太阳能单元电路、太阳能装置、连接器和太阳能系统的制作方法

本公开涉及电子电气领域，特别涉及一种太阳能单元电路、太阳能装置、连接器和太阳能系统。

背景技术：

建筑太阳能是一类将太阳能产品与建筑物相结合的新兴技术。为了兼顾建筑场景下的美观、耐用等需求，应用于建筑中的太阳能产品会更多的融入建筑理念。例如，太阳能瓦、太阳能发电墙面、光电采光顶等就是融入了建筑元素的太阳能产品。作为一种建筑材料，太阳能产品需要具备的一项非常重要的特征就是安全性能。比如，建筑太阳能产品相对于传统建筑产品增加了太阳能发电功能，这使得建筑太阳能产品本身带有了一定的电压。当建筑太阳能产品通过相互之间的串并联达到一定数量时，整个系统的电压就会超过人体能够承受的安全电压范围，有造成人体触电的安全隐患。对于日常条件下的使用场景，可以利用产品封装和绝缘建筑材料的封隔避免人员与太阳能电网之间的接触。但在建筑失火等灾害条件下，墙壁、地板、窗户中的太阳能产品很容易在喷水灭火器启动或是消防人员使用水枪的情况下引发触电事故，严重威胁人员的生命安全。

技术实现要素：

本公开提供一种太阳能单元电路、太阳能装置、连接器和太阳能系统，有助于提升太阳能产品在灾害条件下的安全性能。

第一方面，本公开提供了一种太阳能单元电路，所述太阳能单元电路包括：

输入端口，用于连接太阳能电池的电能输送端口；

输出端口，用于提供所述太阳能单元电路的级联端；

开关模块，所述输入端口经过所述开关模块与所述输出端口相连；

控制模块，与所述开关模块相连，被配置为通过有线连接接收控制信号，并根据所述控制信号控制所述开关模块的开关状态；

其中，所述开关模块被配置为在开关状态为关闭时断开所述输入端口与所述输出端口之间的连接。

在一种可能的实现方式中，所述太阳能单元电路还包括至少两个单元连接件；

每个所述单元连接件分别与所述输出端口的一个端子相连，以分别引出所述太阳能单元电路的一个级联端。

在一种可能的实现方式中，所述至少两个单元连接件按类型至少分为第一单元连接件和第二单元连接件两类，所述第一单元连接件和所述第二单元连接件上均设有第一触点；

所述输出端口包括正极端子和负极端子，所述第一单元连接件的第一触点与所述正极端子相连，所述第二单元连接件的第一触点与所述负极端子相连。

在一种可能的实现方式中，所述第一单元连接件和所述第二单元连接件上均设有至少一个第二触点；

所述控制模块包括通信接口，所述通信接口包括至少一个信号端子，每个所述信号端子分别连接所述第一单元连接件的一个第二触点，每个所述信号端子分别连接所述第二单元连接件的一个第二触点。

在一种可能的实现方式中，所述开关模块包括第一晶体管；

所述第一晶体管的栅极与所述控制模块相连；

所述第一晶体管的漏极连接所述输入端口，且源极连接所述输出端口；或者，所述第一晶体管的源极连接所述输入端口且漏极连接所述输出端口。

在一种可能的实现方式中，所述控制模块包括：

检测单元，被配置为检测输入参量；

调节单元，被配置为根据所述输入参量调节所述第一晶体管的开关占空比；

其中，所述控制模块还与所述输入端口相连，所述输入参量为所述输入端口处的功率和电压，或者为所述输入端口处的功率和电流；或者，

所述控制模块分别连接所述输入端口和所述输出端口，所述输入参量为所述输出端口处的功率和所述输入端口处的电压，或者所述输出端口处的功率和所述输入端口处的电流。

在一种可能的实现方式中，所述输出端口包括正极端子和负极端子，所述太阳能单元电路还包括单向导通模块，所述单向导通模块分别与所述输出端口的正极端子和负极端子相连，所述单向导通模块被配置为：在所述输出端口的负极端子处的电位高于所述输出端口的正极端子处的电位时，将所述输出端口的正极端子与负极端子导通。

