的电子器件可能变得混乱或丢失，导致逆变器选择在最优输出范围之外长时间操作。这可能导致功率输出和最终的年度能量产率的显著损失。
7.然而，许多现代的面板配备有被称为旁路二极管的设备，旁路二极管通过基本上使电力能够在被遮挡的一个或多个电池周围流动而使部分被遮挡的pv面板的影响最小化。该旁路解决方案将保护面板不形成热点，然而，由同一旁路二极管覆盖的良好的电池的功率将丢失，并且电压贡献将从总系统电压中扣除，这可能在接收的电压小于启动电压的情况下迫使太阳能逆变器关断。
8.因此，需要一种动态pv组件，该动态pv组件可以补偿可能的损耗并导致相等或较大的功率输出量，但具有相对减少的pv电池数量。


技术实现要素：

9.因此，本发明的目的是开发一种动态pv组件，该动态pv组件补偿可能的损耗并导致相等或较大的功率输出量，但具有相对减少的pv电池的数量。
10.本发明涉及一种光捕获动态光伏组件，该光捕获动态光伏组件具有被配置为暴露于太阳光线的组件表面，该光捕获动态光伏组件包括：多个光伏电池堆，所述多个光伏电池堆被配置为在整个组件表面上彼此相邻，其中，所述多个光伏电池堆中的每个光伏电池堆包括多个光伏电池；以及多个反射条，所述多个反射条放置在光伏电池堆中的每一个之间，用于将入射的太阳光线从一个反射条连续地反射到另一个反射条，直到被所述多个光伏电池中的光伏电池吸收，其中，入射的太阳光线通过镜面现象连续地反射，其中，入射的太阳光线被动态光伏组件的前面板和后面板额外地反射，从而将入射的太阳光线捕获在动态光伏组件的边界内以用于转换为电能。
11.在另一个实施例中，多个反射条是光激发或光收集反射条。
12.在另一个实施例中，光收集反射条由导电材料制成。
13.在另一个实施例中，多个反射条与位于光伏电池堆中的每一个之间的条带或汇流条接触，从而在多个光伏电池堆中的每一个内的多个光伏电池之间产生并联连接。
14.在另一个实施例中，多个光伏电池堆彼此串联连接。
15.在另一个实施例中，多个反射条沿其宽度被构造有多个凹槽，用于反射入射的太阳光线。
16.在另一个实施例中，多个光伏电池堆被封装在前面板和后面板之间。
17.在另一个实施例中，两组或更多组的多个光伏电池堆被封装在前面板和后面板之间。
18.在另一个实施例中，前面板由玻璃制成。
19.在另一个实施例中，后面板由玻璃、多层层压膜或乙烯醋酸乙烯酯(eva)膜制成。
20.在另一个实施例中，入射的太阳光线从光捕获光伏组件的前面板以60
°
的角度反射。
21.在另一个实施例中，旁路二极管并联连接到多个光伏电池堆，用于光捕获动态光伏组件的保护。
22.本发明的另一方面公开了一种制造光捕获光伏组件的方法，该光捕获光伏组件具有被配置为暴露于太阳光线的组件表面，该方法包括以下步骤：将多个反射条与多个光伏电池堆平行地放置在整个组件表面上；以及将多个光伏电池堆封装在前面板和后面板之间，其中，所述多个光伏电池堆中的每个光伏电池堆包括多个光伏电池；其中，放置在光伏电池堆中的每一个之间的多个反射条使得能够实现入射的太阳光线从一个反射条到另一个反射条的连续的反弹，直到被所述多个光伏电池中的光伏电池吸收，其中，入射的太阳光线被动态光伏组件的前面板和后面板额外地反射，从而将入射的太阳光线捕获在动态光伏组件的边界内以用于转换成电能。
附图说明
23.在说明书的结尾处的权利要求中特别指出并清楚地要求被认为是本发明的主题。从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述和其它方面、特征和优点将变得清楚，在附图
中：
24.图1示出了根据本发明的光捕获pv组件的顶视图。
25.图2示出了根据本发明的光伏(pv)组件的原型。
26.图3a-j是根据本发明的在不同的遮挡条件下的pv组件的动态响应的图形表示。
27.图4a-d描绘了根据本发明的光捕获动态pv组件的截面示意图。
28.图5a-c描绘了根据本发明的光捕获动态pv组件的前玻璃面板和后玻璃面板之间的光反射。
29.图6a-d描绘了具有内部光捕获或聚集的原理的光捕获动态pv组件的截面示意图。
30.图7a-c描绘了根据本发明的光捕获动态pv组件的前玻璃面板和后玻璃面板之间的前光反射和后光反射。
具体实施方式
31.将结合图1-7描述根据本发明的用于动态pv组件的设备或系统的方面，该动态pv组件补偿可能的损耗并导致相等或较大的功率输出量。在详细描述中，参考附图，附图形成本文的一部分，并且在附图中通过图示示出了可以实施本发明的具体实施例。应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以进行逻辑改变。因此，以下详细描述不应被理解为限制性的，并且本发明的范围由所附的权利要求限定。
