專利名稱：集成光伏模塊的制作方法
技術領域：
本申請涉及太陽能領域。特別地，本申請涉及集中式光伏太陽能系統的優化。
背景技術：
盡管太陽能是天然充裕的，但將太陽能有效地用作劃算的電力源的能力仍然存在挑戰。太陽能通常由設置在一個或更多個太陽能電池板的大表面區域內的光伏(PV)電池的互連組件捕獲，用于發電目的。多個太陽能電池板可以設置成陣列。在高效太陽能電池板的開發中長期存在的問題在于，當PV電池用作電流源時，由每串PV電池產生的功率受到最差的PV電池的限制。類似地，當太陽能電池板串聯連接時，太陽能電池板的陣列受到它的最差的太陽能電池板的限制。因此，典型的太陽能電池板在該太陽能電池板的輸出功率不同于該陣列的它支撐的另一個太陽能電池板時會表現不佳。用于轉換照射在PV電池、電池板或陣列上的太陽能的能力因此受到限制，并且太陽能電池板的物理完整性由于暴露至由未轉換的太陽能引起的耗散的熱量而受到妥協。一串PV電池可能由于制造以及運行和環境條件中的不一致性而彼此不同地運行。例如，制造不一致性可能導致兩個相同的PV電池具有不同的輸出特性。由PV電池產生的功率還受到諸如陰影和運行溫度之類的外部因素影響。因此，為了最有效地利用PV電池，制造廠商基于PV電池的效率、PV電池的預期溫度行為和其它特性對每個PV電池進行分級或分類，并形成具有類似(即使不等同)的PV電池效率的太陽能電池板。在構造電池板之前不能以這種方式對電池進行分類會導致電池等級失配和運行差的電池板。然而，這種裝配線分類過程是耗時的、昂貴的，并且占據工廠場地上的大的占地面積(因為需要太陽模擬器以及自動分類和分級機器，如場致發光成像系統，來表征PV電池)，但對提高太陽能電池板的效率是至關重要的。為了提高捕獲太陽輻射的效率，光學集中器可以用來收集入射在大的表面區域上的光并將該光引向或集中到小的PV電池上。較小的有效PV電池表面因此可以用來實現相同的輸出功率。集中器主要包括用于光的收集和集中的一個或更多個光學元件，如相對于PV電池保持在固定的空間位置并光學耦合至PV電池的孔隙的透鏡、鏡子或其它光學集中
>j-U ρ α裝直。然而，集中式光伏系統將另一等級的復雜性引至不匹配的PV電池效率問題，因為光學集中器的制造以及運行和環境條件中的不一致性也會使光學模塊(該光學模塊包括
6與PV電池光連通的集中器)的性能退化。例如,集中器中的點缺陷、光學集中器和PV電池之間的引起PV電池的有效表面上的太陽的圖像的錯誤指引的角度誤差或橫向位移、太陽能跟蹤誤差、霧、灰塵或雪積聚、由于使用年限和暴露至自然元素引起的材料變化、彎曲、散焦和生銹影響光學模塊的性能。而且，光學模塊的結構可能存在固有的損耗。例如，可能存在通過光學集中器的保護蓋的傳輸損耗、鏡面反射損耗、或包括吸收和菲涅耳反射損耗的輔助光學元件損耗。如果太陽能電池板內的光學集中器的效率未得到匹配，則由于不匹配的PV電池特性，如波動電池輸出電壓和/或電流，電池板或陣列的性能將降低至最差的光學模塊的水平。因此，集中式光伏系統的常規制造需要為了它們的效率和其它PV特性而分類和分級PV電池、分類和分級光學集中器、以及分類和分級光學模塊。因此存在對減少分類或分級過程的需要以降低制造時間和成本的集中式光伏系統和方法的需求。還存在對克服或降低由光學集中器和PV電池功率輸出的不規律性引起的性能退化以提高集中式光伏太陽能電池板的效率的需求。而且，集中式光伏部件的模塊性會便于集中式光伏系統的維護和修理。

發明內容
提供了光集中光伏系統和方法以解決光學集中器和PV電池組件的性能的潛在退化，無論是由光學集中器內的各種部件(如光導、聚焦元件等)的失配，光學集中器和PV電池之間的失配，還是由任何這種部件內的異常或缺陷引起的性能的潛在退化。在單個設備內，多個光學集中器和對應的太陽光接收器組件(包括PV電池)中的每一個都設置有對應的集成功率效率優化器，以調節PV電池的由于集中器-接收器組件之間的不同的效率而導致的輸出電壓和電流。根據接下來的描述、附圖和隨附權利要求，本文中描述的實施例的其它和可替換特征、方面和優點將變得明顯。


在僅以舉例的方式圖示本發明的優選實施例的附圖中，圖I為太陽光集中光伏(CPV)模塊的實施例的示意圖；圖2A為光學集中器的正視圖；圖2B為圖2A的中間部分的放大視圖，圖示其中的太陽光至PV電池的傳播；圖3為光學集中器的另一個實施例的分解透視圖；圖4A-4I圖示光學集中器的可替換實施例；圖5A為光學集中器的另一個實施例的正視圖；圖5B為圖5A的光學集中器的一部分的放大視圖；圖6A為完全對準的PV電池上的太陽圖像的圖示；圖6B為未對準的PV電池上的太陽圖像的圖示；圖7A為PV電池在各個運行溫度處的典型的I-V曲線的圖示；圖7B為PV電池在各個運行溫度處的典型的P-V曲線的圖示；圖8A為接收器組件的實施例的第一側的平面7
圖8B為包括多芯片式集成功率效率優化器的接收器組件的實施例的第二側的平
面圖；圖8C為圖7A和7B的接收器組件的實施例的側視圖；圖9為包括集成功率效率優化器片上系統的接收器組件的另一個實施例的平面
圖；圖10為包括兩個單獨的印刷電路板的接收器組件的實施例的平面圖；圖IlA為由輔助PV電池供電的接收器組件的實施例的第一側的平面圖；圖IlB為包括多芯片式集成功率效率優化器的、由輔助PV電池供電的接收器組件
的實施例的第二側的平面圖；圖12為接收器組件的另一個實施例的第一側的平面圖；圖13為集成功率效率優化器系統的框圖；圖14為由光學模塊供電的接收器組件的實施例的電路框圖；圖15為由光學模塊和/或沒有電池的輔助電源供電的接收器組件的實施例的電路框圖；圖16為由光學模塊和/或有電池的輔助電源供電的接收器組件的實施例的電路框圖；圖17為具有通信電路的接收器組件的實施例的電路框圖；圖18為具有DC/AC逆變器的接收器組件的實施例的電路框圖；圖19A為具有AC輸出的串聯連接的集成CPV模塊的框19B為具有AC輸出的并聯連接的集成CPV模塊的框20A為具有DC輸出的串聯連接的集成CPV模塊的框20B為具有DC輸出的并聯連接的集成CPV模塊的框21為具有DC輸出的并聯連接的集成CPV模塊和二級DC/AC逆變器的框22為具有DC輸出的集成CPV模塊的和二級DC/AC逆變器的陣列的框圖；圖23A為CPV電池板的實施例的平面圖；圖23B為CPV電池串的實施例的平面圖；圖23C為集成CPV模塊的實施例的分解側視圖；以及圖24為太陽能電池板的透視圖。
