19 日。
[0025]-新的分布式MPPT變換器的評價測試結(jié)果，R.0rduz和M.A.Egido, 22屆歐洲光電太陽能大會，2007年9月3-7日，意大利米蘭。
[0026]-光電應(yīng)用的能源集成管理系統(tǒng)，S.Uriarte等，20屆歐洲光電太陽能大會，2005年6月6-10日，西班牙巴塞羅那。
[0027]-美國公開專利2006/0185727。
[0028]如上所述的一些工藝，將逆變器集成到各個電池單元上存在許多缺點，包括成本高、安全性(特別是太陽能裝置)和可靠性低等。因此，還是優(yōu)先考慮串聯(lián)，特別是對于太陽能帆板裝置。將DC-DC變換器和MPPT含在單個電池單元中，然后串聯(lián)輸出到逆變器的提議是非常具有吸引力的。但是，將MPPT集成到各帆板中在串聯(lián)應(yīng)用中還存在問題，因為每個MPPT都試圖在不同電流下啟動其電源，同時串聯(lián)中同一電流必須流經(jīng)所有的帆板。而且，尚不清楚那種類型的DC-DC變換器能提供最佳的結(jié)果及如何將MPPT納入到這種布置之中。因此，還需要有效的拓?fù)鋵W(xué)方案將多個直流電源連接到負(fù)載上，例如，電網(wǎng)、蓄電池等。
[0029]如前面已經(jīng)提到的，各種環(huán)境和操作條件會影響直流電源的輸出功率。諸如太陽能帆板、太陽能輻射、周圍溫度和來自鄰近物體如樹木或遠(yuǎn)處物體如云等的遮蔽，都會影響各太陽能帆板的電量輸出。輸出的電量取決于所使用的帆板數(shù)量和類型，各個太陽能帆板的電量輸出可能在電壓和電流方面有較大的差異。業(yè)主、甚至專業(yè)的安裝人員都很難確證太陽能系統(tǒng)的正確運轉(zhuǎn)。許多其他因素，比如老化、灰塵和污垢沉積及模塊功能退化等等都會隨時間影響太陽能帆板的性能。
[0030]光電帆板對外界條件的靈敏度是相當(dāng)出色的，特別是在使用集中光電系統(tǒng)(CPV)時。使用這類裝置時，太陽輻射通過棱鏡或反光鏡集中到小的電池單元。這些電池單元比一般的光電電池單元要有效的多，它們采用一種成為雙聯(lián)或三聯(lián)的技術(shù)，其中大量P-η連接在彼此頂端構(gòu)成，連接點將一定波長的光線轉(zhuǎn)化成電能，其他波長的光線允許通過到下一個連接點被轉(zhuǎn)化。因此，這些電池單元顯得更為有效(最高效率達(dá)40% )。由于這些電池單元比較昂貴，它們通常是用于需要更小電池單元的CPV應(yīng)用中。盡管如此，但CPV裝置的輸出功率現(xiàn)在取決于幾方面的因素:太陽光不同波段光線強度的波動(不僅僅是總的強度)、所使用的棱鏡或反光鏡出現(xiàn)缺損或變形等情況。因此，多塊帆板設(shè)置的單個MPPT會導(dǎo)致電力大量損耗，而采用如本發(fā)明中所述帆板(或電池)水平上的MPPT則會具有很大的優(yōu)勢。
[0031]傳統(tǒng)光電裝置面臨問題更多的另一領(lǐng)域是開發(fā)建筑一體化光電系統(tǒng)(BIPV)市場。BIPV裝置中，帆板在建筑物施工過程中安裝在內(nèi)一一或作為屋頂帆板或作為墻壁和窗戶等結(jié)構(gòu)性或附加性組成部分。因此，BIPV裝置會因為帆板附近其他結(jié)構(gòu)元件的存在，很大程度上局部會被部分遮蔽。而且，帆板自然是固定在建筑物的不同面，因此每塊帆板得到的光照條件會有很大不同。由于傳統(tǒng)解決方案是將帆板串接在一起，然后連到節(jié)點MPPT，這樣會造成許多電量損失。可以收集更多電量的方案顯然是在這類裝置方面要有很大改善。
[0032]然而，傳統(tǒng)裝置還有另外一個問題是日照光線不足時能量利用率很低。大多數(shù)逆變器要求某個最低電壓(一般在150V到350V)以便啟動運轉(zhuǎn)。若光線不足，帆板形成的累積電壓不能達(dá)到最小值，電量因此就損耗了。能在光線不足時提升電壓的解決方案因此就能使產(chǎn)生的能量得到收集。
[0033]按照傳統(tǒng)配置10安裝太陽能帆板的過程中，安裝人員能通過測試設(shè)備檢測每塊帆板、每排帆板和整個帆板陣列的電流電壓來確定安裝的正確性和太陽能帆板陣列的性能。但實際上，個別帆板和串接成排的帆板一般根本無法測試或只能在連接前進(jìn)行測試。這是因為目前的測量方法要么是通過串聯(lián)到太陽能帆板陣列上測試要么是通過陣列上的電阻器來測試，但這顯然是不方便的。相反，僅對高一級的整個裝置進(jìn)行了合格/失敗測試。