32.所提出的解决方案旨在克服影响光伏(pv)组件的性能的传统技术挑战，并且向先前采用的pv组件添加经济的解决方案。不管尺寸如何，太阳能电池都被切割成被称为子电池的多个相等的尺寸，子电池并联连接在一起作为被称为电池堆的堆。包括连接子电池的平衡汇流条，以便跨堆内的所有子电池维持相同的电压。电池堆具有与原始的太阳能电池相同的电特性，但是在其物理尺寸上是不同的。然后，电池堆串联连接为直线。这些电池堆被用乙烯醋酸乙烯酯(eva)膜封装在玻璃到玻璃之间或玻璃到背板(或多层层压件)之间，以便形成pv组件。pv组件的端子连接到接线盒。
33.这种配置将为pv组件创建动态特征，以使其能够在异常条件下动态响应。所提出的pv组件可以管理产生电流失配问题的所有源，因此使得pv组件电流在很大程度上能够在没有电流失配的情况下流动，并且无需任何智能设备的帮助。
34.在本发明的另一个实施例中，添加旁路二极管以增加pv组件的保护。也可以添加额外的并联旁路二极管以用于备用保护。
35.本发明提出的动态pv组件包括串并联的电池(子电池)互连，以便在任何点处的任何可能阻塞的情况下为组件电流通过创建更多的路径，以避免电流失配、能量损耗、功率消耗或热点形成。在设计根据本发明的动态pv组件时要考虑的几个方面包括功率输出、相关比(dependency ratio)、组件电压和组件电流。功率输出、动态性、组件电压和电流取决于组件的尺寸、太阳能电池的效率和电池堆中的子电池的数量。
36.相关比＝(1/电池堆中的子电池的数量)
×
100
37.设计动态pv组件的整个处理包括选择太阳能电池的类型、确定相关比、子电池规格、电池堆规格和组件表面积。所使用的太阳能电池类型的电特性和热特性对组件电特性和热特性以及进而其性能做出主要贡献。使用激光或任何其它切割技术将原始的太阳能电池切割成对称的子电池以便用于动态pv组件。通过限定每个电池堆的子电池的数量来确定
相关比。每个电池堆的子电池数量越高，电池与电池的相关比越低并且动态性越高。
38.子电池规格-来自原始的太阳能电池的子电池的数量是基于所选择的相关比来限定的。例如，如果相关因子是(1/6＝16.7％)，则原始的太阳能电池6"x6"将被激光切割成6个大小为6"x1"(即，长度为6"且宽度为1"的条)的子电池。关于电池堆规格，垂直布置并且并联连接在两个平衡汇流条之间的子电池形成电池堆。电池堆长度通过将子电池的数量乘以子电池长度而获得。电池堆宽度类似于子电池宽度。
39.通过将电池堆功率(原始的太阳能电池功率)乘以组件中的电池堆的数量来确定组件功率。考虑组件表面积，组件长度等于电池堆长度加上边界，并且组件宽度等于组件中的电池堆的数量乘以电池堆宽度(包括电池堆之间的间距)加上边界宽度。组件电压从电池堆电压(原始的太阳能电池电压)乘以组件中的串联电池堆的数量获得，并且组件电流从子电池的电流乘以每个堆的子电池的数量获得(并联电流总和)。
40.在本发明的另一实施例中，可以将多个旁路二极管并联地添加到电池堆，以用于动态性的提高和极大的保护。旁路二极管的最小数量是每个组件一个，然而优选地可以达到每个电池堆一个。然而，这将影响生产成本，并且因此，旁路二极管的最优数量被选择为一起覆盖一组串联的电池堆。此外，还可以将额外的较少数量的旁路二极管并联地添加到所提出的主要旁路二极管，以便添加备用保护。
41.在指定尺寸时还考虑间距容差。期望组件的整体电特性(i-v曲线)在形状上看起来与原始的太阳能电池特性类似。在标准测试条件下的测试中，由于所提出的电池架构连接，相比于传统的电池串连接，观察到获得如电流和电压一样的功率分量的改善。dc功率值是dc电压与dc电流的乘积(p＝v
×
i)。dc功率的值可以保持相同，而其分量-dc电压和dc电流的值可以变化，但是两者在彼此相反的方向上(增加和减少)。相对于相同的pv组件表面积、功率输出和动态因子，两个功率分量-电压v和电流i可以在设计阶段改变或调整。传统上，在需要增加电压和减小电流以便适合太阳能逆变器的电压范围或匹配逆变器峰值效率的电压时，解决方案是使用5"x 5"电池而不是6"x 6"电池来增加每个组件的太阳能电池的数量，并且进而增加产生组件电压的串联的电池电压的总和。
42.然而，根据本发明的动态pv组件在其自身设计阶段相对于相同的组件表面积和输出功率实现了增加电压和减小电流或反之亦然的特征，以便允许组件规格适合不同的使用应用和工程位置。例如，考虑环境温度和光辐射对组件电压和电流的影响。高的环境温度(导致高的组件温度)可能导致组件电压的降低，而高的环境光辐射(导致辐射暴露给组件)可能导致组件电流的增加。
43.所提出的解决方案基于相对于标准动态pv组件中使用的标准宽度改变子电池的宽度。这进而改变在给定表面积和额定功率下可以容纳在组件中的电池堆的数量和宽度。随后，组件电压和电流的改变是可能的。在其它方面，对于指定区域中的应用，电池堆中的子电池的宽度和每个组件的电池堆的数量应该被确定，以便考虑到环境条件(主要是温度和光辐射强度)对组件电流和电压的影响来调整组件电流和电压。