具體實施例方式本文中描述的實施例提供了通過互連的光伏(PV)電池將太陽能轉換為電力的太陽光集中光伏(CPV)設備和方法。這些實施例對來自接收集中的光的PV電池的輸出進行局部功率調節，并且從而至少改善現有技術中存在的不便中的一些。在一種實施例中，提供了一種太陽光集中光伏設備，包括適于接收輸入太陽光的多個光學集中器，每個光學集中器包括具有第一光學效率的至少一個光學元件，并且所述多個光學集中器中的每一個具有對應的第二光學效率；多個太陽光接收器組件，每個太陽光接收器組件包括光伏電池和與所述光伏電池電連通的集成功率效率優化器，光伏電池被設置為接收從所述多個光學集中器中的對應的一個輸出的太陽光，集成功率效率優化器被配置為調節所述光伏電池的輸出電壓和電流，以減少所述多個光伏電池的由于所述多個光學集中器的第二光學效率之間的差異而導致的輸出功率損耗，所述多個光學集中器中的每一個的第二光學效率至少依賴于所述至少一個光學元件和用于所述光學集中器的對應的光伏電池的相對定位。在該實施例的另一個方面中，第一光學效率包括在所述至少一個光學元件處輸入的太陽光的量和從所述至少一個光學元件輸出的太陽光的量之間的可測量差值；所述至少一個光學元件包括透鏡、波導或彎曲反射表面；第一光學效率由所述至少一個光學元件中包括的異常降低，所述異常選自由光學象差、材料吸收，至少一個太陽光照射表面的退化、至少一個太陽光照射表面的形狀的變化、光在到達光學元件的輸出表面之前的逃逸及其任何組合構成的組；每個第二光學效率依賴于所述至少一個光學元件的第一光學效率；每個第二光學效率隨著時間變化；在第二光學效率隨著時間變化時，每個集成功率效率優化器連續地調節該集成功率效率優化器電連通的光伏電池的輸出電壓和電流；所述太陽光接收器組件中的每一個包括支承所述光伏電池和所述集成功率效率優化器的基板，并且其中所述集成功率效率優化器設置成鄰近光伏電池；所述集成功率效率優化器中的每一個還包括整流器和DC/DC轉換器；所述集成功率效率優化器中的每一個還包括DC/AC逆變器；太陽光接收器組件中的至少一個還包括通信電路；太陽光接收器組件中的至少一個還包括至少一個旁路二極管和旁路控制電路；所述多個太陽光接收器組件的集成功率效率優化器在具有DC輸出的第一級處串聯互連，該DC輸出由第二級處的DC/AC逆變器轉換成AC ;所述多個太陽光接收器組件的集成功率效率優化器在具有DC輸出的第一級處并聯互連，該DC輸出由第二級處的DC/AC逆變器轉換成AC ;所述多個太陽光接收器組件的集成功率效率優化器在具有DC輸出的第一級處以串聯和并聯的組合互連，該DC輸出由第二級處的DC/AC逆變器轉換成AC。在另一個實施例中，提供了用于由互連的光伏電池的陣列將太陽能轉換成電力的方法，該方法包括下述步驟對于所述陣列中的每一個光伏電池，通過對應的、適于接收輸入太陽光的光學集中器接收太陽光，光學集中器包括具有第一光學效率的至少一個光學元件，并且所述多個光學集中器中的每一個具有對應的第二光學效率，所述第二光學效率至少依賴于所述至少一個光學元件和用于所述光學集中器的對應的光伏電池的相對定位；同時調節該陣列中的每個光伏電池的輸出電壓和電流，以降低該陣列的由于該陣列的第二光學效率之間的差異而導致的輸出功率損耗，并采用集成功率效率優化器轉換該陣列中的每個光伏電池的輸出功率，所述集成功率效率優化器中的每一個與光伏電池中的對應的一個電連通；以及合并從每個集成功率效率優化器轉換的輸出功率。在該實施例的其它方面中，第一光學效率包括在所述至少一個光學元件處輸入的太陽光的量和從所述至少一個光學元件輸出的太陽光的量之間的可測量差值，并且第一光學效率由所述至少一個光學元件中包括的異常降低，所述異常選自由光學象差、材料吸收，至少一個太陽光照射表面的退化、至少一個太陽光照射表面的形狀的變化、光在到達光學元件的輸出表面之前的逃逸及其任何組合構成的組；第二光學效率依賴于所述至少一個光學元件的第一光學效率，并且其中當從其接收集中的太陽光的光學集中器的第二光學效率隨著時間變化時，隨著時間連續地調節每個光伏電池的輸出電壓和電流；調節該陣列中的每個光伏電池的輸出電壓和電流的步驟包括檢測每個所述光伏電池的輸出電流和輸出電壓，并將輸出電流或輸出電壓中的一個鎖定至最大功率點。
在另一個實施例中，提供了一種太陽光集中光伏設備，包括適于接收輸入太陽光的多個光學集中器，每個光學集中器包括具有第一光學效率的至少一個聚焦元件和具有第二光學效率的至少一個光導，所述至少一個光導光耦合至所述至少一個聚焦元件，所述多個光學集中器中的每一個具有對應的第三光學效率；多個太陽光接收器組件，每個太陽光接收器組件包括光伏電池和與所述光伏電池電連通的集成功率效率優化器，光伏電池 被設置為接收從所述多個光學集中器中的對應的一個輸出的太陽光，集成功率效率優化器被配置為調節所述光伏電池的輸出電壓和電流，以減少所述多個光伏電池的由于所述多個光學集中器的第三光學效率之間的差異而導致的輸出功率損耗，所述多個光學集中器中的每一個的第三光學效率至少依賴于所述至少一個聚焦元件、所述光學集中器的所述至少一個光導和用于所述光學集中器的對應的光伏電池的相對定位。在該另一個實施例的其它方面中，第一光學效率包括在所述至少一個聚焦元件處輸入的太陽光的量和從所述至少一個聚焦元件輸出的太陽光的量之間的可測量差值；所述至少一個聚焦元件包括透鏡或彎曲反射表面；第一光學效率由所述至少一個聚焦元件中包括的異常降低，所述異常選自由光學象差、材料吸收，至少一個太陽光照射表面的退化、至少一個太陽光照射表面的形狀的變化及其任何組合構成的組；第二光學效率包括在所述至少一個光導處輸入的太陽光的量和從所述至少一個光導向光伏電池輸出的太陽光的量之間的可測量差值；第二光學效率由所述至少一個光導中包括的異常降低，所述異常選自由光學象差、材料吸收，至少一個光照射表面的退化、至少一個光照射表面的形狀的變化、光從所述至少一個光導的提前逃逸及其任何組合構成的組；每個第三光學效率依賴于所述至少一個聚焦元件的第一光學效率；每個第三光學效率依賴于第一光學效率和第二光學效率；每個第三光學效率隨著時間變化；在第三光學效率隨著時間變化時，每個集成功率效率優化器連續地調節該集成功率效率優化器電連通的光伏電池的輸出電壓和電流；所述太陽光接收器組件中的每一個包括支承所述光伏電池和所述集成功率效率優化器的基板，并且其中所述集成功率效率優化器設置成鄰近光伏電池；所述集成功率效率優化器中的每一個由至少一個對應的輔助光伏電池供電；所述多個太陽光接收器組件的集成功率效率優化器在具有DC輸出的第一級處串聯互連，該DC輸出由第二級處的DC/AC逆變器轉換成AC ；所述多個太陽光接收器組件的集成功率效率優化器在具有DC輸出的第一級處并聯互連，該DC輸出由第二級處的DC/AC逆變器轉換成AC ;所述多個太陽光接收器組件的集成功率效率優化器在具有DC輸出的第一級處以串聯和并聯連接的組合互連，該DC輸出由第二級處的DC/AC逆變器轉換成AC ;太陽光接收器組件中的至少一個的集成功率效率優化器包括片上系統。