[0034]裝置初次測試后，太陽能帆板陣列連接到逆變器104上，可選擇包含一監(jiān)測模塊用來監(jiān)測整個帆板陣列的性能。從逆變器104監(jiān)測中收集的性能信息包含陣列總的輸出功率和發(fā)電效率，但該信息缺少有關(guān)單個太陽能帆板運行的細(xì)節(jié)信息。因此，逆變器104監(jiān)測功能所提供的性能信息通常對了解電能損耗是因為環(huán)境條件、太陽能陣列功能失?；蜉^差的安裝或維護等方面是不夠的。而且，綜合信息不能指出太陽能帆板101中的那塊是所檢測電能損失的原因。
[0035]鑒于以上所述，將多個直流電源連接到負(fù)載上的一種新提議拓?fù)鋵W(xué)方案應(yīng)能讓其自身在安裝期間和安裝后容易進(jìn)行測試和運行狀況驗證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0036]以下是本發(fā)明的概述，為了讓大家對本發(fā)明的一些方面和特點有一個基本的認(rèn)識。該概述并非本發(fā)明的總攬，同樣它也不是想要特殊指明本發(fā)明重要或關(guān)鍵性組成，或描述本發(fā)明的范圍。它唯一的目的是將本發(fā)明的一些概念以簡單明了的方式向大家講述，以此作為后面更詳細(xì)描述的前奏。
[0037]本發(fā)明的內(nèi)容提供了一種將分布式直流電源串聯(lián)到中央供電裝置的拓?fù)浞椒?，中央供電裝置比如有單個逆變器或單個變換器。本發(fā)明的內(nèi)容講述了一種系統(tǒng)和方法，能監(jiān)測分布式電量收集裝置中單個直流電源并且調(diào)整各直流電源的電流和電壓使得各直流電源的輸電功率最大。
[0038]依照本發(fā)明的各項內(nèi)容，分布式電量收集系統(tǒng)由如下部分組成:數(shù)個直流電源；數(shù)個變換器，每個變換器又由幾部分組成:連接到各個直流電源的輸入端、串聯(lián)連接到變換器的輸出端，從而形成一排串聯(lián)；按照預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)在變換器輸入端設(shè)置電壓和電流的電路；以及將輸入端接收的電量轉(zhuǎn)換輸出端輸出電量的電量轉(zhuǎn)換部分；偶聯(lián)到成排串聯(lián)帆板的供電裝置，供電裝置由維持向其輸入預(yù)定值電量的控制部件組成?？刂撇考梢跃S持輸?shù)焦╇娧b置的預(yù)定值電壓。控制部件可以維持輸?shù)焦╇娧b置的預(yù)定值電流。供電裝置由直流電/交流電(DC/AC)逆變器組成。供電裝置可包含一電池充電器。電路可包含在逆變器輸入端設(shè)定電壓和電流的MPPT部件，以便使各個直流電源的功率達(dá)到最大。電能轉(zhuǎn)換部分包括:降壓變換器、升壓變換器、根據(jù)MPPT部件和輸出端電壓和電流有選擇性地激活降壓變換器或升壓變換器的控制器。降壓變換器和升壓變換器可共享一個感應(yīng)器，控制器包含一脈寬調(diào)節(jié)部分?？刂撇糠挚砂c供電裝置并聯(lián)的旁路調(diào)節(jié)器，用來調(diào)節(jié)輸入電壓使預(yù)先確定的輸入電壓保持不變。該系統(tǒng)還可進(jìn)一步包含一個或多個其他偶聯(lián)道供電裝置上的帆板串。該系統(tǒng)還可以包括:數(shù)個電流傳感器、數(shù)個電壓傳感器；其中各電流傳感器和各電壓傳感器在各自變換器和直流電源之間進(jìn)行偶聯(lián)，將電流信息和電壓信息輸入到MPPT部件。數(shù)個直流電源中的每個都可以包含一太陽能帆板或一建筑一體化太陽能帆板。至少這些直流電源中一個可以含有一燃料電池。至少這些直流電源中的一個可以含有一電池。每個變換器都還可以含有一安全模塊，用來限制輸出電量在預(yù)先設(shè)定的安全值，直到預(yù)先確定的事件發(fā)生改變?yōu)橹埂ｎA(yù)先確定的事件可包含一個超過預(yù)定限的負(fù)載，可用來檢測變換器狀態(tài)或放電信號。每個變換器還可包含數(shù)個開關(guān)裝置，各開關(guān)裝置構(gòu)成至少一個直流電源的電流旁路。太陽能帆板可以包含數(shù)個電池單元串，每個電池串包含串聯(lián)的太陽能電池和偶聯(lián)到串聯(lián)太陽能電池旁路的開關(guān)裝置。這些開關(guān)裝置可包含一晶體管。每個變換器還可包含一監(jiān)測模塊，用來監(jiān)測和傳輸狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)，狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)至少包括以下一項信息:輸入變換器的電流、輸入變換器的電壓、電源的溫度、輸入變換器的電量和現(xiàn)有的照明度。