在一种可能的实现方式中，所述太阳能单元电路还包括所述太阳能电池，所述太阳能电池的电能输送端口与所述输入端口相连。

第二方面，本公开还提供了一种太阳能装置，所述太阳能装置包括至少一个上述任意一种的太阳能单元电路。

第三方面，本公开还提供了一种太阳能装置，所述太阳能装置包括至少两个上述任意一种的太阳能单元电路，至少两个所述太阳能单元电路逐级串接为太阳能组件串；

在所述太阳能组件串包括的任意相邻的两级太阳能单元电路中，上一级太阳能单元电路的第一单元连接件的第一触点与下一级太阳能单元电路的第二单元连接件的第一触点电连接；上一级太阳能单元电路的第一单元连接件的第二触点与下一级太阳能单元电路的第二单元连接件的第二触点电连接。

第四方面，本公开还提供了一种与上述任意一种太阳能单元电路配套使用的连接器，所述连接器包括至少一个配合连接件，

每个所述配合连接件用于连接一个所述太阳能单元电路的一个级联端，以将该级联端转接至其他配合连接件和/或所述连接器的外部连接端。

第五方面，本公开还提供了一种太阳能系统，所述太阳能系统包括第一连接器、第二连接器以及上述任意一种的太阳能装置，所述第一连接器和所述第二连接器均为上述第四方面中所述的连接器；

每个所述太阳能装置的正极端分别与所述第一连接器的一个配合连接件相连，每个所述太阳能装置的负极端分别与所述第二连接器的一个配合连接件相连，以通过所述第一连接器和所述第二连接器将多个所述太阳能装置并联。

由上述技术方案可知，所述太阳能单元电路能够在控制信号的控制下断开与其他太阳能单元之间的级联，从而包含这样的太阳能单元电路的太阳能产品能够受控解除内部各部分之间的串并联关系，因而本公开可以在灾害条件下结合简单的信号控制避免多个太阳能电池串联产生超出安全范围的高电压，有助于消除太阳能产品引发人员触电的安全风险，提升太阳能产品的安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，这些附图的合理变型也都涵盖在本公开的保护范围中。

图1是本公开一个实施例提供的太阳能单元电路的结构框图；

图2是本公开一个实施例提供的太阳能系统的结构示意图；

图3是本公开一个实施例提供的太阳能单元电路的电路结构图；

图4是图3所示电路结构的工作原理示意图；

图5和图6分别是本公开一个实施例中开关模块的可选实现方式示例图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，且该连接可以是直接的或间接的。

图1是本公开一个实施例提供的太阳能单元电路10的结构框图。参见图1，太阳能单元电路10包括输入端口P1、输出端口P2，还包括开关模块11、控制模块12。太阳能单元电路10通过输入端口P1与太阳能电池20用于输出电能的电能输送端口连接。输入端口P1经过开关模块11与输出端口P2相连，输出端口P2提供太阳能单元电路10的级联端(太阳能单元电路10用于连接其他电路结构以形成级联关系并向外输出电能的电路端，例如多个太阳能单元电路10逐级相连时相邻两级太阳能单元电路10彼此连接的电路端)。控制模块12连接开关模块11，被配置为根据通过有线连接接收控制信号，并根据所述控制信号控制开关模块11的开关状态。开关模块11被配置为在开关状态为关闭时断开输入端口P1与输出端口P2之间的连接。

