一種新型太陽能電池的制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池，具體說是一種新型降低電壓開關(guān)應(yīng)力且輸出電壓為高電壓的太陽能電池。
【【背景技術(shù)】】
[0002]在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，由于單塊太陽能電池提供的都是電壓較低的直流電，不能滿足現(xiàn)有用電設(shè)備的用電需求，也不能滿足并網(wǎng)的要求，因此需要把低電壓直流電轉(zhuǎn)換為實際需要的高壓直流電。因而高增益、性能穩(wěn)定的升壓變換器成為一個研宄熱點(diǎn)，該研宄對推動光伏電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有很大的意義。
[0003]最基本的升壓變換器是單管Boost變換器，然而這種變換器的升壓范圍十分有限，很難滿足高增益的變換要求，且開關(guān)管電壓應(yīng)力為輸出電壓。
[0004]目前，改進(jìn)現(xiàn)有的升壓變換器主要有以下幾種:
[0005]第一種是利用變壓器，在原有的直流-直流變換器中間加入一個高頻的變壓器，通過改變變壓器變比實現(xiàn)高增益升壓的目的。此時，電能的轉(zhuǎn)化過程實際上由原來的直流-直流，變?yōu)橹绷?交流-交流-直流，整個系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率降低。
[0006]第二種是利用耦合電感，但耦合電感結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于工業(yè)加工，難以保證電路的一致性，并且會引起開關(guān)器件電壓應(yīng)力過高，帶來電磁干擾等影響，導(dǎo)致變換器工作損耗較大。
[0007]第三種是加入級聯(lián)升壓單元，單元數(shù)越多，電壓增益越大，但電路元件數(shù)越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。
[0008]第五種是交錯并聯(lián)直流-直流變換器，其包括兩個電感，兩個續(xù)流二極管，兩個功率開關(guān)管，第一功率開關(guān)管的漏極與第一二極管的陽極及第一電感的一端相連，第二功率開關(guān)管的漏極與第二二極管的陽極及第二電感的一端相連，第一電感的另一端與第二電感的另一端相連。這種升壓型交錯并聯(lián)直流-直流變換器輸出電壓增益較小，功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力較大，功率開關(guān)管為硬開關(guān)工作，開關(guān)損耗較大，續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流較大，反向恢復(fù)損耗較大。
[0009]第六種是軟開關(guān)電路，因此，近年來，研宄學(xué)者相繼研宄了一些軟開關(guān)電路，主要有兩類:一類是通過附加有源功率開關(guān)和無源電感、電容等器件實現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)；另一類是通過附加二極管和無源電感、電容等器件實現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)，如附圖1所示。這兩類方法的雖然可以實現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)，但是外加電路復(fù)雜，而且不能降低功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力。
[0010]還有一種由電容、二極管、三極管構(gòu)成的直流升壓矩陣電路，如附圖2所示，即輸出電源與矩陣的連接只在第一行電容的一端和最后一行電容的一端，輸入電源與矩陣只在第一列電容的一端和最后一列電容的一端通過三極管連接，同一行相鄰2列的電容由2只同向二極管并聯(lián)且相鄰2行的二極管為共用二極管，同一列的各個電容同向串聯(lián)且在最后一行電容的一端連接有2只二極管，通過適當(dāng)?shù)目刂品椒ㄊ悄茏屚恍械拿恐浑娙菪纬沙潆娀芈返?只三極管同時導(dǎo)通，且接于第一列電容的三極管和最后一列電容的三極管對應(yīng)導(dǎo)通使得各行電容是輪流充電的。但這種升壓電路所需的開關(guān)、電容、二極管等元件太多，導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本太高。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，是針對前述【背景技術(shù)】中的缺陷和不足，提供一種輸出高電壓的太陽能電池，提高輸出電壓，減少能量損耗。
[0012]本發(fā)明包括光采集轉(zhuǎn)換模塊與升壓模塊。
[0013]所述光采集轉(zhuǎn)換模塊包括:
[0014]太陽能芯片、聚光鏡片及承載所述聚光鏡片的承載模組，所述聚光鏡片具有相對的上表面與下表面，其特征在于，所述承載模組具有基座，所述基座開設(shè)有凹槽，所述太陽能芯片固定在所述凹槽的底部，所述凹槽的底部且與所述太陽能芯片相對應(yīng)的位置開設(shè)有若干散熱導(dǎo)孔，所述散熱導(dǎo)孔通向所述太陽能芯片，所述聚光鏡片收容于所述凹槽中，且所述聚光鏡片固定在所述基座上，所述聚光鏡片的下表面朝向所述太陽能芯片，所述聚光鏡片的下表面相對于所述太陽能芯片的部分設(shè)有多個光擴(kuò)散結(jié)構(gòu)。
[0015]所述多個光擴(kuò)散結(jié)構(gòu)與所述太陽能芯片之間具有空氣間隙。
[0016]所述光采集轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)一步包括固定元件，所述固定元件將所述聚光鏡片固定在所述基座上。
[0017]所述固定元件的熱膨脹系數(shù)小于所述聚光鏡片的熱膨脹系數(shù)。
[0018]所述承載模組進(jìn)一步具有承載座，所述承載座收容在所述凹槽中圍繞所述太陽能芯片設(shè)置，且所述承載座承載收容于所述凹槽內(nèi)的所述聚光鏡片。
[0019]所述承載座承載所述聚光鏡片的承載面鍍有反射膜。
[0020]所述聚光鏡片具有連接所述上表面與所述下表面的側(cè)面，且所述側(cè)面鍍有反射膜。
[0021]所述升壓模塊由一種降低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路構(gòu)成；
[0022]本發(fā)明的升壓模塊包括光采集轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生的輸入電壓Vin，開關(guān)元件S1、S2、二極管Dl、D2、電感L、輸入電容Cl、中間電容C2和輸出電容Co。由于開關(guān)器件的特性，開關(guān)元件S1、S2分別具有寄生電容Cs1、Cs2O具體連接關(guān)系為:輸入電壓Vin的正極連接電感L的一端和輸入電容Cl的負(fù)端，電感L的另一端連接開關(guān)元件SI的集電極、二極管Dl的陽級，開關(guān)元件SI的發(fā)射極連接開關(guān)元件S2的集電極，開關(guān)元件S2的發(fā)射極連接輸入電壓Vin的負(fù)極，中間電容C2的一端連接二極管Dl的陰極，另一端連接開關(guān)元件SI的發(fā)射極，二極管D2的陽極連接二極管Dl的陰極，二極管D2的陰極連接輸入電容Cl的正端，輸出電容Co的一端連接二極管D2的陰極，輸出電容Co的另一端連接輸入電壓Vin的負(fù)極，并在其兩端產(chǎn)生輸出電壓Vout，開關(guān)元件S1、S2構(gòu)成開關(guān)元件支路，二極管Dl、D2構(gòu)成二極管支路，開關(guān)元件支路和二極管支路在同一時刻不同時導(dǎo)通。
[0023]開關(guān)元件S可以為IGBT或者M(jìn)0SFET，二極管為快恢復(fù)二極管或者肖特基二極管；
[0024]通過控制開關(guān)元件S1、S2的導(dǎo)通和關(guān)斷，實現(xiàn)升壓功能的同時可使開關(guān)元件S1、S2集電極和發(fā)射極之間的電壓降不超過輸出電壓的50 %，大大降低了其電壓應(yīng)力，且相對于現(xiàn)有技術(shù)開關(guān)器件少，減小整體開關(guān)管的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，進(jìn)一步減小了變換器的整體損耗，結(jié)構(gòu)簡單，電路中無能量損耗元件，提高了變換器的工作效率。
【【附圖說明】】
[0025]圖1:現(xiàn)有交錯并聯(lián)直流-直流變換器電路結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖2:現(xiàn)有的直流升壓矩陣電路結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖3:本發(fā)明的具有升壓模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4:本發(fā)明的具有低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路第一階段工作情況；
[0029]圖5:本發(fā)明的具有低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路第二階段工作情況；
[0030]圖6:本發(fā)明的具有低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路第三階段工作情況；
[0031]圖7:本發(fā)明的具有低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路第四階段工作情況；
[0032]圖8:本發(fā)明的具有低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路第五階段工作情況。