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的各項內(nèi)容，提供一種方法用來從含有數(shù)個直流電源和數(shù)個直流電變換器的分布式電力系統(tǒng)收集電能的方法，該方法由如下幾方面構(gòu)成:將各電源偶聯(lián)到各自的直流電變換器上；將電源變換器串聯(lián)，最少I個串聯(lián)組；將串聯(lián)組偶聯(lián)到輸電裝置上；將輸入輸電裝置的電流和電壓設(shè)定在預(yù)先確定的值，從而使流經(jīng)串聯(lián)組的電流隨電源的功率變化而變化；分別控制各電源的輸出電量，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)分別改變輸入到各自變換器的電壓和電流。固定一項輸入電壓或輸入電流可包含設(shè)定至預(yù)先確定的恒定值。將串聯(lián)組偶聯(lián)到輸電裝置上可以將串聯(lián)組連接到DC/AC逆變器上，固定輸入到逆變器的輸入電壓。電量輸出監(jiān)測可包括跟蹤電源的最大功率值。分別改變輸入電壓和電流包括設(shè)定輸入電壓和電流以便從各電源獲取最大的電量。該方法還可包含將各變換器的輸入電壓和電流單獨轉(zhuǎn)換成以電流量和浮動電壓計的輸出電量，電流量可以通過流經(jīng)串聯(lián)組的電流來指示。該方法還可包括分別監(jiān)測各變換器的載荷，限制各變換器的輸出電量使其保持在預(yù)先設(shè)定的安全值，直到負(fù)載達(dá)到預(yù)先設(shè)定值為止。該方法還可包括監(jiān)測至少一個電源和直流電變換器的輸出電量，并在輸出電量顯示預(yù)定特征時將電流切至旁路。該方法還可包括分別操作各電源變換器以監(jiān)測和報告功率相關(guān)數(shù)據(jù)。功率相關(guān)數(shù)據(jù)至少包括一項以下信息:輸?shù)阶儞Q器的電流、輸?shù)阶儞Q器的電壓、電源溫度、輸?shù)阶儞Q器的電量和現(xiàn)有的照明度。
[0040]按照本發(fā)明的各項內(nèi)容，描述了一種太陽能發(fā)電裝置，由如下部件構(gòu)成:DC/AC逆變器，含維持預(yù)定值的輸入電壓或電流裝置；數(shù)個串聯(lián)帆板組，它們與DC/AC逆變器并聯(lián)，每個串聯(lián)組包含:數(shù)個太陽能帆板、數(shù)個變換器。每個變換器包含:偶聯(lián)到各自太陽能帆板的輸入端、串聯(lián)連接到其他變換器的輸出端，從而構(gòu)成一串聯(lián)組；MPPT部件，用來按照各自太陽能帆板的最大功率點設(shè)定變換器輸入端的電壓和電流；電量轉(zhuǎn)換部分，用來將輸入端接收的電量轉(zhuǎn)換成輸出端的輸出電量。預(yù)定值可包括恒定值。電量轉(zhuǎn)化部分可將輸入端的電量轉(zhuǎn)化成輸出電量，使電流相當(dāng)于數(shù)個串聯(lián)太陽能帆板提供的總電量，這些串聯(lián)的太陽能帆板按逆變器輸入端預(yù)定電壓進(jìn)行分割。電量轉(zhuǎn)化部分可包含電量轉(zhuǎn)化控制器，用來控制電量轉(zhuǎn)換部分的脈寬調(diào)節(jié)，以便使輸出電量的電流相當(dāng)于數(shù)個串聯(lián)太陽能帆板提供的總電量，這些串聯(lián)的太陽能帆板按逆變器輸入端預(yù)定電壓進(jìn)行分割。每個電源轉(zhuǎn)換部分都可包含:降壓變換器、升壓變換器、脈寬調(diào)節(jié)裝置；以及數(shù)字控制器，用來控制脈寬調(diào)節(jié)器，使其有選擇地啟動降壓變換器或升壓變換器。每個串聯(lián)組還可包括:數(shù)個電流傳感器，用來對單塊太陽能帆板每次輸出電流進(jìn)行測定，并將測得的電流信號發(fā)送給各自的數(shù)字控制器；數(shù)個電壓傳感器，用來對單塊太陽能帆板每次輸出的電壓進(jìn)行測定，并將測得的電壓信號發(fā)給給各自的數(shù)字控制器。這里每個數(shù)字控制都可以調(diào)節(jié)電壓和電流以便獲得最大的電力供應(yīng)。太陽能發(fā)電裝置還可包括一安全模塊，用來使輸出電壓限定在預(yù)定安全值，使負(fù)載不超過適用于變換器的預(yù)定限值。第30條權(quán)項權(quán)項的太陽能發(fā)電裝置，其中的太陽能帆板包含數(shù)個電池單元組，每個電池單元組包含并聯(lián)的電池單元，開關(guān)裝置偶聯(lián)形成串聯(lián)太陽能電池單元的旁路。開關(guān)裝置可包含晶體管。每個變換器還可包括一監(jiān)測模塊，用來