需要说明的是，所述端口可以是电路节点(内部节点或外部节点)或者电路节点的集合，而不一定有实体接口对应；端口中的单个电路节点称为端子(连接在一起的导体结构均为同一电路节点，因此单个电路节点可以是多个导体结构的组合)，为叙述方便，本实施例以每个端口均包括两个端子作为示例。应理解的是，太阳能电池20的电能输送端口可以仅包括正极端子和负极端子，因此传输电能的输入端口P1和输出端口P2相对应地包括正极端子和负极端子；而对于太阳能电池20的电能输送端口包括更多端子的情形，输入端口P1和输出端口P2所包括的端子数量也可以随之调整，以匹配于电能传输的需要。根据端子数量的不同，开关模块11可以被配置为在开关状态为关闭时断开输入端口P1与输出端口P2之间的每一处连接，也可以被配置为在开关状态为关闭时断开输入端口P1与输出端口P2之间的所有连接中的一部分，以足以断开太阳能电池20向级联端处的电能输送为准，而不需要限制于固定形式。

应理解的是，太阳能电池20与太阳能单元电路10可以组成太阳能(太阳能发电)产品的一个基本单元。例如，在多级太阳能组件的逐级串接形成的一个太阳能组件串当中，上述太阳能电池20与太阳能单元电路10所组成的结构可以代替一个太阳能组件设置在一个太阳能组件串当中(两个级联端替代太阳能电池20的正负极)。如此，在开关模块11断开输入端口P1与输出端口P2之间的连接时，其前一级和后一级太阳能组件之间的串接关系也随之解除。在一个场景示例中，火灾报警器通过有线连接发送控制信号，使得太阳能组件串中央处的太阳能单元电路10内的控制模块12将开关模块11的开关状态切换至关闭，该太阳能组件串中前半部分太阳能组件与后半部分太阳能组件之间的串接关系被解除，使得该太阳能组件串的两端不会形成过高电压，并且两部分太阳能组件的串接电压均处于安全范围内，如此避免了该太阳能组件串两端的过高电压可能引发人员触电的安全风险。

可以看出，本公开实施例的太阳能单元电路10能够在控制信号的控制下断开与其他太阳能单元之间的级联，从而包含这样的太阳能单元电路10的太阳能产品能够受控解除内部各部分之间的串并联关系，因而本公开可以在灾害条件下结合简单的信号控制避免多个太阳能电池串联产生超出安全范围的高电压，有助于消除太阳能产品引发人员触电的安全风险，提升太阳能产品的安全性能。

还应理解的是，与太阳能单元电路10连接的上述太阳能电池20可以是任意一种利用太阳能发电并输出电能的结构，可以例如是太阳能发电瓦、太阳能电池玻璃板等太阳能组件，还可以例如是多个太阳能发电瓦或太阳能电池玻璃板等多个太阳能组件的组合(串联、并联或其结合)，并可以包括一个或多个小型太阳能电池与太阳能单元电路10所组成的单元结构。

图2是本公开一个实施例提供的太阳能系统的结构示意图。参见图2，该太阳能系统包括若干个作为基本组成单元的太阳能单元，每个太阳能单元均包括太阳能电池20、太阳能单元电路10、第一单元连接件(以单元插座41为例)和第二单元连接件(以单元插头42为例)。应理解的是，太阳能单元可以包括至少两个用于引出级联端的单元连接件；在输出端口P2包括正极端子P2+和负极端子P2-的示例中，所述第一单元连接件和第二单元连接件分别是用于引出正极端子P2+和负极端子P2-的单元连接件。示例性地，图2所示的单元插座41包括一个第一触点411和两个第二触点412，相对应地单元插头42也包括一个第一触点411和两个第二触点412，触点之间通过所承载的电信号的不同来进行区分。其中，太阳能电池20的电能输送端口连接太阳能单元电路10的输入端口，太阳能单元电路10的输出端口的正极端子P2+与单元插座41的第一触点411相连，太阳能单元电路10的输出端口的负极端子P2-与单元插头42的第一触点411相连。太阳能单元电路10中，控制模块12包括通信接口，所述通信接口包括两个信号端子，每个信号端子与单元插座41的一个第二触点412相连，并且每个信号端子还与单元插头42的一个第二触点412相连。单元插座41和单元插头42在外形(即外部形状，例如外壳形状、接插部分的外部形状、整体尺寸中的至少一个方面)上彼此不同但可以相互配合，可以看出在单元插座41和单元插头42相互配合时(即单元插头42安装在单元插座41上时)，单元插座41的第一触点411和单元插头42的第一触点411之间能够形成电连接，而且每一对单元插座41和单元插头42中与同一个信号端子相连的两个第二触点412之间也能够形成电连接。从而，太阳能单元之间可以通过单元插座41和单元插头42之间的配合而形成串接的级联关系——连续多级太阳能单元中，任意两个相邻的太阳能单元中前一级太阳能单元的单元插头42安装在后一级的单元插座41上。如此，该连续多级太阳能单元可以形成一个太阳能组件串，在所有开关模块11的开关状态均为开启时所有太阳能电池20串接在一起，在所有开关模块11的开关状态均为关闭时任意两个太阳能电池20之间没有连接关系(串接被解除)，不会出现因太阳能电池20的串联而出现的过高电压。