在又一個實施例中，提供了一種用于由互連的光伏電池的陣列將太陽能轉換成電力的方法，該方法包括下述步驟對于所述陣列中的每一個光伏電池，通過對應的、適于接收輸入太陽光的光學集中器接收太陽光，光學集中器包括具有第一光學效率的至少一個聚焦元件和具有第二光學效率的至少一個光導，所述至少一個光導光耦合至所述至少一個聚焦元件，并且所述多個光學集中器中的每一個具有對應的第三光學效率，所述第三光學效率至少依賴于所述至少一個聚焦元件、所述光學集中器的所述至少一個光導和用于所述光學集中器的對應的光伏電池的相對定位；同時調節該陣列中的每個光伏電池的輸出電壓和電流，以降低該陣列的由于該陣列的第三光學效率之間的差異而導致的輸出功率損耗，并
10采用集成功率效率優化器轉換該陣列中的每個光伏電池的輸出功率，所述集成功率效率優化器中的每一個與光伏電池中的對應的一個電連通；以及合并從每個集成功率效率優化器轉換的輸出功率。在該實施例的其它方面中，第一光學效率包括在所述至少一個聚焦元件處輸入的 太陽光的量和從所述至少一個聚焦元件輸出的太陽光的量之間的可測量差值；并且第二光學效率包括在所述至少一個光導處輸入的太陽光的量和從所述至少一個光導輸出的太陽光的量之間的可測量差值；每個第三光學效率依賴于第一光學效率和第二光學效率；和/或調節該陣列中的每個光伏電池的輸出電壓和電流的步驟包括檢測每個所述光伏電池的輸出電流和輸出電壓，并將輸出電流或輸出電壓中的一個鎖定至最大功率點。在又一個實施例中，提供了包括上述任一個太陽光集中光伏設備的太陽能電池板。本文中的實施例因此提供包括多個光學集中器的CPV設備，其中所述多個光學集中器耦合至PV電池。可以包括任何數量的PV電池。為每個PV電池提供新穎的集成功率效率優化器(IPEO)，以降低所述多個光伏電池的輸出功率功耗并轉換單個PV電池基底上的功率。以這種方式，可以由經歷影響集中器和PV電池的性能的內部和/或外部條件的每個PV電池產生恒定電壓或輸出電流。在一些實施例中，CPV設備可以被設置為太陽能PV電池板，并且可以包括數個模塊，每個模塊包括光學集中器、PV電池和ΙΡΕ0，每個模塊單獨地運行以提供該太陽能PV電池板的最大總功率輸出，該最大總功率輸出基本上獨立于每個光學集中器或PV電池的個體性能或效率的固有波動。在一些實施例中，每個集中器的輸出光學效率會受到下述非詳盡的環境因素中的一個或更多個的變化的影響陰影、灰塵、跟蹤誤差和雪。同樣，在一些實施例中，每個光學集中器的輸出光學效率會受到下述非詳盡的因素中的一個或更多個的異常或變化的影響光學傳輸，光學或材料吸收，折射率的變化，反射系數，表面損壞，霧，相對角位移或橫向位移，表面形狀的彎曲或其它變化，以及散焦。在一些實施例中，任何已知類型的單結或多結PV電池可以與集中器和IPEO協同使用。在太陽田或其它環境中可以采用根據本文中描述的實施例的單個集中太陽能PV電池板，或多個集中太陽能PV電池板。在一些實施例中，根據其預期應用選擇單個集中太陽能PV電池板中的集中器的數量和PV電池的數量之比。而且，在每個集中太陽能PV電池板中，每個IPEO可以連接至單個對應的PV電池，而在其它實施例中，一個IPEO可以連接至數個對應的PV電池。在一些實施例中，為作為片上系統(SoC)的CPV模塊設置ΙΡΕ0。同樣，在一些實施例中，IPEO連接至位于CPV模塊的集中器下面的平面中的IPEO支撐裝置。在其它實施例中，IPEO可以連接至位于與PV電池相同的平面中的IPEO支撐裝置。太陽能PV電池板中使用的光學集中器可以為任何已知的實際類型，如反射性、折射性、衍射性、全內反射(TIR)波導和發光光學元件。該電池板還可以設置有單軸或雙軸太陽能跟蹤系統。在其它實施例中，該電池板可以包括連接至每個集中器的光學跟蹤系統。用于每個CPV模塊的集中程度可以被選擇為具有低范圍(如，2-20X)，中間范圍(如，20-100X)或高范圍(如，100-1000X)。在一些實施例中，每個光學集中器包括單個光學部件。在其它實施例中，每個光學集中器包括數個光學部件。本發明的實施例可以具有上述方面中的一個或更多個，但沒有必要包括本文中描述的上述方面或目標中的全部，無論是明示還是暗示。本領域技術人員將會理解，本文中描述的實施例的一些方面可能源自試圖獲得本文中暗示地或明確地描述的目標，但可以不滿足這些明示或暗示目標，并且相反可以獲得未在本文中詳述或暗示的目標。圖I和23C圖示可以用于本文中描述的實施例的類型的集成CPV模塊2。集成CPV模塊2主要包括光學模塊16，光學模塊16又包括太陽光光學集中器4和光耦合至光學集中器4以從光學集中器4接收集中的太陽光的PV電池6。在集成CPV模塊2中，PV電池6本身集成在太陽光接收器組件10中，與集成功率效率優化器(IPE0)8電連通。光學集中器主要包括用于光的收集和集中的一個或更多個光學元件，如相對于PV電池保持在固定的空間位置并光耦合至PV電池的有效表面的包括透鏡和鏡子的聚焦元件、光或波導、以及其它光學集中裝置。光學元件的示例包括溫斯頓錐體、菲涅耳透鏡、透鏡和附屬光學元件的組合、全內反射波導、發光太陽能集中器和鏡子。集成CPV模塊2的光學集中器可以包括用于收集、集中和重定向入射光到PV電池6上的單個光學元件或數個光學元件。在圖4B-4D中圖示了單光學元件組件。圖4B的光學集中器220包括全內反射波導，該全內反射波導接收入射在該波導的一個或更多個表面222上的光并通過全內反射在出射表面224處將光引導至PV電池6。圖4C的光學集中器230包括菲涅爾透鏡，其將入射在第一表面232上的光朝向被保持與菲涅爾透鏡230的與第一表面232相反的第二表面234成固定關系的PV電池6重新定向。圖4D的光學集中器240為拋物面型反射鏡，其中PV電池被保持在該反射鏡的焦點處。