44.在一个实施例中，在子电池宽度增大超过标准宽度而其长度相同的情况下，则电池堆宽度和面积增大，并且将能够产生较大的表示组件电流的电流。同时，在给定的组件面积内可以容纳的电池堆的数量变小，因此组件电压变低。总功率和组件面积将保持相同(p＝v
×
i)。相比之下，在子电池宽度减小到标准宽度以下而其长度相同的情况下，则电池堆
宽度和面积减小，并且将产生较小的表示组件电流的电流。同时，在给定的组件面积内可以容纳的电池堆的数量变得较大，因此组件电压变得较高。在所有这些情况下，组件面积、功率输出和动态性将保持相同。
45.在另一个实施例中，太阳能逆变器用于将从pv组件产生的输出dc功率转换成适合电力网的ac功率形式。通常，所提出的动态pv组件通过减轻外部影响来帮助太阳能pv系统稳定到太阳能逆变器的输入dc电压，并且通过减小串联电阻来减小组件侧中的dc电压降。额外的优点包括在组件设计阶段，所提出的动态pv组件设计可以被调整以产生具有适合某些应用和/或不同工程位置的预先指定的电压和电流的dc功率，从而导致组件设计电压灵活性特征。
46.考虑到组件电流强度与太阳光强度成线性比例而组件电压不受太阳光强度显著影响，尽管组件温度的增加可能导致组件电流的轻微增加，但是组件温度增加可以相反地影响组件的电压，从而导致电压的减小。因此，环境光强度和温度可能对pv组件的性能具有影响。换句话说，高的光强度暴露将导致组件的电流的增加，而高的温度暴露将导致组件中的电压的减小。
47.根据这些考虑，根据本发明的动态pv组件设计被调整以便考虑地理区域的温度特性，其中pv组件将以补偿电流和/或电压的损失的方式来实现。在炎热国家，可以减小子电池的宽度以便形成较大数量的电池堆，这将导致组件电压的增加以补偿温度升高将引起的电压损失。此外，在经历低辐射的寒冷国家中，增加子电池的宽度以便增加由电池堆的电流确定的组件的电流。在太阳光强度和温度是平均或中等的区域，可以使用标准的组件功率规格。在气候温度低且光强度比通常低的寒冷区域，相对于标准组件设计，组件将具有较低的电压和较高的电流。
48.在另一个实施例中，其中低的组件温度将倾向于增加组件电压，而低的光强度将减小组件电流的事实将有助于改善组件的性能，并使其更适合太阳能逆变器输入dc电压范围。在温度太高并且太阳光强度较接近上限的炎热区域(如干旱地区)，合适的组件设计涉及相对于具有相同的表面积和额定输出功率的标准组件设计，设计具有较高的组件电压和较低的组件电流的组件。这种设计是因为高的组件温度将倾向于减小组件电压，而高的光强度将增加组件电流。
49.为了管理电流的增加并产生将适合逆变器的合适的累积组件电压，根据本发明的动态pv组件使用具有较短宽度的子电池，以便增加相同的组件面积内的电池堆的数量，并且进而使组件电压增加到大于标准。同时，这将使组件电流减小到低于标准，而没有任何功率的减小(p＝v
×
i)。这种电流减小还将使太阳能系统具有较低的内部功率损耗和电压降，从而导致新的组件更有效并且其电压更适合于太阳能逆变器。
50.太阳能聚集器用于将太阳光聚集到太阳能技术的较小面积上，并且基于聚集在太阳能接收器上的太阳的数量来测量聚光比。常规太阳能电池可以在低的太阳聚集下(几十个太阳下)工作。在阳光聚集的情况下，由于温度升高，在标准或较低电压下，由于高的太阳光强度，产生的功率具有非常高的电流。在一个实施例中，为了设计在额定功率下具有较高电压和低电流的pv组件，动态pv组件的电压灵活性特征有助于调整太阳能功率聚集所需的功率参数(电压和电流)，从而使得所提出的动态pv组件能够在太阳能功率聚集中有效地工作。此外，动态pv组件的动态特性有助于接受来自外部静态反射器的部分太阳光聚集以及
阴天的高漫射光条件。
51.在本发明的另一个优选实施例中，动态pv组件是玻璃到玻璃半透明pv组件。这可以用作温室屋顶，或者用于任何其它应用，例如车库、顶篷或建筑一体化的被遮挡的平台。pv组件的透明度百分比基于每两个电池堆之间的间距和位移来确定。在太阳能pv温室的情况下，合适的透明度百分比将基于温室内部的种植类型(最优生长速率)和地理位置(光强度)而不同。所提出的动态pv组件的另一个特征是其太阳能捕获概念，其中，该组件实现在给定的工程面积上的入射的太阳能辐射的大致完全的捕获，并且将它们引向一体化的太阳能技术，而不需要额外的阳光跟踪器。所提出的系统用作没有移动部件的太阳光聚集器，这转而最大化能量产率并且为新的应用创建路径。