应理解的是，本文中单元连接件(例如单元插座41、单元插头42)中的触点指的是单元连接件中的单个电路节点，单元连接件中的每个触点可以分别对应于不同的导体结构；所述导体结构除了可以例如是金属片、金属环、金属棒等单个导电物体之外，还可以例如是多个连接在一起的导电物体的组合。还应理解的是，每个单元连接件分别用于引出太阳能单元电路10的一个级联端，因此单元连接件的数量可以与级联端的数量保持一致。

此外，图2所述的太阳能系统中还包括第一连接器31和第二连接器32，其中第一连接器31包括四个单元插头42(数量仅作为示例)，所有单元插头42的第一触点411均连接于同一节点，对应于同一个信号端子的第二触点412均连接于同一节点；第二连接器32包括四个单元插座41(数量仅作为示例)，所有单元插座41的第一触点411均连接于同一节点，对应于同一个信号端子的第二触点412均连接于同一节点。如此，第一连接器31和第二连接器32之间可以形成多个上述太阳能组件串之间的并联关系。在一个示例中，三个由连续多级太阳能单元形成的太阳能组件串设置在第一连接器31与第二连接器32之间，每个太阳能组件串一端的单元插座41分别与第一连接器31的一个单元插头42相互配合，每个太阳能组件串另一端的单元插头42分别与第二连接器32的一个单元插座41相互配合；从而，基于第一连接器31和第二连接器32的内部构造，这三个太阳能组件串之间彼此形成并联关系。此时，第一连接器31上剩余的一个单元插头42以及第二连接器32上剩余的一个单元插座41可以分别用来将总电源正极端子和总电源负极端子引接至外部，而用于控制每个太阳能单元的控制信号则可以通过第一连接器31上剩余的一个单元插头42和第二连接器32上剩余的一个单元插座41中的至少一个传输到每个太阳能单元电路10的控制模块12。可以看出的是，该太阳能系统中各个太阳能单元之间的连接可以受控断开，因而可以在灾害条件下结合简单的信号控制避免多个太阳能电池串联产生超出安全范围的高电压，有助于消除太阳能产品引发人员触电的安全风险，提升太阳能产品的安全性能。

在一个示例中，每个太阳能单元中的太阳能单元电路10单独组成一个太阳能单元电路10产品，该产品可以按照例如图2所述的连接方式安装在太阳能电池20与串并联连接线路之间，实现受控断开每个太阳能电池20的电能输出通路的功能。

在又一示例中，每个太阳能单元中的太阳能单元电路10、单元插座41和单元插头42组成一个太阳能单元电路产品，其中太阳能单元电路10通过正极线缆连接至单元插座41，并通过负极线缆连接至单元插头42(正极线缆和负极线缆在图2中均以与两条细线和一条粗线嵌套的虚线圆框表示)。该产品可以安装在太阳能电池组与太阳能逆变器之间，实现受控断开每个太阳能电池20的电能输出通路的功能，还可以基于单元插头41和单元插座42等连接件的配合关系实现太阳能系统的便捷施工安装和电池间串并联关系的灵活调整。