以下參照圖2A、2B、3、4E-4I、5A和5B，以及2008年5月I日遞交的、名稱為"Light-Guide Solar Panel And Method Of Fabrication Thereof"的美國專利申請公開 No. 2008/0271776,2010 年 2 月 12 日遞交的、名稱為"Light-Guide Solar PanelAnd Method Of Fabrication Thereof "的美國專利申請公開 No. 2011/0011449, 2010年 I 月 26 日遞交的、名稱為"StimulatedEmission Luminescent Light-Guide SolarConcentrators"的美國臨時專利申請No. 61/298, 460描述多光學元件組件的實施例，通過引用將這些美國專利申請的全部內容結合于此。圖4E的太陽光集中部件250包括主光學元件252和副光學元件254。主光學元件252可以為將入射光向副光學元件254反射的穹頂形反射鏡。副光學元件254又將向安裝至穹頂的基底的PV電池6反射光。包括將太陽光聚焦成光束的聚焦元件的光學集中器4，如圖4F、4G和4H的示例中的那些光學集中器，還可以包括相對小的光導236和256。光導236和256位于聚焦兀件的焦平面中并光耦合至聚焦元件230，250，以將光進一步引向PV電池6，如圖4F，4G和41所
/Jn ο參照圖2A和2B，光學集中器4可以包括主光學元件和副光學元件24，主光學元件在此包括聚焦元件或光插入級20和光波導級22。光插入級20和光波導級22中的每一個都可以由任何適合的透光材料制成。適合材料的示例可以包括任何類型的聚合物或丙烯酸玻璃，如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)，其具有約I. 49的折射率，用于光譜中的可見光部分。光插入級20接收照射在光插入級20的表面21上的太陽光1，并將太陽光I引向
12光學元件，如反射鏡30，其優選通過全內反射將入射太陽光引入光波導或光導級22。反射鏡30可以由界面或邊界29限定，界面或邊界29位于光插入級20的透光材料和鄰近每個邊界29的第二介質31之間。第二介質31可以包括空氣或任何適合的氣體，雖然可以選擇具有合適的折射率的其它材料。邊界29相對于照射的太陽光I的角度以及光插入級20的透光材料的折射率與第二介質31的折射率之比可以被選擇為使得照射的太陽光I經歷大致全內反射或全內反射。邊界29相對于照射太陽光I的角度可以在從臨界角至90°的范圍內，如從垂直于邊界29的表面測量的。例如，對于PMMA-空氣界面,該角度的范圍可以為從約42. 5°至90°。如此限定的反射鏡30的形狀可以形成為如同拋物面型反射鏡，但也可以具有其它合適的形狀。如圖2B所示，太陽光隨后在光波導級22中向邊界32傳播，邊界32彎曲使得照射在其上的太陽光I由于鄰近光波導級22的邊界32的另一種介質26而再次經歷全內反射。太陽光I隨后向鄰近光插入級20的表面傳播，在那里它再次經歷全內反射或大致全內反射。太陽光I通過連續的內反射繼續傳播通過光波導級22，向定位在光波導級22中的太陽光的進入點的“下游”的輸出界面34傳播。在形成為大致方形或圓形形式的光學集中器4的實施例中，采用設置在整個光插入級20上的大致圓形同心反射鏡30，輸出界面34可以被限定為集中器4的中心處的小孔。太陽光隨后在輸出界面34處退出光波導級22并進入副光學元件24，副光學元件24為第二聚焦元件24并與輸出界面34光連通且引導和聚焦太陽光到PV電池(圖2中未示出)的有效表面上。副光學元件可以包括用于將入射光引向PV電池的拋物面型耦合鏡28。PV電池可以與副光學元件24對準以在該電池的中心點處或附近接收聚焦的太陽光。副光學元件24還可以在光波導級22和PV電池6之間提供隔熱。在圖3中圖示的實施例中，類似于圖2的光插入級20和光波導22的光插入級120和光波導級122能夠與類似于圖2的副光學元件24的副光學元件124 —起安裝在托盤126中，托盤126為大致平坦的級120，122以及副光學元件124和PV電池6提供支撐。第二介質131可以為光波導級122的材料并且可以與光波導級122成一體，在光波導級122的鄰近插入級120的表面上形成凸紋。在上文參照圖2A和2B描述了光插入級120、光波導級122和副光學元件124。PV電池6可以固定地安裝至托盤126以維持它與副光學元件124的對準。托盤126可以由與級120、122相同的透光介質形成，并且可以包括用于安裝在太陽能電池板上的裝置。在另一個實施例中，圖4A中的在2008年5月I日遞交的美國專利申請公開No. 2008/0271776中描述的光學集中器202包括設置成與波導206成固定關系的一系列透鏡204。入射光I由透鏡204聚焦到設置在波導206的表面212處的界面208上，并通過全內反射重新定向至出射界面210，并且可選地在將光I聚焦和集中在PV電池(未示出)上之前傳播通過其它光學元件。可替換地，如圖5A和5B所示，多個太陽光集中部件250可以設置為光插入級，其中代替具有安裝至穹頂的基部的PV電池，反射鏡262設置為在光導258的插入表面260處將光引入光導258。太陽光I隨后在光導258中向著面向光插入級的表面264傳播,表面264彎曲使得照射在其上的太陽光I再次經歷全內反射。太陽光I隨后向邊界266傳播，在那里它再次經歷全內反射或大致全內反射。太陽光I通過連續的內反射繼續傳播通過光波導級258,向太陽光進入光導258的點的“下游”的輸出表面268傳播。集中的太陽光因此被引導至定位在光導258的輸出表面268處的PV電池6上。聚焦元件因此可以為折射性光學元件，如圖2A，2B，3，4A，4C和4F的示例中那樣，或者可以為反射性光學元件，如圖4D，4E，4H，5A和5B的示例中那樣。如本領域技術人員將認識到的那樣，所使用的光學集中器可以為任何已知的、實際類型的。可以使用的光學集中器4的類型的其它示例包括溫斯頓錐體和發光太陽能集中器。通過光學集中器4實現的集中度是基于本領域已知的多種因素選擇的。集中度可以在低范圍(如，2-20suns)、中范圍(如，20-100suns)或高范圍(如，IOOsuns和更高)中。