[0033]圖9:本發(fā)明光采集轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)示意圖
【【具體實施方式】】
[0034]由圖3可知，本發(fā)明的低電壓開關(guān)應(yīng)力的升壓電路包括光米集轉(zhuǎn)換模塊輸入的電壓Vin、開關(guān)元件S1、S2、二極管Dl、D2、電感L、輸入電容Cl、中間電容C2和輸出電容Co。由于開關(guān)器件的特性，開關(guān)元件S1、S2分別具有寄生電容Cs1、Cs2。
[0035]結(jié)合附圖3對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)說明，具體連接關(guān)系為:輸入電壓Vin的正極連接電感L的一端和輸入電容Cl的負(fù)端，電感L的另一端連接開關(guān)元件SI的集電極、二極管Dl的陽級，開關(guān)元件SI的發(fā)射極連接開關(guān)元件S2的集電極，開關(guān)元件S2的發(fā)射極連接輸入電壓Vin的負(fù)極，中間電容C2的一端連接二極管Dl的陰極，另一端連接開關(guān)元件SI的發(fā)射極，二極管D2的陽極連接二極管Dl的陰極，二極管D2的陰極連接輸入電容Cl的正端，輸出電容Co的一端連接二極管D2的陰極，輸出電容Co的另一端連接輸入電壓Vin的負(fù)極，并在其兩端產(chǎn)生輸出電壓Vout。
[0036]下面結(jié)合附圖4-8對該升壓電路的工作情況進(jìn)行說明:
[0037]第一階段，如附圖4所示:開關(guān)元件S1、S2均導(dǎo)通，開關(guān)支路處于導(dǎo)通狀態(tài)，電感電流込將流過開關(guān)元件S1、S2，電流從輸入電壓Vin的正極經(jīng)過電感L流向輸入電壓Vin的負(fù)極；不經(jīng)過二極管D1、D2，二極管支路處于斷開狀態(tài)；
[0038]第二階段，如附圖5所示:開關(guān)元件SI導(dǎo)通，開關(guān)元件S2關(guān)斷，由于開關(guān)元件S2的關(guān)斷，導(dǎo)致開關(guān)支路處于斷開狀態(tài)，電感電流將通過二極管Dl、D2流向輸入電容Cl和輸出電容Co，二極管支路處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時的電容狀態(tài)為中間電容C2和寄生電容Cs2串聯(lián)后與輸出電容Co和二極管D2串聯(lián)支路并聯(lián)；達(dá)到穩(wěn)態(tài)后中間電容C2和寄生電容Cs2各自的電壓將為輸出電容Co上的輸出電壓的50%。
[0039]第三階段，如附圖6所示:開關(guān)元件SI關(guān)斷、開關(guān)元件S2關(guān)斷，由于開關(guān)元件S1、S2的關(guān)斷，導(dǎo)致開關(guān)支路仍處于斷開狀態(tài)，電感電流將繼續(xù)通過二極管Dl、D2流向輸入電容Cl和輸出電容Co，二極管支路仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時的電容狀態(tài)為(I)中間電容C2和寄生電容Cs2串聯(lián)后與輸出電容Co和二極管D2串聯(lián)支路并聯(lián)；(2)寄生電容Csi與中間電容C2和二極管Dl串聯(lián)支路并聯(lián)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后中間電容C2和寄生電容Cs2各自的電壓將為輸出電容Co上的輸出電壓的50%，寄生電容Csi的電壓為中間電容C2的電壓，也為輸出電容Co上的輸出電壓的50%。
[0040]第四階段，如附圖7所示:開關(guān)元件SI導(dǎo)通、開關(guān)元件S2關(guān)斷，由于開關(guān)元件S2的關(guān)斷，導(dǎo)致開關(guān)支路仍處于斷開狀態(tài)，假設(shè)該電路電流處于連續(xù)模式，電感電流將繼續(xù)通過二極管D1、D2流向輸入電容Cl和輸出電容Co，二極管支路仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時的電容狀態(tài)為:(1)中間電容C2和寄生電容Cs2串聯(lián)后與輸出電容Co和二極管D2串聯(lián)支路并聯(lián)，(2)寄生電容Csi兩端由于開關(guān)管SI的導(dǎo)通處于短接狀態(tài)；達(dá)到穩(wěn)態(tài)后中間電容C2和寄生電容Cs2各自的電壓將為輸出電容Co上的輸出電壓的50 %，寄生電容C 31的電壓將被泄放降至O ;
[0041]第五階段，如附圖8所示:開關(guān)元件SI導(dǎo)通、開關(guān)元件S2導(dǎo)通，由于開關(guān)元件S1.S2的導(dǎo)通，導(dǎo)致開關(guān)支路回到導(dǎo)通狀態(tài)，電感電流L將流過開關(guān)元件S1、S2，電流從輸入電壓Vin的正極經(jīng)過電感L流向輸入電壓Vi