在又一示例中，每个太阳能单元中的太阳能电池20、太阳能单元电路10、单元插座41和单元插头42组成一个太阳能单元电路产品，其中太阳能单元电路10通过正极线缆连接至单元插座41，并通过负极线缆连接至单元插头42(正极线缆和负极线缆在图2中均以与两条细线和一条粗线嵌套的虚线圆框表示)。该产品可以作为基本单元灵活地实现所需要的串并联结构，还可以部分或全部替代传统太阳能组件，以在灾害条件下的结合简单的信号控制避免多个太阳能电池串联产生超出安全范围的高电压，有助于消除人员触电的安全风险，提升太阳能产品的安全性能。

以上述第一连接器31和第二连接器32为例，与上述任意一种太阳能单元电路10配套使用的连接器可以包括至少一个配合连接件(例如与单元插头相配合的单元插座，或者与单元插座相配合的单元插头)，每个所述配合连接件用于连接一个所述太阳能单元电路10的一个级联端，以将该级联端转接至其他配合连接件和/或所述连接器的外部连接端。在又一示例中，上述第一连接器31仅包括一个单元插头42，该单元插头42的第一触点411与该第一连接器31中的一个金属垫片相连，两个第二触点412与该第一连接器31中的通信端口连接，从而该金属垫片作为太阳能电池正极电压的外部连接端，该通信端口作为所述控制信号的外部连接端，该第一连接器31由此可以实现上述转接功能。在又一示例中，一个连接器可以包括一个单元插头42和两个单元插座41(单元插头42的第一触点和411两个单元插座41的第一触点411全部连接在一起)，从而该连接器可以例如将一个太阳能组件串的正极与两个太阳能组件串的负极连接在一起，帮助实现一个太阳能组件串与两个相互并联的太阳能组件串之间的串联。以此为例，还可以基于所需要实现的连接关系设置其他形式的连接器，以使其实现相应的转接功能。

可以理解的是，第一单元连接件与第二单元连接件可以具有相同或者不同的外形，并可以依照应用需求的不同而具有其他接插件的形式。相比于具有相同外形的情形，具有不同外形的两个单元连接件可以容易地从外观上进行区分，有效避免正负极接反的情况发生。对于输出端口P2具有多于两个的端子的情形，可以设置相应数量的单元连接件，从而每个单元连接件分别与所述输出端口P2的一个端子相连，以分别引出太阳能单元电路10的一个级联端。

图3是本公开一个实施例提供的太阳能单元电路10的电路结构图。图3，该太阳能单元电路10包括第一晶体管M1(作为上述开关模块11)、第二晶体管M2、基于预置通信总线标准并具有2线的通信接口Q1的控制器(作为上述控制模块12)、电感器L1、第一电容器C1和第二电容器C2，其中：

第一晶体管M1的栅极连接控制器的信号端口Q2的一个信号输出端，第一晶体管M1的源极连接输入端口P1的正极端子，第一晶体管M1的漏极连接电感器L1的第一端，电感器L1的第二端连接输出端口P2的正极端子P2+。

第二晶体管M2的栅极连接控制器的信号端口Q2的一个信号输出端，第二晶体管M2的源极连接电感器L1的第一端，第二晶体管M2的漏极连接输入端口P1的负极端子和输出端口P2的负极端子P2-。

控制器的通信接口Q1包括上下两个信号端子，其中：上信号端子与单元插座41上中间位置处的第二触点412相连，上信号端子还与单元插头42上中间位置处的第二触点412相连；下信号端子与单元插座41上左侧位置处的第二触点412相连，下信号端子还与单元插头42上左侧位置处的第二触点412相连。控制器的第一检测端口Q3连接输入端口P1，以检测输入端口P1处的电压Up1和电流Ip1；控制器的第二检测端口Q4连接输出端口P2，以检测输出端口P2处电压Up2和电流Ip2。