在前述實施例中的多個中，PV電池6可以與光學集中器4集成在一起以提供容易組裝的光學模塊16，如在圖3的示例中一樣。PV電池6可以為多結電池(如雙結或三結電池)，以改善頻率范圍內的入射太陽光的吸收，雖然也可以使用單結電池。PV電池6可以具有單個或多個有效表面。在一些實施例中，太陽能電池上的正負觸點通過跨接線電連接至導電跡線，如下文進一步詳細描述的那樣。如上文描述的光學模塊16的效率基本上由光學集中器4和PV電池6的效率決定。通常，PV電池6以結合量子效率的光伏效率和它的電效率為特征。光學集中器以光學效率為特征。兩個部件的效率依賴于內部和外部因素二者，并且整個光學模塊16的效率可能受到其它因素的影響。在光學集中器的情況中，設計、制造和材料誤差，以及運行和環境條件可能導致集中器以及整個模塊的退化。例如，集中器的一個或更多個光學元件中的可能在制造期間引入的點缺陷將降低集中器的效率。因此每個光學元件至少具有給定的光學效率，其可以包括在光學兀件處輸入的太陽光的量和從光學兀件輸出的太陽光的量之間的可測量差值。在包括一個或更多個聚焦元件和一個或更多個光導的多光學元件集中器的實施例中，每個聚焦元件將具有第一光學效率，每個光導將具有第二光學效率。在具有單個光學元件的光學集中器中，單個光學效率可以與之相關聯。光學元件的可能在制造、運輸或者設置在場地中引入的角度誤差或橫向位移也將影響整個集中器的光學效率。即使沒有外部影響，也會遇到由諸如鏡面反射率、吸收和菲涅耳反射之類的因素導致的傳輸損耗。在多光學元件集中器4的情況中，光學元件的不重合和其它因素影響光學集中器4的第三光學效率。在光學模塊16本身內，集中器4和PV電池6之間的不重合會導致聚焦光300在PV電池6上遠離PV電池6的最靈敏的中間區域(如圖4F和6A所示)和朝向邊緣(如圖4G和6B所示)的錯誤指向。集中器4和PV電池6之間的這種不重合也會影響多光學元件集中器4的第三光學效率，或者引入單光學元件集中器4的另一種光學效率。在用于光學模塊16的太陽能跟蹤系統出現故障時也會引入錯誤指向。而且，關于所有部件，老化和諸如灰塵、霧和雪之間的環境條件通常不利地影響部件材料并且導致性能隨著時間退化。與聚焦元件和波導相關的確定它們中的每一個的光學效率的設計、制造和材料誤差會混合，并且會導致光學集中器4的誤差。單光學元件集中器4的第二光學效率因此可能依賴于第一光學效率。類似地，多光學元件集中器4的第三光學效率可能依賴于第一光學效率和/或它的構成光學兀件(在上文實施例中它的構成光學兀件為聚焦兀件和光導)
14的第二光學效率。而且，PV電池6本身的制造和性能的變化會不利地影響效率。圖7A和7B圖示太陽能電池的輸出電流-輸出電壓特性(Ι-v曲線)和輸出功率-輸出電壓特性(P-V曲線)如何可以分別在不同的運行溫度處變化。已知的是，每個PV電池具有它們自己的最佳的工作點，稱為最大功率點(MPP = IMPP · VMPP)，其高度依賴于PV電池上的溫度和入射光并且隨著使用年限而變化。PV電池的組件也具有依賴于其構成PV電池的MPP的MPP。總而言之，多種因素，包括內部的和環境的，都會不利地影響任何CPV模塊的整體效率，并且可以在組成成串88的集中器4、太陽能電池板14或陣列中形成光學效率范圍。如果太陽能電池板14內的光學集中器的效率未得到匹配，則電池板或陣列的性能將降低至最差光學模塊的水平。雖然這些因素中的一些通過如上所述的在制造階段的分級和分類而是可控的或至少可以管理的，但仍然存在在運輸或安裝工藝期間，或者甚至在現場使用期間將引入其它失配的可能性，而在運輸或安裝工藝期間或者在現場使用期間進一步的分級或分類可能是不實際的。甚至最初匹配非常好的模塊的串或陣列的性能也會由于制造之后引入的變化或缺陷而退化。因此，整體上光學元件和集中器的光學效率隨著時間變化。為了解決這些可能的缺陷中的一些，諸如DC-DC轉換器之類的功率調節器可以被設計為跟蹤太陽能電池板或PV電池串的MPP。這種工具已知為最大功率點跟蹤器(MPPT)。包括MPPT的功率調節器通常定位在太陽能電池板的接線箱或接線盒中。找到能夠匹配來自太陽能電池板的變化的輸出功率的、諸如MPPT或換流器之類的功率調節器是極其困難的、耗時的和昂貴的；在一些情況中，可能不存在用來轉換這種不規律的功率水平的裝置。在PV電池失配的情況中，輸出功率在太陽能電池板中將極大地不同，因此需要功率調節器匹配每個單獨的太陽能電池板或MPPT的輸出。因此，在如I所示的集成CPV模塊2的實施例中，接收器組件10設置有由PV電池6和IPEO 8 二者，PV電池6和IPEO 8用于同時調整PV電池的輸出電壓和電流，以降低多個光伏電池的由于光學集中器的第二光學效率之間的差異和PV電池輸出功率的功率轉換而導致的輸出功率損耗。因此，IPEO 8可以逐個電池地將光學模塊的輸出鎖定至恒定電壓和/或恒定電流-MPP電壓、Vmpp,和/或MPP電流，Impp-從而基板上減少或消除集中器4或PV電池6的光學效率和/或光伏效率的變化的不希望的影響。通過以這種方式提供PV電池電平優化，包括多個模塊16的電池板、串或陣列中的個體光學模塊16之間的由制造前或后、運輸、安裝或現場使用事故引起的變化的影響將被減少，從而改善電池板、串或陣列的整體性能。接收器組件10可以緊湊地和便利地設置在單個集成組件中。參照圖8A，接收器組件10可以設置在印刷電路板上。在一種實施例中，PV電池6固定至電路板的基板40，并在其正負觸點90處由跨接線92電連接至印刷在基板40上的正負導電跡線42，44。基板40還支撐與PV電池6電連通的IPEO 8。接收器組件10可以具有通路46。以這種形式，接收器組件10例如可以支撐在圖3中圖示的光學模塊的托盤126中，夾在圖4中圖示的集中器的光學部件之間，或相對于圖4A-4H中示出的多個集中器安裝。IPEO 8因此可以為其上設置IPEO 8的同一接收器組件10的單個PV電池6提供MPPT和功率轉換。在一種實施例中，IPEO 8包括用于執行MPPT的控制電路或片上系統(SoC)控制器。在圖8A的實施例中，PV電池6固定至基板40的第一面，雖然在其它實施例中，如在圖8B和8C中示出的實施例中，IPEO 8可以固定至基板40的與其上安裝PV電池6的一面相反的第二面。在這些實施例中，IPEO 8包括采用數個集成電路(IC)芯片48和/或諸如熱沉(未示出)之類的無源部件實現的專用控制電路以提供魯棒控制器。