52.这种太阳能捕获概念是将动态pv组件与诸如铝复合片反射器之类的太阳能反射器片一体化的结果。pv组件及其反射器的倾斜角度按照最大产量的一年中的优选时间和地点纬度来指定。尽管这种一体化可以用作屋顶或地面安装的项目，但是为了地点的双重利用，优选地用作建筑一体化解决方案(光伏建筑一体化或bipv)，因为这可以代表建筑的一部分(像屋顶本身)。所提出的太阳能系统也可以应用于太阳能温室、畜禽舍、仓库、车间、陈列室、太阳能车辆停车场和农村房屋。
53.在本发明的优选实施例中，所提出的设计包括放置在pv组件内的pv电池堆之间的多个反射条，其有助于将入射太阳光从一个反射条连续地反弹到下一个反射条，直到被太阳能电池完全吸收。这导致所提出的pv组件产生相等或较大的功率输出量，但是具有相对减少的pv电池的数量，这导致pv组件的整体制造成本的减少。这些反射条是光激发或光收集反射条。
54.根据本发明，图1图示了根据本发明的光捕获动态pv组件的两个主要部件的连接，包括pv电池104和lhs(光收集)反射条102。通常，pv电池具有正端子(正面)和负端子(背面)并且串联连接。第一pv电池104的负端子与下一个的正端子连接，并且通过布线或条带106一个接一个地连续进行连接，以便它们串联工作(例如，类似于级联电池)。lhs 102由导电材料制成并反射入射光。lhs反射条102与电池堆104之间的条带106接触，从而在电池堆104内的所有电池之间产生并联连接。这由此导致pv组件输出动态响应。此外，lhs反射条102放置在电池堆104之间形成组件表面积的一部分。这些反射条102还通过镜面现象将入射的太阳光反射回到电池堆104，其中入射的太阳光线从根据本发明的光捕获动态pv组件的上部前玻璃屏以60
°
或更大的角度反射回来。因此，入射太阳光被捕获在pv组件边界内。仅可忽略的入射太阳光线量被反射离开动态光伏组件。图1中描绘了根据本发明的光捕获动态pv组件的顶视图。
55.在本发明的一个实施例中，与根据本发明的光捕获动态pv组件有关的设计考虑取决于具体项目的要求，例如应用类型、地点的天气条件等。pv电池通过布线或条带一个接一个地连续地连接，以便具有串联的电池功能。此外，当需要时(在需要来自pv组件的更多功率输出的情况下)，特定组件内的pv电池的数量。图2示出了根据本发明的pv组件208的原型。在一个实施例中，第一设计考虑包括pv子电池的长度为156mm，并且pv子电池的宽度为19.5mm，这是原始的太阳能电池的1/8。原始的电池被激光切割成八个相等的条。因此，电池堆中的电池的总数是六个，每个具有156mm
×
19.5mm的尺寸，每个彼此并联连接。来自该pv组件的期望电流是原始的组件电流的6/8(0.75＝75％)，然而电流取决于内部光聚集成比
例地增加。电流的减小旨在使得(由于内部光聚集)组件电流的增加适合pv组件系统中的其它电子部件(旁路二极管、dc线缆和逆变器)的额定值。
56.根据本发明的另一设计考虑包括lhs反射条的宽度为12mm。这种设计有助于落在反射条上的大部分的入射太阳光从pv组件的上部内玻璃表面被相等地反射回到相邻的pv电池上。关于反射条的效率，这期望是大约85％。在这种情况下的聚光比被计算为：
57.(反射效率
×
反射条的宽度)/(太阳能电池堆的宽度)
×
100
58.((0.85
×
12)/19.5)
×
100＝52％
59.因此，pv组件的总峰值电流被计算为通常组件电流的1.27倍(0.52+(6/8))。pv电池堆和lhs反射条之间的空的间距是6mm。这种设计基本上用于半透明pv组件应用。在普通的pv组件中，反射条的宽度短。根据图2所示的实施例，太阳能电池的前玻璃的厚度为6mm。选择太阳能电池的前玻璃的厚度是重要的，因为该厚度确保由反射条反射的光线具有足够的距离以落在大部分的pv电池上。这将导致大部分的入射光线在被前玻璃的上表面反射回来之后被转换成电能。
60.如图2中所描绘，存在连接在pv组件或太阳能电池组件的接线盒中的三个旁路二极管206。这些旁路二极管206将整个pv组件208电池分成三个部分。在pv组件的任何一个部分由于对入射光线的遮挡或阻碍而遇到电流失配问题的情况下，这种电气布置有助于避开pv组件的受影响的部分周围的组件电流。在本发明的光捕获动态pv组件208中，旁路二极管206仅在极端遮挡条件下变得有效(正向偏置)，这有助于有效地管理电流失配问题。然而，光捕获动态pv组件可以通过使组件电流能够在很大程度上在没有失配的情况下流动来管理电流失配情况。旁路二极管206连接到lhs反射条端子，以在极端遮挡条件的情况下通过旁路二极管206传导组件电流。lhs反射条202使得能够根据pv组件中连接的旁路二极管206的数量将电池堆204的数量划分成多个部分。因此，pv组件中的旁路二极管的最大数量可以等于pv组件内的电池堆的数量，然而，实际上要低得多。
