相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2014年10月28日提交的美國臨時專利申請no.62/069,675的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容在此通過引用而被包含。

本公開通常涉及具有旁路二極管的光伏(pv)模塊，更具體地涉及包括包含一個或多個旁路二極管的外部電子組件的pv模塊。

背景技術(shù)：

pv系統(tǒng)接收光能，特別是太陽能，并使用位于pv模塊的層壓板內(nèi)的pv電池將光能轉(zhuǎn)換為電能。pv電池共同地耦合到接線盒以提供pv系統(tǒng)的輸出。旁路二極管耦合到單個或多組pv電池。當(dāng)一個或多個pv電池被遮蔽或故障時，旁路二極管使來自未受影響的pv電池的電流能夠以降低的功率損耗旁通受影響的電池。在沒有旁路二極管的情況下，受影響的pv電池可能將過電流耗散為熱量，這可導(dǎo)致部件損壞。

圖1是包括輸入10、輸出20、并聯(lián)pv電池30、旁路二極管40以及串聯(lián)連接的pv電池50的pv系統(tǒng)的部分的簡化電路圖。輸入10連接到諸如其它pv電池(未示出)的另一個能量源。輸出20提供輸出，其是輸入10的電壓和橫跨pv電池30和50的電壓的組合。如上所述，pv電池30和50將光能轉(zhuǎn)換為電能。旁路二極管40并聯(lián)耦合到pv電池30。

在正常工作條件下，電流被產(chǎn)生并通過pv電池30和50。旁路二極管40在正常條件下被反向偏置，并且基本上沒有電流流過旁路二極管40。如果pv電池30被遮蔽或故障，則pv電池30停止產(chǎn)生電流(或產(chǎn)生減小的電流)并變?yōu)榉聪蚱谩Ｅ月范O管40是正向偏置的，并且電流流過旁路二極管40而不是流過遮蔽的pv電池30。在沒有旁路二極管40的情況下，過電流將流過遮蔽的pv電池30并在遮蔽的pv電池30中耗散。遮蔽的pv電池30中的該耗散可降低系統(tǒng)的效率并可產(chǎn)生顯著的熱量，這可損壞pv電池30和/或系統(tǒng)的其它部分。

流過旁路二極管40的電流也生成熱量。旁路二極管的有效性通常取決于在可接受的溫度內(nèi)通過快速耗散生成的熱量來操作的二極管。如果旁路二極管40變得太熱，則流過旁路二極管40的電流可被減小，或者旁路二極管40可能故障。將旁路二極管40保持在可接受的溫度有助于防止旁路二極管40以及因此pv電池30和50的降低的性能和壽命周期。將旁路二極管放置在pv系統(tǒng)的其它熱量生成部件附近可能降低旁路二極管可散熱的速率。

此背景技術(shù)部分旨在向讀者介紹可能與下面描述和/或要求保護(hù)的本公開的各個方面相關(guān)的本領(lǐng)域的各個方面。認(rèn)為這種討論有助于向讀者提供背景信息以便于更好地理解本公開的各個方面。因此，應(yīng)當(dāng)理解，這些說明將以這個角度來理解，而不是對現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的一個方面，光伏(pv)模塊包括層壓板、框架或機(jī)械附接設(shè)備、接線盒以及電子組件。層壓板包括頂表面、底表面和設(shè)置在頂表面和底表面之間的多個pv電池?？蚣芟拗茖訅喊宓闹辽僖徊糠帧＝泳€盒相鄰附接到層壓板的底表面，并電耦合到多個pv電池。電子組件相鄰附接到層壓板的底表面和接線盒的外部。電子組件包括電耦合到多個pv電池中的至少一個pv電池的旁路二極管。

在本公開的另一個方面，電子組件包括旁路二極管、印刷電路板(pcb)和外殼。旁路二極管電耦合到pv模塊并安裝在pcb上。pcb包括多個導(dǎo)電區(qū)域。外殼具有外部和內(nèi)部。外殼還限定內(nèi)部體積。旁路二極管設(shè)置在內(nèi)部體積內(nèi)。