該實施例還提供兩個通路46 個通路46穿過一個導電跡線42，44。在圖9和12中示出的可替換實施例中，除了 IPEO 8包括單個SoC 38并且還可以包括凹口無源部件(未示出)之外，接收器組件10基本上類似于圖8A和SB中示出的接收器組件。SoC 38可以為微控制器。SoC 38的使用可以降低成本并便于集成CPV模塊的制造。在其它實施例中，如圖10中所示，IPEO 8可以安裝在形成為接收器組件10的一部分的單獨的印刷電路板41上。IPEO 8經由引線47與PV電池6電連通。IPEO 8接收從PV電池6傳輸的電力，跟蹤光學模塊16的MPP，并將輸入功率50轉換成恒流或恒壓電壓52。IPEO 8系統因此包括MPPT控制器54和功率轉換控制器56，并且還可以包括旁路控制器58、通信控制器60、系統保護電路64和/或輔助電源62，如圖13所示。可以用來實現IPEO 8的電路配置的示例在圖14-18的框圖中示出。MPPT控制器54通過采用傳感器66、68檢測輸入電壓和電流并分析來自PV電池的輸入電壓和電流而跟蹤MPP，并將輸入電壓和電流鎖定至光學模塊的MPP。可以使用任何合適的MPPT控制算法18。MPPT控制算法的示例包括擾動和觀測，遞增傳導，恒壓，和電流反饋。功率轉換控制器56可以包括整流器和DC/DC轉換器82，整流器和DC/DC轉換器82用來將變化的非恒定電流和非恒定電壓輸入轉換成用于供給至電力總線的恒定電壓或恒定電流。可替換地，功率轉換控制器56可以包括用來將直流(DC)輸出轉換為交流(AC)的AC/DC換流器84，如圖16所示。在具有用于集成CPV模塊的串聯連接的一個或更多個旁路二極管59的實施例中，旁路控制器58控制旁路二極管59。在光學模塊16產生太少的將被轉換的功率時，啟用旁路二極管59。任何電源可以向接收器組件10上的有源部件供電。在一種實施例中，輔助電源，如一個或更多個電池76，可以用來給接收器組件10的有源部件供電。為了利用集成CPV模塊的光學元件，電池76可以由來自一個或更多個輔助PV電池36 (如圖IIA和IlB所示)的被轉換成電力的太陽能充電。可替換地，電池76可以由系統的電源總線充電。所述電池76中的一個或更多個可以為機載電池，并且輔助PV電池36可以被放置為捕獲光學集中器4的主光學元件或副光學元件下面的散射光。輔助電源62可以包括輔助功率控制器以控制電力從裝載電池、電力總線和/或或直接從輔助PV電池36至芯片48或SoC 38的供給。系統保護電路64可以包括低壓切斷(UVLO)和過壓切斷(OVLO)電路70、用于電涌和限流保護的輸入和輸出濾波器72，74。IPEO 8還可以具有通信電路78，通信電路78包括通信控制器60和通信總線80 (其實施例在圖17中示出)，用于IPEO 8內的控制信號和數據與其它集成CPV模塊和/或中央控制器的通信。所傳輸的數據可以為測量數據，如性能指示器和所產生的功率。集成CPV模塊2可以如圖19A，20A和23B所示的那樣串聯，或者如圖19B和20B所示的那樣并聯。如圖22所述，串聯連接的集成CPV模塊2的串88也可以與其它串88并聯連接，以形成集成CPV模塊2的矩陣或陣列，如圖19所示。采用處于轉換的第二級的DC/AC逆變器86，可以將由具有位于第一級的DC輸出的互連集成CPV模塊2產生的功率轉換成AC，如圖21和22所示。太陽能電池板14可以包括互連集成CPV模塊2的陣列，如圖23A和24所示。太陽能電池板14可以包括任何數量的集成PV模塊2。事實上，并不是太陽能電池板14的所有的PV電池6都需要與光學集中器4連接在一起。給定太陽能電池板14上的光學集中器4的數量和PV電池6的數量之比是基于其應用選擇的。在一些實施例中，每個PV電池6連接至IPEO 8。在其它實施例中，數個光學模塊16或PV電池6可以連接至單個ΙΡΕ0，使得太陽能電池板14具有比PV電池6少的IPEO 8。然而，后一實施例將不能實現太陽能電池板14的最佳性能，雖然它們的制造將可能不貴。包括集成CPV模塊2的太陽能電池板14可以連接具有一個或更多個軸的太陽能跟蹤系統。此外或可替換地，太陽能電池板14可以包括連接至每個光學集中器的太陽能跟蹤系統。包括集成CPV模塊2的太陽能電池板14可以獨自工作，或者如圖23A所示與太陽田或其它環境中的數個其它太陽能電池板協作工作。所述其它太陽能電池板可以包括或可以不包括集成CPV模塊2。對本領域技術人員來說將會明顯的是，雖然本文中描述的實施例中的多個包括光學集中器4，但接收器組件10也可以在沒有光耦合至PV電池6的集中器的情況下工作。雖然已經因此以舉例的方式描述了本發明的多個實施例，但對本領域技術人員來說將會明顯的是，可以進行不偏離本發明的變化和修改。本發明包括落入隨附權利要求的保護范圍之內的所有這種變化和修改。
權利要求
1.一種太陽光集中光伏設備(14,88),包括 適于接收輸入太陽光的多個光學集中器(4)，每個光學集中器包括具有第一光學效率的至少一個光學元件(20，22，24)，并且所述多個光學集中器(4)中的每一個具有對應的第二光學效率； 多個太陽光接收器組件(10)，每個太陽光接收器組件(10)包括光伏電池(6)和與所述光伏電池(6)電連通的集成功率效率優化器(8)，光伏電池(6)被設置為接收從所述多個光學集中器中的對應的一個光學集中器輸出的太陽光，集成功率效率優化器(8)被配置為調節所述光伏電池的輸出電壓和電流，以減少所述多個光伏電池的由于所述多個光學集中器的第二光學效率之間的差異而導致的輸出功率損耗， 所述多個光學集中器(4)中的每一個的第二光學效率至少依賴于所述至少一個光學元件(20)和用于所述光學集中器(4)的對應的光伏電池￠)的相對定位。
2.根據權利要求I所述的太陽光集中光伏設備，其中第一光學效率包括在所述至少一個光學兀件處輸入的太陽光的量和從所述至少一個光學兀件(20,22,24)輸出的太陽光的量之間的可測量差值。
3.根據權利要求I或2所述的太陽光集中光伏設備，其中所述至少一個光學元件包括透鏡(232)、波導(222)或彎曲反射表面(240,252) 0