第一电容器C1的第一端连接输入端口P1的正极端子，第一电容器C1的第二端连接输入端口P1的负极端子；第二电容器C2的第一端连接输出端口P2的正极端子P2+，第二电容器C2的第二端连接输出端口P2的负极端子P2-。

图4是图3所示电路结构的工作原理示意图。参照图3和图4，第一晶体管M1、第二晶体管M2、第一电容器C1、第二电容器C2和电感器L1组成降压变换电路；第一晶体管M1受控开启时，电感器L1被充磁，流经电感器L1的电流线性增加，同时给第二电容器C2充电，电能从输入端口P1向输出端口P2传输；第一晶体管M1受控关闭时，电感器L1通过第二晶体管M2的体二极管放电，电感器L1的电流线性减少，太阳能电池20通过太阳能单元电路10向级联端输出电能的通路断开，实现上述在控制信号的控制下断开与其他太阳能单元之间的级联的功能。

在一个示例中，上述控制器通过通信接口Q1的两个信号端子接收“00”、“01”、“10”、“11”四种状态信息，其中意外断电条件下的状态信息“11”将触发控制器的关闭第一晶体管M1的操作——控制器通过信号端口Q2向第一晶体管M1的栅极处输出低电平电压，使得第一晶体管M1关闭，从而太阳能电池通过太阳能单元电路10向级联端输出电能的通路断开。当然，意外断电条件下的状态信息还可以是“00”、“01”、“10”中的任意一个。由此，可以在意外灾害条件下自动解除太阳能电池串接关系，避免触电事故的发生。

应理解的是，上述第一晶体管M1和第二晶体管M2可以例如采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)或者绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)来实现。根据器件类型的不同，晶体管的源极和漏极所连接的节点可以相互交换以适应于晶体管的工作需求。除此之外，开关模块11还可以通过受控开关、继电器、霍尔开关、三态门等其他具有开关功能的电路结构来实现。

还应理解的是，3线或更多线的通信接口Q1可以承载更多的状态信息，以使并接在总线上的控制器能够同步执行更多类型的操作，从而更好地实现控制目标(相应地，信号线缆的数量和第二触点412的数量可以均与通信接口Q1的线数保持一致)。此外，还可以利用上述线路实现标准通信总线，例如RS485、RS422、CAN、RS232等等，以实现外部上位机与每一个控制器之间的双向通信，进一步支持双向数据传输和更复杂的控制操作，实现例如上位机监控每一个太阳能单元的运行状态，或是上位机根据环境条件变化调整指定太阳能单元运行模式的功能。

在一个示例中，若要使得太阳能单元电路10能够支持最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)算法，太阳能单元电路10在图1所示结构的基础上应当具备如下特征：控制模块12包括检测单元和调节单元，所述检测单元被配置为检测输入参量，所述调节单元被配置为根据所述输入参量调节第一晶体管M1的开关占空比(第一晶体管M1在每个时间周期内的开启时长占所述时间周期的比例)。在一种实现方式中，所述输入参量为输入端口P1处的功率和电压，控制模块12仅连接输入端口P1而未与输出端口P2直接相连。在又一种实现方式中，所述输入参量为输入端口P1处的功率和电流，控制模块12仅连接输入端口P1而未与输出端口P2直接相连。在又一种实现方式中，所述输入参量为输出端口P2处的功率和输入端口P1处的电压，控制模块12分别连接输入端口P1和输出端口P2。在又一种实现方式中，所述输入参量为输出端口P2处的功率和输入端口P1处的电流，控制模块12分别连接输入端口P1和输出端口P2。

应当理解的是，上述检测单元可以基于任意一种具有电流检测功能的电路结构(例如检流电阻、霍尔电流传感器等等)实现电流检测，检测单元可以基于任意一种具有电压检测功能的电路结构(例如差分放大器、电压传感器等等)实现电压检测，检测单元可以通过计算电流与电压的乘积或者基于专门的功率检测器件实现功率检测。还应理解的是，在基于太阳能单元电路10应用相关技术中的任意一种最大功率点跟踪算法时，上述任一种输入参量与上述开关占空比之间的运算关系可以随之确定；从而，可以例如通过能够实现相应运算关系的逻辑门电路实现上述调节单元。

