太阳能板系统中连接太阳能电池或切片的系统和方法

【背景技术】

通常，太阳能板可能包含串联连接的一串太阳能电池。如图1所示，太阳能板100包括一串串连连接的太阳能电池101ab-101nn。如图所示，太阳能板100是一个9*4串的太阳能电池或者切片组。两条引线102a、102b一起传递所有太阳能电池的串联电压。如果其中一个太阳能电池失效、被阴影遮挡、变脏或者出现其他不良状况，将会降低整个太阳能板的输出性能。

图2是一个典型的太阳能矩阵系统201建立的示意图，其中使用了一定数量相互平行的各组相互串联的太阳能板。如果这些太阳能板的其中某些太阳能板处于阴影区域，如图中线条203a-n圈起来的区域，则整个矩阵202ab-202nn的性能都可能会受到影响。各串是通过线路204并行连接的，通常会连接到一个转换器。

图3显示一个包含太阳能板302a-n的太阳能矩阵系统301，其中每一个太阳能板具有一个附加管理单元304a-n.每一个太阳能板302a-n以及其相关的的管理单元304a-n并联连接。每一个管理单元304a-n将其相关的太阳能板的电压转化为高电压以在总线上传输。如果一个特定的太阳能板被遮挡或者如果其性能由于其他因素的影响发生衰退，这种方法能够帮助限制所述受影响的特定太阳能板受到的不良影响。这样，所述受影响的太阳能板所在的组串的性能的衰退就能够一定程度地减小。

因此，确有必要提高太阳能板的效率，以及其在较大群组中的效率。

【发明内容】

在本发明的一个实施例中，一种方法和系统，其包括多个太阳能电池和多个电压控制器。每一个所述太阳能电池与所述电压控制器中的一个专用电压控制器直接连接，所述太阳能电池及其专用电压控制器共同形成一对特有太阳能电池和电压控制器。每个太阳能板包含多个所述特有太阳能电池和电压控制器对。

关于本发明的其他特征和具体实施例，下面将结合附图和具体实施方式详细说明。

【附图说明】

本发明的具体实施例将通过举例的方式显示，但并不局限于附图中所示的结构，其中附图中类似的标号表示相似的元件。

图1显示现有技术中传统太阳能板的示意图。

图2显示现有技术中传统太阳能矩阵的示意图。

图3显示现有技术中传统太阳能矩阵及具有相关管理单元的太阳能板的示意图。

图4显示根据本发明的一个实施例的一个太阳能板的示意图。

图5a显示根据本发明一个实施例的电压控制器/转换器的示意图。

图5b显示根据本发明的另一实施例的电压控制器/转换器的示意图。

【具体实施方式】

在接下来的说明中，为了解释说明，为提供对本发明的全面的理解，设定了很多具体细节。需要指出的是，对于熟悉该领域的技术人员，在没有这些具体细节的情况下也可以实施本发明的具体实施例。另外，为避免混淆本发明的技术内容，本发明的一些结构和装置使用方框图表示。

此处所称的“一个实施例”、“实施例”、“其他实施例”或类似的表述是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。此外，在本说明描述的在一些特征可能在一些实施例中显示而在其他实施例中并未显示。同样的，本说明描述的各种要求可能在一些实施例中有要求而在其他实施例中并未要求。

图4显示根据本发明一个实施例的典型的太阳能板400。所述太阳能板400为一个由4行乘以9列的太阳能电池或切片401a-n组成的矩阵。每一个太阳能电池或切片具有其自己的电压控制器/转换器402a-n来提供直流电压，这样每一个太阳能电池具有高于整个太阳能板的能量。在一个实施例中，所述电压控制器/转换器402a-n的输出可以作为电流源。在另一个实施例中，所述电压控制器/转换器402a-n的输出可以作为电压源。在所述电压控制器/转换器作为电流源输出的实施例中，所有的太阳能板提供相同的电流，但电压可以根据每一个太阳能板的太阳能能量变化。在所述电压控制器/转换器作为电压源输出的实施例中，所有的太阳能板提供相同的电压，但电流可以根据每一个太阳能板的太阳能能量变化。在一些实施例中，可以不仅仅是一个单独的太阳能电池连接至一个电压控制器/转换器，也可以是两个、四个或者其他任意数量的太阳能电池同时连接至一个电压控制器/转换器。太阳能电池和所述电压控制器/转换器的配比可以根据成本、转换效率以及太阳能板的效率综合考虑来设定。不同的切片(太阳能电池)和不同的电压控制器/转换器都会导致太阳能电池和电压控制器/转换器的配比不同。