4.根據權利要求1-3中任一項所述的太陽光集中光伏設備,其中第一光學效率由所述至少一個光學元件(20，22，24)中包括的異常降低，所述異常選自由光學象差、材料吸收、至少一個太陽光照射表面(21)的退化、至少一個太陽光照射表面(21)的形狀的變化、光在到達光學元件的輸出表面之前的逃逸及其任何組合構成的組。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的太陽光集中光伏設備,其中每個第二光學效率依賴于所述至少一個光學元件(20，22，24)的第一光學效率。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的太陽光集中光伏設備,其中每個第二光學效率隨著時間變化。
7.根據權利要求6所述的太陽光集中光伏設備，其中在第二光學效率隨著時間變化時，每個集成功率效率優化器(8)連續地調節與該集成功率效率優化器(8)電連通的光伏電池(6)的輸出電壓和電流。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中所述太陽光接收器組件(10)中的每一個包括支承所述光伏電池(6)和所述集成功率效率優化器(8)的基板(40)，并且其中所述集成功率效率優化器(8)設置成鄰近光伏電池(6)。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中所述集成功率效率優化器(8)中的每一個由至少一個對應的輔助光伏電池(36)供電。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中所述集成功率效率優化器(8)中的每一個還包括整流器和DC/DC轉換器(82)。
11.根據權利要求1-9中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中所述集成功率效率優化器(8)中的每一個還包括DC/AC逆變器逆變器(84)。
12.根據權利要求1-11中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中太陽光接收器組件(10)中的至少一個還包括通信電路(78)。
13.根據權利要求1-12中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中太陽光接收器組件(10)中的至少一個還包括至少一個旁路二極管(59)和旁路控制電路(58)。
14.根據權利要求1-10中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中所述多個太陽光接收器組件(10)的集成功率效率優化器(8)在具有直流輸出的第一級處串聯互連，該直流輸出由第二級處的DC/AC逆變器(86)轉換成交流。
15.根據權利要求1-10中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中所述多個太陽光接收器組件(10)的集成功率效率優化器(8)在具有直流輸出的第一級處并聯互連，該直流輸出由第二級處的DC/AC逆變器(86)轉換成交流。
16.根據權利要求1-10中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中所述多個太陽光接收器組件(10)的集成功率效率優化器(8)在具有直流輸出的第一級處以串聯和并聯組合的方式互連，該直流輸出由第二級處的DC/AC逆變器(86)轉換成交流。
17.一種用于由互連的光伏電池￠)陣列將太陽能轉換成電力的方法，該方法包括下述步驟 對于所述陣列中的每一個光伏電池出)，通過對應的、適于接收輸入太陽光的光學集中器(4)接收太陽光(I)，光學集中器(4)包括具有第一光學效率的至少一個光學元件(20，22，24)，并且所述多個光學集中器(4)中的每一個具有對應的第二光學效率，所述第二光學效率至少依賴于所述至少一個光學元件(20，22，24)和用于所述光學集中器(4)的對應的光伏電池(6)的相對定位；同時調節該陣列中的每個光伏電池(6)的輸出電壓和電流，以降低該陣列的由于該陣列的第二光學效率之間的差異而導致的輸出功率損耗，并采用集成功率效率優化器(8)轉換該陣列中的每個光伏電池￠)的輸出功率，所述集成功率效率優化器(8)中的每一個與光伏電池(6)中的對應的一個電連通；以及 合并從每個集成功率效率優化器(8)轉換的輸出功率。
18.根據權利要求17所述的方法,其中第一光學效率包括在所述至少一個光學兀件處輸入的太陽光的量和從所述至少一個光學兀件(20,22,24)輸出的太陽光的量之間的可測量差值，并且其中第一光學效率由所述至少一個光學元件(20，22，24)中包括的異常降低，所述異常選自由光學象差、材料吸收、至少一個太陽光照射表面(21)的退化、至少一個太陽光照射表面(21)的形狀的變化、光在到達光學元件的輸出表面之前的逃逸及其任何組合構成的組。
19.根據權利要求17或18所述的方法,其中第二光學效率依賴于所述至少一個光學兀件(20)的第一光學效率，并且其中當從其接收集中的太陽光的光學集中器(4)的第二光學效率隨著時間變化時，隨著時間連續地調節每個光伏電池出)的輸出電壓和電流。
20.根據權利要求17-19中任一項所述的方法，其中調節該陣列中的每個光伏電池(6)的輸出電壓和電流的步驟包括檢測每個所述光伏電池的輸出電流(66)和輸出電壓(68),并將輸出電流或輸出電壓中的一個鎖定至最大功率點。
21.—種太陽光集中光伏設備(2),包括 適于接收輸入太陽光的多個光學集中器(4)，每個光學集中器包括具有第一光學效率的至少一個聚焦元件(20，24)和具有第二光學效率的至少一個光導(22)，所述至少一個光導光耦合至所述至少一個聚焦元件(20，24)，所述多個光學集中器(4)中的每一個具有對應的第三光學效率； 多個太陽光接收器組件(10)，每個太陽光接收器組件(10)包括光伏電池(6)和與所述光伏電池(6)電連通的集成功率效率優化器(8)，光伏電池(6)被設置為接收從所述多個光學集中器中的對應的一個輸出的太陽光，集成功率效率優化器(8)被配置為調節所述光伏電池的輸出電壓和電流，以減少所述多個光伏電池的由于所述多個光學集中器的第三光學效率之間的差異而導致的輸出功率損耗， 所述多個光學集中器(4)中的每一個的第三光學效率至少依賴于所述至少一個聚焦元件(20，24)、所述光學集中器的所述至少一個光導(22)和用于所述光學集中器(4)的對應的光伏電池(6)的相對定位。