存在與上述方面相關(guān)的特征的各種細(xì)化。另外的特征也可以包含在上述方面中。這些細(xì)化和附加特征可以單獨地或以任何組合存在。例如，下面關(guān)于任何所示實施例所討論的各種特征可以單獨地或以任何組合包含在任何上述方面中。

附圖說明

圖1是pv系統(tǒng)的部分的簡化電路圖；

圖2是示例pv模塊的透視圖；

圖3是圖2所示的pv模塊的橫截面圖；

圖4是圖2所示的pv模塊的后視圖；

圖5是圖2所示的pv模塊的簡化電路圖；

圖6是示例電子組件的透視圖；

圖7是圖6所示的電子組件的內(nèi)部視圖；

圖8是圖7所示的旁路二極管和印刷電路板(pcb)的近視圖。

貫穿附圖的多個視圖，對應(yīng)的參考標(biāo)記指示對應(yīng)的部分。

具體實施方式

本公開通常涉及具有旁路二極管的光伏(pv)模塊。更具體地，本公開涉及包括其中具有旁路二極管的外部電子組件的pv模塊。示例pv模塊通過使用包括pv模塊和接線盒外部的旁路二極管的電子組件來促進(jìn)旁路二極管的增加了的散熱。

首先參考圖2、3和4，pv模塊的一個實施例通常以100來指示。在圖2中示出了pv模塊100的透視圖。圖3是如圖2中所示的在線a-a處截取的pv模塊100的橫截面圖。pv模塊100包括層壓板102和限制層壓板102的框架104。

層壓板102包括頂表面106(也稱為太陽接收側(cè))和底表面108(圖3中所示)。邊緣110在頂表面106和底表面108之間延伸。在該實施例中，層壓板102是矩形形狀。在其它實施例中，層壓板102可以具有任何合適的形狀。

如圖3中所示，層壓板102具有包括若干層118的層壓結(jié)構(gòu)。層118可以包括例如玻璃層、非反射層、電連接層、n型硅層、p型硅層和/或背襯層。一個或多個層118還可以包括pv電池(圖2和圖3中未示出)。在其它實施例中，層壓板102可以具有更多或更少(包括一個)的層118，可以具有不同的層118，和/或可以具有不同類型的層118。

層壓板102內(nèi)的pv電池電連接以形成pv電池陣列。pv電池在層壓板內(nèi)耦合在一起以形成陣列。陣列中的pv電池彼此串聯(lián)連接以產(chǎn)生作為每一個串聯(lián)連接的pv電池的輸出的總和的輸出。在具有多個pv電池陣列的實施例中，pv電池陣列通常在接線盒內(nèi)彼此耦合，如下所述?？蛇x地，pv電池陣列可以在層壓板102內(nèi)耦合在一起。

如圖2中所示，框架104限制層壓板102?？蚣?04耦合到層壓板102，如在圖3中最優(yōu)所示。框架104有助于保護(hù)層壓板102的邊緣110。示例框架104包括與層壓板102間隔開的外表面130和與層壓板102相鄰的內(nèi)表面132。外表面130與內(nèi)表面132間隔開并且基本上平行于內(nèi)表面132。在示例實施例中，框架104由鋁制成。更具體地，在一些實施例中，框架104由6000系列陽極氧化鋁制成。在其它實施例中，框架104可以由提供足夠剛度的任何其它合適的材料制成，包括例如軋制或沖壓的不銹鋼、塑料或碳纖維。

圖4是pv模塊100的底表面108的平面圖。pv模塊100包括接線盒140和相鄰底表面108設(shè)置的電子組件142。接線盒140附接到層壓板102。在其它實施例中，接線盒140附接到框架104。在一些實施例中，pv模塊100包括便于與接線盒140和/或電子組件142機(jī)械連接的結(jié)構(gòu)特征。示例包括用于螺釘?shù)目?，框?04或?qū)訅喊?02上的凸緣，或者如下所述與部件上的配合結(jié)構(gòu)配對的結(jié)構(gòu)。