61.根据本发明的优选实施例，pv组件的长度和宽度分别为1.7m和1m。pv组件的宽度必须相对于光捕获动态pv组件的具体设计而固定，然而，长度可以取决于需要更多还是更少的功率而增加或减小。最重要的是，pv组件的设计以lhs反射条开始和结束，以便平衡相邻的pv电池上的反射的光量，相邻的pv电池可以用作开始和结束汇流条(正端子和负端子)。
62.图3a-j以图形方式描绘了根据本发明的在不同遮挡条件下的pv组件的动态响应。用于获得动态响应的原型是半透明pv组件，其也可以用作pv组件建筑一体化(bipv)。每次测试的组件的覆盖部分按原始的太阳能电池的尺寸测量(6英寸
×
6英寸)＝(156mm
×
156mm)。使用欧洲的制造公司的实验室内部的太阳激发器-测试设备进行原型测试。通过使用红色激光检查和证明从反射条到光伏电池的光的内部反射。在电流-电压(i-v)图中绘出了不同遮挡条件下的最大功率输出。图3a描绘了当整个组件完全未覆盖时的pv组件的动态响应。在24.3℃的组件温度和25.3℃的环境温度下、在929w/m2的辐照度(垂直于辐射能量通过介质的流动方向的每单位面积的辐射能量通量)下进行原型测试。对于完全未覆盖的组件观察到的最大功率输出(p
max
)为124.5w。观察到的各种其它测试结果为v
mp
＝16.0v、i
mp
＝7.76a、v
oc
＝20.5v、i
sc
＝8.50a、v
ref
＝15.0v、i
vref
＝8.11a、p
vref
＝121.6w、填充因子＝71.4％，r
sh
＝26.1ω，rs＝0.351ω以及pv组件效率为7.7％。
63.图3b描绘了一半的pv电池被覆盖(6英寸
×
3英寸)的pv组件的动态响应。分别在24.7℃的组件温度和25.3℃的环境温度下、在辐照度为929w/m2下进行原型测试。观察到的最大功率输出(p
max
)为123.1w。观察到的各种其它测试结果为v
mp
＝16.1v、i
mp
＝7.64a、v
oc
＝20.5v、i
sc
＝8.57a、v
ref
＝15.0v、i
vref
＝7.86a、p
vref
＝118.0w、填充因子＝70.1％、r
sh
＝16.9ω、rs＝0.355ω以及pv组件效率为7.6％。图3c描绘了pv电池被完全覆盖(6英寸
×
6英寸)的pv组件的动态响应。分别在24.9℃的组件温度和25.4℃的环境温度下、在辐照度为929w/m2下进行原型测试。观察到的最大功率输出(p
max
)为121.0w。观察到的各种其它测试结果为v
mp
＝16.9v、i
mp
＝7.17a、v
oc
＝20.5v、i
sc
＝8.25a、v
ref
＝15.0v、i
vref
＝7.33a、p
vref
＝110.0w、填充因子＝71.6％、r
sh
＝17.7ω、rs＝0.315ω以及pv组件效率为7.5％。
64.图3d描绘了两个pv电池被覆盖的(6英寸
×
12英寸)的pv组件的动态响应。分别在25.1℃的组件温度和25.4℃的环境温度下、在辐照度为928w/m2下进行原型测试。观察到的最大功率输出(p
max
)为119.1w。观察到的各种其它测试结果为v
mp
＝16.8v、i
mp
＝7.09a、v
oc
＝20.5v、i
sc
＝8.23a、v
ref
＝15.0v、i
vref
＝7.30a、p
vref
＝109.5w、填充因子＝70.7％、r
sh
＝21.6ω、rs＝0.317ω以及pv组件效率为7.3％。图3e还描绘了两个pv电池被覆盖(12英寸
×
6英寸)(平行于电池堆)的pv组件的动态响应。分别在25.3℃的组件温度和25.6℃的环境温度下、在辐照度为928w/m2下进行原型测试。观察到的最大功率输出(p
max
)为102.1w。观察到的各种其它测试结果为v
mp
＝17.8v、i
mp
＝5.74a、v
oc
＝20.5v、i
sc
＝8.27a、v
ref
＝15.0v、i
vref
＝6.12a、p
vref
＝91.8w、填充因子＝60.3％、r
sh
＝15.3ω、rs＝0.331ω以及pv组件效率为6.3％。
65.图3f描绘了三个pv电池被覆盖(18英寸
×
6英寸、平行于电池堆)的pv组件的动态响应。分别在25.2℃的组件温度和25.5℃的环境温度下、在辐照度为928w/m2下进行原型测试。观察到的最大功率输出(p
max
)为83.2w。观察到的各种其它测试结果为v
mp
＝17.8v、i
mp
＝4.68a、v
oc
＝20.4v、i
sc
＝8.27a、v
ref
＝15.0v、i
vref
＝4.93a、p
vref
＝74.0w、填充因子＝49.2％、r
sh
＝14.9ω、rs＝0.337ω以及pv组件效率为5.1％。图3g描绘了重阴影覆盖六个pv电池(36英寸
×
6英寸)的pv组件的动态响应。分别在25.5℃的组件温度和25.6℃的环境温度下、在辐照度为928w/m2下进行原型测试。观察到的最大功率输出(p