作为一种示例，上述输入参量为输入端口P1处的功率和电压，上述控制模块12的工作流程如下：控制模块12基于电流传感器检测输入端口P1的电流信号，基于电压传感器检测输入端口P1的电压信号，并基于乘法器得到功率信号。在此基础之上，控制模块12基于多路复用器在多个电压参考信号中选取与功率信号相对应的一个电压参考值信号(电压参考信号和所对应的功率范围可以预先根据太阳能电池20的输出功率-输出电压特性来进行设定)，然后基于负反馈控制器调节输出给第一晶体管M1的栅极的电信号的占空比(以检测得到的电压信号作为反馈量信号，以选取的电压参考值信号为目标量信号)。如此，可以通过对输入端口P1处的电压的负反馈控制实现最大功率点的跟踪。

应理解的是，除了可以通过例如上例的硬件形式实现最大功率点的跟踪之外，还可以采用相关技术中的最大功率点跟踪算法的软件程序基于上述控制模块12所具有的连接关系和硬件平台实现最大功率点的跟踪。示例性地，上述控制模块12可以包括一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件，用于执行所述及的操作。

在一个示例中，太阳能单元电路10还包括单向导通模块，单向导通模块分别与输出端口P2的正极端子P2+和负极端子P2-相连，单向导通模块被配置为在输出端口P2的负极端子P2-处的电位高于输出端口P2的正极端子P2+处的电位时将输出端口P2的正极端子P2+和负极端子P2-彼此导通。应理解的是，图3所示的电路结构中以第二晶体管M2的体二极管实现了上述单向导通模块的功能(该体二极管的正极与输出端口P2的负极端子P2-相连，负极经过电感器L1与输出端口P2的正极端子P2+相连)，并可以采用例如二极管的器件进行代替。如此，在输入端口P1与输出端口P2之间的连接断开时，该单向导通模块可以允许从输出端口P2的负极端子P2-流向到输出端口P2的正极端子P2+的电流通过，使得太阳能单元电路10所在的太阳能组件串在整体上的电能输送不会因该太阳能单元电路10的工作状态变化而断开，有助于提升电能利用率。此外，该单向导通模块还可以在输入端口P1所连接的太阳能电池20没有电能输出时帮助减小流经太阳能电池20的负载电流，有助于减少太阳能电池20的发热耗能，帮助太阳能电池20并提升总体的发电效率。

此外，控制模块12可以在包括检测单元和调节单元的基础上还包括监测单元和同步整流单元，所述监测单元被配置为检测输出端口P2处的电流的方向，所述同步整流单元被配置为在第一晶体管M1关闭且输出端口P2处的电流的方向异常时控制第二晶体管M2关闭。在一个示例中，参见图3，控制器可以在控制第一晶体管M1关闭的时段内通过第二检测端口Q4检测输出端口P2处的电流Ip2的方向，并在电流Ip2的方向为输出端口P2的正极端子P2+指向太阳能单元电路10内部时控制第二晶体管M2关闭。如此，可以避免第二晶体管M2内部形成由源极流向漏极的电流，起到保护第二晶体管M2的作用。