图5a和图5b分别显示了图4中两个控制器402x和402y的示例性实施例。如图5a所示，控制器402x与一个太阳能电池或切片501连接。所述控制器402x包括一个外部整流器502、一个单一芯片调节器503、一个电容504以及一个肖特基二极管505。电压由所述单一芯片调节器503使用所述外部整流器502和电容504进行切换。所述肖特基二极管505避免电流的回流。在一个实施例中使用了所述肖特基二极管505来提高效率，在其他实施例中也可以不使用所述肖特基二极管505。所述单一芯片调节器503和控制器芯片508(将在下面进行说明)可以由制造集成芯片的公司例如美信(Maxim)、仙童(Fairchild)、亚德诺半导体(Analog Devices)、研诺(Analogic Tech)等其他有能力的公司将其集成为一个集成芯片。

如图5b所示，所述控制器402y连接至一个太阳能电池或切片511。所述控制器402y包括一个整流器513、一个晶体管510、控制芯片508、电容509、晶体管507、肖特基二极管506、电容515、电阻517以及电阻519。在一个实施例中，所述晶体管507和晶体管510为P型MOSFET晶体管。控制器402y分别使用晶体管507和晶体管510以及所述肖特基二极管506进行同步整流和降压(降压变换器的开关)。所述控制器芯片508具有一个感应引脚S连接至所述电路的输入端的感应器502，其感测在晶体管510处于“导通”状态下传输了多少电流然后计算最佳时间。所述电容509可以在启动电压很低的时候用于自举启动所述芯片直到输出电压可以使用并且比较稳定为止。反馈引脚FB可以从输出端获得电流。也可用于测量输出电压和在某些实施例中用于同步整流。电阻517和519充当电压分配器来设定正常输出电压。

门极控制线G1和G2分别用于控制晶体管510和晶体管507的导通。其用于驱动同步降压的门极控制(晶体管510的)和整流门极控制。输出电容515用于在降压过程中保持电压稳定。在一个实施例中，所有的电压控制器/转换器402a-n能够依据每一个太阳能电池的电流推出一个混合电压、电流源。

目前，单一芯片调节器503作为一个集成芯片，已经能够在非常低的电流，例如几百毫安的情况下工作。然而单一芯片调节器503不仅恩能够购用于个人电子装置也可以用于产生能量的太阳能板。在一个实施例中，所述的操作控制器芯片508的方法可以被集成到一个整个芯片中，其中斩波和同步整流晶体管也可以集成到该芯片中。

在一个实施例中，在平行线路系统中，一个转换器或控制器可以用于产生预先设定的特定电流，而所有的转换器或控制器可以串联连接以产生一个电流源或者电压源。根据每一个太阳能电池或每组太阳能电池的最大输出功率，可以实施开路电压限制，以避免在低负载时电压的损失。

在一个实施例中，可以使用引导电荷泵来增加启动时的初始电压。可以通过在打开主降压切换器之前先等待自举电压稳定等一些预防措施来避免在启动时发生电流回流。在一个实施例中，也可以使用推挽开关或使用转换器的其他有用拓扑。

在本发明的各种实施例中，可以是硬件电路与软件相结合来实现本发明的技术。本发明的技术并非局限于任何具体的硬件电路与软件的结合，也不局限于由数据处理系统执行的指令的特定资源。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

【优先权主张】

本发明主张申请于2007年11月14日，申请号为61/003,091号的美国临时专利申请以及中请于2008年10月17号，申请号为12/253,868号的美国专利申请的权利，这些申请所披露的内容作为本发明的参考。