max
)为76.2w。观察到的各种其它测试结果为v
mp
＝10.2v、i
mp
＝7.47a、v
oc
＝20.5v、i
sc
＝8.30a、v
ref
＝15.0v、i
vref
＝4.31a、p
vref
＝64.7w、填充因子＝44.9％、r
sh
＝11.4ω、rs＝0.257ω以及pv组件效率为4.7％。
66.图3h描绘了低(low)阴影覆盖六个pv电池(36英寸
×
6英寸)的pv组件的动态响应。分别在25.4℃的组件温度和25.6℃的环境温度下、在辐照度为928w/m2下进行原型测试。观察到的最大功率输出(p
max
)为114.7w。观察到的各种其它测试结果为v
mp
＝17.4v、i
mp
＝6.60a、v
oc
＝20.5v、i
sc
＝8.25a、v
ref
＝15.0v、i
vref
＝6.87a、p
vref
＝103.0w、填充因子＝67.8％、r
sh
＝16.6ω、rs＝0.323ω以及pv组件效率为7.1％。图3i描绘了低阴影覆盖十个pv电池(60英寸
×
6英寸)的pv组件的动态响应。分别在25.9℃的组件温度和25.8℃的环境温度下、在辐照度为928w/m2下进行原型测试。观察到的最大功率输出(p
max
)为122.1w。观察到的各种其它测试结果为v
mp
＝16.6v、i
mp
＝7.36a、v
oc
＝20.5v、i
sc
＝8.21a、v
ref
＝15.0v、i
vref
＝7.62a、p
vref
＝114.3w、填充因子＝72.5％、r
sh
＝19.2ω、rs＝0.304ω以及pv组件效率为7.5％。
67.图3j描绘了具有低对角阴影的pv组件的动态响应。分别在26.5℃的组件温度和26.2℃的环境温度下、在辐照度为923w/m2下进行原型测试。观察到的最大功率输出(p
max
)为119.1w。观察到的各种其它测试结果为v
mp
＝16.1v、i
mp
＝7.38a、v
oc
＝20.5v、i
sc
＝8.04a、v
ref
＝15.0v、i
vref
＝7.71a、p
vref
＝115.6w、填充因子＝72.2％、r
sh
＝46.1ω、rs＝0.355ω以及pv组件效率为7.3％。上述结果证明了所提出的本发明的动态特征。
68.图4-7描述了根据本发明的光捕获动态pv组件中的内部光反射或光捕获的工作。对前面板和后面板的厚度进行修改以及改变反射器的大小有助于将所提出的pv组件用于各种应用。根据本发明，多个pv电池堆条与多个反射条或光收集串(lhs)条平行地放置。光收集串(lhs)条是在一侧或两侧上镀银的轧制包覆电导体条，以用于入射太阳光线或光线的高反射率。根据本发明的反射条沿其长度被精确地构造有多个凹槽，用于将入射的太阳光线反射成与法线成60
°
。太阳光线在撞击在玻璃介质和空气介质之间的表面界面时，以相同的入射角(60
°
)反射回到相邻的pv电池-其将太阳光线转换成电能。在这种情况下，玻璃和空气之间的表面界面用作镜子。因此，使用lhs条的最大优点是其构造的表面允许太阳光线以精确限定的角度朝向玻璃-空气界面反射，从而导致全内反射(tir)。
69.这种现象进一步将反射的太阳光线重新引导回到pv电池表面，从而通过用将太阳光线重新引导到pv电池的剩余部分的反射条代替pv电池的一部分，能够减小所使用的pv电池(或太阳能电池)的面积。这进而导致与包括完整的pv电池的标准pv组件的大致相同的功率输出。因此，本发明的最大优点是用相对较便宜的材料代替较昂贵的pv组件的一部分(＞50％的材料成本)，同时通过在pv组件内实现动态响应特征来改善pv组件性能，这全部减少了总的产生的能量成本。通过使用lhs条提供的另一功能是这些条并联连接每个特定电池堆内的所有子电池。通过垂直于标准方形pv电池的汇流条将标准方形pv电池激光切割成具有与原始的电池相同的长度但宽度等于原始的电池宽度与所需的子电池的数量的商的相等的条来生产子电池。这种布置使得所有子电池能够作为单个pv电池条工作，并且由此在pv组件内产生动态响应。这种布置使得pv组件能够处理诸如污染、遮挡和不均匀的太阳光聚集之类的异常状况，并且在一些情况下，能够处理由于微裂纹而导致的内部太阳能电池故障。
70.为了获得有效的tir，入射在反射条上的所有太阳光线必须在内部反射回到pv电池堆条区域的表面，以避免pv组件输出中的任何损失。为了实现这一点，已经建立了用于管理所提出的pv组件部件的物理尺寸之间的关系的等式。将反射条的宽度视为(a)、将pv电池条的宽度视为(b)、将条之间的间距视为(c)，并且将用于组件的玻璃的厚度视为(d)。因此，为了确定光线将在pv组件内从反射器处的反射点行进到pv电池表面处的吸收点的距离(e)，因为反射光线与法线的角度为60
°
，并且剩余角度为30