应理解的是，上文所描述的实现方式中均以开关模块11实际设置在输入端口P1和输出端口P2的正极端子之间作为示例进行描述，但开关模块11的实现方式并不需要仅限于此。

图5和图6分别是本公开一个实施例中开关模块的可选实现方式示例图。参见图5，该实现方式下开关模块11包括第一开关T1和第二开关T2，其中第一开关T1设置在输入端口P1和输出端口P2的正极端子之间，第二开关T2设置在输入端口P1和输出端口P2的负极端子之间。在一个示例中，第一开关T1和第二开关T2可以均由晶体管实现，且两个晶体管的栅极可以连接在一起也可以分别连接控制器的一个信号输出端。第一开关T1和第二开关T2中有至少一个为关闭状态时，输入端口P1与输出端口P2之间的连接断开。从而，开关模块11的功能可以由第一开关T1和第二开关T2的组合实现。参见图6，该实现方式下开关模块11仅包括上述第二开关T2，该第二开关T2为关闭状态时，输入端口P1与输出端口P2之间的连接断开。从而，开关模块11的功能也可以由第二开关T2来实现。当然，第一开关T1和第二开关T2可以采用相同的具有开关功能的器件或电路实现，也可以分别采用不同的具有开关功能的器件或电路实现，并不需要限于上述示例。

应理解的是，上文中是以太阳能单元电路10独立于太阳能电池和单元连接件之外的方式来进行描述的，但在其他实现方式中，太阳能电池和/或单元连接件还可以是太阳能单元电路10的一个组成部分而作为一个整体的产品。

本公开的一个实施例提供了一种太阳能装置，该太阳能装置包括至少一个上述任意一种的太阳能单元电路10，或者至少一个包括上述任意一种的太阳能单元电路10的太阳能组件串。其中，每个太阳能组件串包括至少两个逐级串接的太阳能单元电路10。在太阳能组件串包括的任意相邻的两级太阳能单元电路10中，上一级太阳能单元电路10的第一单元连接件的第一触点411与下一级太阳能单元电路的第二单元连接件的第一触点411电连接；上一级太阳能单元电路的第一单元连接件的第二触点412与下一级太阳能单元电路的第二单元连接件的第二触点412电连接。应理解的是，前文中已经举出了太阳能组件串的示例性实现方式，因而在此不再赘述。需要说明的是，该太阳能装置可以是任意一种太阳能发电装置(例如太阳能电池板、太阳能电池组阵、太阳能发电玻璃等等)，任意一种与太阳能电池配套使用的太阳能电路产品(接线盒、接线器、电路连接器等等)，或者任意一种使用太阳能电源的装置(例如包括太阳能电源的交通工具、路灯、充电器等等)，并可以不仅限于此。应当理解的是，该太阳能装置可以基于太阳能单元电路10的结构而具有相较于相关技术而言更优的安全性能。

在一个应用场景示例中，上述太阳能装置可以包括至少一块太阳能发电玻璃和将该太阳能发电玻璃作为太阳能电池的太阳能单元电路10。从而，在将多块太阳能发电玻璃拼接在一起以形成建筑物的玻璃外墙时，可以将每一行太阳能发电玻璃各自连接成一个太阳能组件串，每一行中任意两块相邻的太阳能发电玻璃所连接的太阳能单元电路10均按照上述逐级串接的方式进行连接。在灾害发生时，建筑物火灾系统的报警器可以通过通信线路向每个太阳能单元电路10发送控制信号，以使所有太阳能单元电路10中的开关模块11的开关状态转为断开，防止太阳能电网中存在过高电压，从而避免触电事故的发生。

本公开的一个实施例提供了一种太阳能系统，所述太阳能系统包括至少一个上述任意一种的太阳能装置。需要说明的是，所述太阳能系统可以例如是任意一种包括一个或多个太阳能装置的太阳能发电系统，比如上述由多块太阳能发电玻璃拼接在一起形成的建筑物的玻璃外墙，或者包括多个太阳能组件的太阳能发电阵列。在一个示例中，所述太阳能系统包括第一连接器31、第二连接器32以及若干个上述任意一种的太阳能装置；参见图2，每个太阳能组件串可以各自作为一个太阳能装置，从而每个太阳能装置的正极端分别与第一连接器31的一个配合连接件相连，每个太阳能装置的负极端分别与第二连接器32的一个配合连接件相连，以通过所述第一连接器31和所述第二连接器32将多个所述太阳能装置并联。可以理解的是，该太阳能系统可以基于太阳能单元电路10的结构而具有相较于相关技术而言更优的安全性能。

以上所述仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。