電子組件142機(jī)械地附接到層壓板102。在其它實施例中，電子組件142附接到框架104或接線盒140。接線盒140可以包括便于機(jī)械連接的結(jié)構(gòu)特征，諸如以與電子組件142的配合結(jié)構(gòu)配對的螺釘孔。

盡管圖4中示出了單個電子組件142，但是pv模塊100可以包括任何合適數(shù)量的電子組件142。在一些實施例中，pv模塊100包括多個電子組件142。電子組件142包括至少一個旁路二極管(圖4中未示出)。在其它實施例中，電子組件142包括多個旁路二極管。旁路二極管電耦合到pv模塊100中的至少一個pv電池陣列。

旁路二極管耦合到pv電池，以使得在全部pv電池正向偏置的正常工作條件下，旁路二極管被反向偏置以迫使電流流過并聯(lián)pv電池陣列。在至少一個并聯(lián)pv電池由于遮蔽或其它故障而被反向偏置時，旁路二極管的極性被正向偏置，并且電流流過旁路二極管以保護(hù)pv電池免于生成過多的熱量并導(dǎo)致部件故障。在其它實施例中，實現(xiàn)了引導(dǎo)電流遠(yuǎn)離故障pv電池的替代方法，諸如采用開關(guān)部件。

圖5是包括輸入143、輸出145、一組pv電池陣列151、接線盒140以及電子組件142的pv模塊100的簡化電路圖。在該示例實施例中，一組pv電池陣列151包括pv電池陣列152、153和154。在其它實施例中，一組pv電池陣列151包括任何合適數(shù)量的更多或更少的pv電池陣列。pv電池陣列152、153和154的每個包括三個pv電池。在其它實施例中的pv電池陣列可以包括任何數(shù)量的pv電池。

接線盒140將pv電池陣列152、153和154串聯(lián)地電耦合到層壓板102外部，以允許在制造和修理pv模塊100期間易于接入和安全處理?？商娲鼗蛄硗獾兀琾v電池陣列可以在接線盒140內(nèi)并聯(lián)連接?？蛇x地，輸入143和/或輸出145可以容納在接線盒140內(nèi)。在一些實施例中，接線盒140包含其它電路，例如但不限于用于執(zhí)行補(bǔ)充任務(wù)的消弧、監(jiān)控和逆變器(未示出)。

電子組件142包括旁路二極管155、156和157。在其它實施例中，電子組件142可以包括任何合適數(shù)量的旁路二極管。每個旁路二極管155、156和157與相應(yīng)的pv電池陣列并聯(lián)連接。可選地，每個旁路二極管155、156和157可以與單個pv電池或pv電池陣列的部分并聯(lián)連接。在示例實施例中，旁路二極管155連接到pv電池陣列152，旁路二極管156連接到pv電池陣列153，以及旁路二極管157連接到pv電池陣列154。在示例實施例中，旁路二極管155、156和157是肖特基二極管?？蛇x地，二極管155、156和157可以是任何其它合適的二極管或適用于一個或多個pv電池的旁路的其它部件。

圖6是電子組件142的透視圖。電子組件142包括外殼160、電導(dǎo)體162以及旁路二極管155、156和157(圖6中未示出)。可選地，電子組件142可以包括少于全部的旁路二極管。在示例實施例中，外殼160由聚碳酸酯材料構(gòu)成。在其它實施例中，外殼160可以由提供合適的剛度結(jié)構(gòu)的替代材料制成。外殼160包括頂部164、側(cè)面165和166、端部167和168、以及限定內(nèi)部體積的底部169。在一些實施例中，外殼160包括便于與pv模塊100的安全機(jī)械連接的一個或多個結(jié)構(gòu)特征，諸如外殼160底部上的配合結(jié)構(gòu)或橡膠墊。

在一些實施例中，外殼160包括一個或多個散熱結(jié)構(gòu)，以便于從外殼和設(shè)置在其中的旁路二極管的快速地散熱。散熱結(jié)構(gòu)的示例包括但不限于散熱片，與諸如水的冷卻劑熱連通的銅觸點，以及散布表面區(qū)域上的熱量的熱化合物等。在所示實施例中，外殼160的頂部164包括多個散熱片185。