°
，所以建立以下等式-e＝2
×
(d/tan 30
°
)。
71.因此，为了确保反射光线落在pv电池宽度内，选择的太阳能pv电池条的宽度(b)和条之间的间距(c)必须不小于计算的距离(e)。而且，在pv电池为单面(仅正面)的情况下，反射条的宽度(a)不应大于pv电池宽度(b)。然而，在pv电池是双面的情况下，使得能够通过正面和背面两者吸收太阳光线，则反射条的宽度(a)可以大于pv电池条的宽度(b)。然而，后玻璃面板必须设置有适当的厚度。此外，pv组件的其它电参数(例如电流(i)、电压(v)和功率(p))必须被调整以匹配所连接的太阳能逆变器规格的要求。
72.图4a-d描绘了根据本发明的光捕获动态pv组件的截面示意图，其中所描述的实施例除了封装材料和导电条带之外还包括前玻璃面板404、塑料背板408、太阳能反射条406和pv电池堆410。图4a描绘了太阳光线402的内反射，其入射在反射条406上并随后从其反射到前玻璃面板或表面404上。这些太阳光线402然后反射回到相邻的pv电池堆表面410，从而将太阳能转换成电能。图4b示出了平行于光伏电池堆410放置的两个太阳能反射条406如何进一步将太阳光线402反射到位于中间的光伏电池堆410中。因此，每个太阳能反射条406将入射在其表面上的太阳光线的一半相等地反射到任一侧，并且由此由位于它们旁边的光伏电池堆410收集。图4c表示pv组件表面内的相邻且平行的太阳能反射条406和光伏电池堆410的布置，以便部署本发明原理并在组件的所有pv元件上产生恒定的太阳能聚光比。太阳能反射条406和pv电池堆410按以太阳能反射条406开始和结束的顺序放置。图4d描绘了当所提出的pv组件配备有双面pv电池和透明的后玻璃面板时的太阳光线的内反射。因此，例如由于来自地面的反射阳光，反射现象也适用于pv组件的背面。
73.图5a-c示出了根据本发明的光捕获动态pv组件的前玻璃面板和后玻璃面板之间的光反射。截面图示出了前玻璃面板504、后玻璃面板508、太阳能反射条506和双面pv电池堆510，用于使用所提出的pv组件上的前面板和后面板两者来捕获和反射太阳光线。该实施例通过增加反射面积、减小pv元件面积以及通过调整前玻璃面板和后玻璃面板的厚度而使太阳能聚光比增加两倍。这种设计可以在诸如温室之类的半透明pv组件应用中实施。图5a图示了太阳光线502从反射条506到前玻璃表面504并随后到pv电池堆表面510以及到后玻璃面板508，并且然后再次反射到pv电池堆510的背面的内反射。在pv组件的背面接收通过地面上的反射的太阳光线602的情况下，相同的概念是适用的。图5b描绘了平行于pv电池堆510放置的两个反射条506如何将太阳光线反射到位于中间的双面pv电池510的正面和背面。每个反射条506将入射的太阳光的一半相等地反射到左侧和右侧，以由pv双面元件的正面和背面收集。图5c表示pv组件表面内的相邻且平行的太阳能反射条506和pv电池堆510的放置，以便部署本发明原理并在组件的所有pv元件上产生恒定的太阳能聚光比。太阳能反射条506和光伏电池堆510按以太阳能反射条506开始和结束的顺序放置。
74.图6a-d描绘了具有内部光捕获或聚集的原理的光捕获动态pv组件的截面示意图。该实施例除了封装材料和条带之外还描述了前玻璃面板604、塑料背板608、反射条606和pv电池堆610。图6a图示了入射的太阳光线602从反射条606到上玻璃面板或表面604上，并且然后回到pv电池堆表面610以便被转换成电能的内反射。在该实施例中使用单结pv电池。图6b描绘了太阳光线602从反射条606到上玻璃表面604上并随后回到pv电池堆表面610的内反射。在该实施例中使用的pv电池类型是混合串联电池612，该混合串联电池612包括任何两个单结pv电池，该两个单结pv电池串联堆叠并具有两个端子，或者所堆叠的每个电池可以各自单独地拥有两个端子。图6c描绘了太阳光线602从反射条606到前玻璃面板或表面604上然后回到pv电池堆表面610的内反射，其中所使用的pv电池是包括任何三个单结pv电池的串联电池614，该三个单结pv电池串联堆叠并具有两个端子，或者所堆叠的每个电池可以各自单独地拥有两个端子。图6d图示了太阳光线602从反射条606到前玻璃面板或表面604上并然后回到pv电池堆610表面的内反射，其中所使用的pv电池是包括多个单结pv电池的串联电池616，该多个单结pv电池串联堆叠并具有两个端子，或者所堆叠的每个电池可以各自单独地拥有两个端子。
75.在另一个实施例中，所使用的太阳能光伏电池由包括多个单结pv电池的串联电池、混合电池或单个电池制成，该多个单结pv电池串联堆叠并具有两个端子，或者所堆叠的每个电池可以各自单独地拥有两个端子。