22.根據權利要求21所述的太陽光集中光伏設備，其中第一光學效率包括在所述至少一個聚焦元件(20，24)處輸入的太陽光的量和從所述至少一個聚焦元件(20，24)輸出的太陽光的量之間的可測量差值。
23.根據權利要求21或22所述的太陽光集中光伏設備，其中所述至少一個聚焦元件(20，24)包括透鏡(232)或彎曲反射表面(240，252)。
24.根據權利要求22所述的太陽光集中光伏設備,其中第一光學效率由所述至少一個聚焦元件(20)中包括的異常降低，所述異常選自由光學象差、材料吸收、至少一個太陽光照射表面(21)的退化、至少一個太陽光照射表面(21)的形狀的變化及其任何組合構成的組。
25.根據權利要求21-24中任一項所述的太陽光集中光伏設備,其中第二光學效率包括在所述至少一個光導(22)處輸入的太陽光的量和從所述至少一個光導(22)向光伏電池(6)輸出的太陽光的量之間的可測量差值。
26.根據權利要求25所述的太陽光集中光伏設備,其中第二光學效率由所述至少一個光導(22)中包括的異常降低，所述異常選自由光學象差、材料吸收、至少一個光照射表面(32)的退化、至少一個光照射表面(32)的形狀的變化、光從所述至少一個光導(22)的提前逃逸及其任何組合構成的組。
27.根據權利要求21-26中任一項所述的太陽光集中光伏設備,其中每個第三光學效率依賴于所述至少一個聚焦元件(20，24)的第一光學效率。
28.根據權利要求21-26中任一項所述的太陽光集中光伏設備,其中每個第三光學效率依賴于第一光學效率和第二光學效率。
29.根據權利要求21-29中任一項所述的太陽光集中光伏設備,其中每個第三光學效率隨著時間變化。
30.根據權利要求29所述的太陽光集中光伏設備，其中在第三光學效率隨著時間變化時，每個集成功率效率優化器(8)連續地調節與該集成功率效率優化器(8)電連通的光伏電池(6)的輸出電壓和電流。
31.根據權利要求21-30中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中所述太陽光接收器組件(10)中的每一個包括支承所述光伏電池(6)和所述集成功率效率優化器(8)的基板(40)，并且其中所述集成功率效率優化器(8)設置成鄰近光伏電池(6)。
32.根據權利要求21-31中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中所述集成功率效率優化器(8)中的每一個由至少一個對應的輔助光伏電池(36)供電。
33.根據權利要求21-32中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中所述多個太陽光接收器組件(10)的集成功率效率優化器(8)在具有直流輸出的第一級處串聯互連，該直流輸出由第二級處的DC/AC逆變器(86)轉換成交流。
34.根據權利要求21-32中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中所述多個太陽光接收器組件(10)的集成功率效率優化器(8)在具有直流輸出的第一級處并聯互連，該直流輸出由第二級處的DC/AC逆變器(86)轉換成交流。
35.根據權利要求21-32中任一項所述的太陽光集中光伏設備，其中所述多個太陽光 接收器組件(10)的集成功率效率優化器(8)在具有直流輸出的第一級處以串聯和并聯的組合的方式互連，該直流輸出由第二級處的DC/AC逆變器(86)轉換成交流。
36.根據權利要求1-16和21-35中任一項所述的太陽光集中光伏設備,其中太陽光接收器組件(10)中的至少一個的集成功率效率優化器(8)包括片上系統(38)。
37.一種太陽能電池板,包括根據權利要求1-16和21-36中任一項所述的太陽光集中光伏設備。
38.一種用于由互連的光伏電池(6)的陣列將太陽能轉換成電力的方法，該方法包括下述步驟 對于所述陣列中的每一個光伏電池出)，通過對應的、適于接收輸入太陽光的光學集中器(4)接收太陽光(I)，光學集中器(4)包括具有第一光學效率的至少一個聚焦元件(20，24)和具有第二光學效率的至少一個光導(22)，所述至少一個光導光耦合至所述至少一個聚焦元件(20，24)，并且所述多個光學集中器(4)中的每一個具有對應的第三光學效率，所述第三光學效率至少依賴于所述至少一個聚焦元件(20，24)、所述光學集中器(4)的所述至少一個光導(22)和用于所述光學集中器(4)的對應的光伏電池￠)的相對定位； 同時調節該陣列中的每個光伏電池(6)的輸出電壓和電流，以降低該陣列的由于該陣列的第三光學效率之間的差異而導致的輸出功率損耗，并采用集成功率效率優化器(8)轉換該陣列中的每個光伏電池￠)的輸出功率，所述集成功率效率優化器(8)中的每一個與光伏電池(6)中的對應的一個電連通；以及 合并從每個集成功率效率優化器(8)轉換的輸出功率。
39.根據權利要求38所述的方法，其中 第一光學效率包括在所述至少一個聚焦元件(20，24)處輸入的太陽光的量和從所述至少一個聚焦元件(20，24)輸出的太陽光的量之間的可測量差值；并且 第二光學效率包括在所述至少一個光導(22)處輸入的太陽光的量和從所述至少一個光導(22)輸出的太陽光的量之間的可測量差值。
40.根據權利要求38或39所述的方法,其中每個第三光學效率依賴于第一光學效率和第二光學效率。
41.根據權利要求38-40中任一項所述的方法，其中調節該陣列中的每個光伏電池(6)的輸出電壓和電流的步驟包括檢測每個所述光伏電池的輸出電流(66)和輸出電壓(68),并將輸出電流或輸出電壓中的一個鎖定至最大功率點。
全文摘要
本發明提供了光集中光伏系統和方法以解決光學集中器和PV電池組件的性能的潛在退化，無論是由光學集中器內的各種部件(如光導、聚焦元件等)的失配，光學集中器和PV電池之間的失配，還是由任何這種部件內的異常或缺陷引起的性能的潛在退化。在單個設備內，多個光學集中器和對應的太陽光接收器組件(包括PV電池)中的每一個都設置有對應的集成功率效率優化器，以調節PV電池的由于集中器-接收器組件之間的不同的效率而導致的輸出電壓和電流。
文檔編號H01L31/052GK102918660SQ201180026679
公開日2013年2月6日 申請日期2011年4月1日 優先權日2010年4月1日
發明者達諾山·巴拉克安德斯瓦蘭, 加納·蕭 申請人:摩根陽光公司