外殼160包括孔161，導(dǎo)體162通過孔161離開/進(jìn)入外殼160以提供到旁路二極管155、156和157的電連接。導(dǎo)體162從電子組件142向外延伸?？蛇x地，導(dǎo)體162終止于電子組件142的外表面附近以連接到其它導(dǎo)體(未示出)。

圖7是沿圖6中b-b線的電子組件142的橫截面圖。印刷電路板(pcb)170設(shè)置在外殼160的內(nèi)部體積171中。旁路二極管155安裝在pcb170上。為了清楚起見，圖7中示出了單個pcb170和單個旁路二極管155。外殼160可以包括向pcb170和導(dǎo)體162提供額外的機(jī)械支撐的結(jié)構(gòu)(未示出)。

pcb170是包括集成的導(dǎo)體(未示出)和導(dǎo)電區(qū)域180的電路板，以便于將諸如旁路二極管155和導(dǎo)體162的電氣部件彼此耦合。

灌封化合物(封裝劑(potant))172用于向旁路二極管155和pcb170提供保護(hù)，以避免諸如振動、沖擊和濕氣的因素，同時允許熱量向外耗散。封裝劑172基本上填充內(nèi)部體積171的部分，該內(nèi)部體積171的部分未被pcb170、安裝在pcb170上的部件(諸如旁路二極管155)以及導(dǎo)體162占據(jù)。在示例實施例中，封裝劑172為基于硅樹脂的封裝劑。在其它實施例中，封裝劑172由任何其它合適的封裝劑材料組成。

圖8是圖6中所示的旁路二極管155和pcb170的近視圖。旁路二極管155使用表面安裝焊接附接到pcb170。可選地，旁路二極管155可以是通孔安裝的，或者使用其它合適的附接方法耦合到pcb170。pcb170包括用于除了旁路二極管155之外的部件的導(dǎo)電區(qū)域。導(dǎo)電區(qū)域包括用于補(bǔ)充電路的導(dǎo)體墊180和通孔182。為了將導(dǎo)電區(qū)域彼此電耦合，pcb170包括耦合到每個導(dǎo)電區(qū)域的集成導(dǎo)體。集成導(dǎo)體將旁路二極管155耦合到每個導(dǎo)體墊180。導(dǎo)體墊180耦合到導(dǎo)體162，以便將旁路二極管155耦合到pv模塊100。

通孔182將提供補(bǔ)充功能的電路(未示出)耦合到電子組件160。電路可以包括但不限于逆變器、消弧電路和/或監(jiān)控電路。通孔182通過集成導(dǎo)體耦合到導(dǎo)體墊180和旁路二極管155。在其它實施例中，pcb170包括導(dǎo)電區(qū)域和集成導(dǎo)體的可替代結(jié)構(gòu)，以提供到電氣部件的連接。

通過將電子組件142附接到層壓板102和接線盒140的外部，旁路二極管155的散熱速率比一些已知的系統(tǒng)得到改善。通過將旁路二極管155與其它熱量產(chǎn)生部件隔離，旁路二極管155能夠以改善的速率來散熱并且隨后將溫度保持在最優(yōu)工作范圍內(nèi)。改善的散熱率可以導(dǎo)致旁路二極管155的改善的壽命。電子組件可以有助于減少在pv模塊中安裝和維修旁路二極管所需的時間。對于pv模塊100的所有者，電子組件142的添加可以通過以下來降低成本：降低替換旁路二極管155的需求，減少安裝和修理電子組件142所需的勞動時間，以及降低在安裝和修理期間損壞其它部件的風(fēng)險。

該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最優(yōu)方式，并也使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明，包括制造和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求來限定，并可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有與權(quán)利要求的文字語言沒有不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的文字語言無實質(zhì)差異的等同的結(jié)構(gòu)元件，則這些其它示例將在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。