76.图7a-c描绘了根据本发明的光捕获动态pv组件的前玻璃面板和后玻璃面板之间的前光反射和后光反射。该实施例描述了前玻璃面板704、反射条706和双面pv电池堆708，该双面pv电池堆708用于使用pv组件的正面和背面两者来捕获太阳光线702。薄膜pv层712沉积在后玻璃面板710的内侧上，以便捕获太阳光线，并且透明的电绝缘材料714放置在前玻璃面板704和后玻璃面板710之间。所使用的每个pv电池拥有其自己的电端子。薄膜pv层712放置在半透明(双面)pv电池下方，以便捕获可能尚未被这些半透明(双面)pv电池吸收的任何太阳光线，从而使pv组件的总转换效率最大化。光伏组件的转换效率被定义为用于将一定百分比的入射的太阳光线转换成电力的容量。该薄膜pv层712在尺寸上比上面的pv电池宽，并且从一个反射条706的末端开始到下一个反射条的起始端-用于捕获可能未被捕获而留下的任何太阳光线702。这种设计更经济，并且可以用于需要高效能量转换的应用中，还具有较小的面积尺寸。此外，在该实施例中，可以使用沉积在柔性基板上的薄的光伏技术，而不是沉积在玻璃面板710上的薄膜技术。可能进一步的发展可能导致完全灵活的光捕获动态pv组件。
77.在另一个实施例中，后玻璃面板表面涂覆有反射材料或添加有波纹反射片。
78.在另一个实施例中，光捕获动态组件被部署用于车顶顶部pv电力。
79.在另一个实施例中，光捕获动态pv组件与太阳能集热器板一体化，以便完全捕获太阳能。
80.在另一个实施例中，所提出的采用多个反射条的pv组件用作低聚光器pv系统，其中在采用附加的外部反射器的情况下，太阳聚集可以被放大到实际聚光的三倍或五倍。由于动态特征，根据本发明的光捕获动态pv组件比常规的pv组件性能更好，并且将具有相对较少的成本。所提出的pv组件的表面包括以特定布置和形状的pv电池和反射条的组合。多个pv电池将直接从太阳接收的阳光以及在多个反射条和玻璃之间反射回来的光转换成电能。根据本发明的lhs条的功能包括pv组件的前玻璃面板和后玻璃面板两者上的入射的太阳光线的tir的产生，从而使得能够形成单个长的pv电池条以用于产生pv组件的动态响应。此外，lhs条使得能够从pv电池向外散热、减少pv组件的总成本、增加pv组件的效率，并且由于银涂层(用于高反射性质)而为pv组件提供整体活跃或吸引人的外观。
81.pv电池的产生电流是撞击pv表面区域的光子的数量(n)的函数。因此，pv电池的电流与太阳光的聚集度成正比。以下关系式描述了由于光的聚集的增加而获得的pv电池电流的增加-i
sc
(聚集的光)＝c
opt i
sc
(入射光，1个太阳)，其中i
sc
是pv电池的短路电流，并且c
opt
是光学聚光比。此外，在电池开路电压和光的聚光比之间存在对数依赖性，这也导致太阳能电池效率的轻微改善。但是由于光的聚集增加了电池温度，进而增加了pv电池的串联电阻，这产生了内部功率损耗。因此，由于在光聚集的范围内电池效率的百分比增加不是恒定的，已经发现，由于过多损耗，以远大于x17比率来聚集光变得不可行。然而，本发明以较低的光的聚光比(低于xl7)工作，因此落入经济上可行的光聚集余裕内。
82.所提出的pv组件还具有用于由于在可能的光聚集的范围内的光聚集稳定性而维持电池效率的百分比提高的设计。这通过减小pv电池的串联电阻并通过结合散热材料来实
现。最初，在所提出的pv组件设计内，原始的pv电池被激光切割成较小的相等的pv条，从而根据切割的电池条的数量来划分串联电阻。此外，考虑到所采用的反射条也是金属条，这些条在异常情况下在pv电池之间传送电流，并且还传送来自pv电池的热能并向外耗散该热，以便维持pv电池温度，同时继续执行太阳光线反射的功能。随着入射光的聚集水平增加，pv电池条宽度减小，从而导致较低的串联电阻以及较低的内部功率损耗和热损失(以及对于较高的聚集度，相对较大的反射条宽度，这导致较好的散热)。
83.所提出的pv组件可以与外部静态太阳能反射板一起作为一体化的太阳光聚集系统工作，该一体化的太阳光聚集系统不使用任何移动部件或太阳跟踪器，并且由此需要最少的结构维护。另外，考虑到对于一个额外的太阳聚集，所计算的电池效率的百分比提高是3.27％，(在本发明的聚集范围内)估计的总的可实现的效率的百分比提高是15％。这种效率的增加补偿了由于所使用的光聚集材料而导致的内部光损耗。
84.在本发明的另一个实施例中，公开了一种制造光捕获pv组件的方法。在另一个实施例中，所提出的pv组件既用作通常的pv组件又用作光伏建筑一体化(bipv)。
85.在考虑了公开了本发明的优选实施例的本说明书和附图之后，本发明的许多改变、修改、变化、光伏技术一体化以及其它使用和应用对于本领域技术人员将变得清楚。所有不脱离本发明的精神和范围的这些改变、修改、变化以及其它使用和应用都被认为是由仅由所附权利要求书来限定的本发明所覆盖。