監(jiān)測(cè)和傳輸電量相關(guān)數(shù)據(jù)。電量相關(guān)數(shù)據(jù)至少包括以下一項(xiàng):輸入到變換器的電流、輸入到變換器的電壓、電源溫度、電源的空間定向、現(xiàn)有的照明度。
[0041]依照本發(fā)明的各項(xiàng)內(nèi)容，提供了一種方法用來(lái)改善包含偶聯(lián)到一中央負(fù)載的數(shù)個(gè)直流電源的分布式電能系統(tǒng)組件的可靠性，該方法內(nèi)容包括:將直流電源偶聯(lián)到中央負(fù)載上；將輸入到中央負(fù)載上的電壓維持在預(yù)定值，該預(yù)定電壓是組件負(fù)載時(shí)的安全操作電壓；根據(jù)直流電源獲取的電量改變輸入到中央負(fù)載上的電流。中央負(fù)載可包括DC/AC逆變器及維持輸入逆變器電壓的輸電維持一步。將直流電源偶聯(lián)可以包括將各太陽(yáng)能帆板偶聯(lián)至各自變換器，并將所有變換器偶聯(lián)到逆變器上。該方法還可包括操作各變換器只要各太陽(yáng)能帆板開(kāi)始輸出電能就可升高從各太陽(yáng)能帆板獲得的電壓。
【附圖說(shuō)明】
[0042]本文附帶的圖紙作為本規(guī)定的組成部分，用來(lái)舉例說(shuō)明本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)，結(jié)合描述用來(lái)解釋和說(shuō)明本發(fā)明的原理。這些圖紙的目的是以圖解方式說(shuō)明示例細(xì)節(jié)的主要特點(diǎn)。這些圖紙既不是為了描述實(shí)際細(xì)節(jié)問(wèn)題的每個(gè)方面也不是為了描述所繪組件的相對(duì)尺寸，因?yàn)樗鼈儾⒎前幢壤L制。
[0043]圖1描述了采用直流電源的傳統(tǒng)集中電能收集系統(tǒng)；
[0044]圖2描述了單個(gè)串聯(lián)的直流電源組的電流對(duì)電壓特征曲線；
[0045]圖3描述了按照本發(fā)明所述采用直流電源的一種分布式電能收集系統(tǒng)；
[0046]圖4A和4B描述了圖3所示系統(tǒng)按照本發(fā)明所述各項(xiàng)內(nèi)容在不同條件下的運(yùn)行狀況。
[0047]圖4C描述了本發(fā)明的實(shí)體，其中逆變器控制輸出電流；
[0048]圖5按照本發(fā)明所述其他項(xiàng)內(nèi)容舉例說(shuō)明了采用直流電源的一種分布式電能收集系統(tǒng)；
[0049]圖6按照本發(fā)明所述各項(xiàng)內(nèi)容舉例說(shuō)明了一種DC對(duì)DC的變換器；
[0050]圖7按照本發(fā)明所述各項(xiàng)內(nèi)容，包括本發(fā)明的控制特點(diǎn)舉例說(shuō)明一電能變換器；
[0051]圖8按照以前的工藝舉例說(shuō)明了太陽(yáng)能帆板的布局；
[0052]圖9按照本發(fā)明所述細(xì)節(jié)舉例說(shuō)明了一種減少太陽(yáng)能串聯(lián)帆板電能損失的布局；
[0053]圖10按照本發(fā)明所述細(xì)節(jié)舉例說(shuō)明了另一種減少太陽(yáng)能串聯(lián)帆板電能損失的布局;
[0054]圖11按照本發(fā)明所述細(xì)節(jié)舉例說(shuō)明了一種設(shè)置太陽(yáng)能串聯(lián)帆板旁路的布局。
【具體實(shí)施方式】
[0055]本發(fā)明提供的拓?fù)浣鉀Q了與現(xiàn)有拓?fù)湎嚓P(guān)的許多問(wèn)題，并且與現(xiàn)有拓?fù)湎啾扔性S多優(yōu)點(diǎn)。例如，發(fā)明的拓?fù)淇晒┐?lián)不匹配的電源，如不匹配的太陽(yáng)能電池板、不同型號(hào)和額定功率的電池板甚至不同制造商和半導(dǎo)體材料制成的電池板。此拓?fù)湓试S串聯(lián)在不同條件下工作的電源，例如，不同光線或溫度條件下的太陽(yáng)能電池板。此拓?fù)溥€可供在屋頂或建筑的不同方向或不同部分上安裝串聯(lián)電池板。這一以及其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)，由下列詳細(xì)說(shuō)明可以看出。
[0056]本發(fā)明的態(tài)樣提供了用于將多種直流電源的功率組合為單一電源的系統(tǒng)和方法。在本發(fā)明的態(tài)樣中，各直流電源與DC-DC功率變換器相關(guān)。串聯(lián)藉由將直流電源接到相關(guān)變換器而組成的模塊，可提供模塊串。然后將模塊串接到使輸入電壓固定不變的逆轉(zhuǎn)器。各變換器中的最大功率點(diǎn)控制回路采集各直流電源的最大功率，并傳送此功率，作為功率變換器的輸出。就各變換器而言，實(shí)質(zhì)上將所有輸入功率轉(zhuǎn)換為輸出功率，在有些情況下，轉(zhuǎn)換效率可能為90%或更高。另外，藉由將變換器的輸入電流或輸入電壓固定為最大功率點(diǎn)，并允許變換器輸出電壓變化，來(lái)進(jìn)行控制。對(duì)于每個(gè)電源，由一個(gè)或多個(gè)傳感器監(jiān)控相關(guān)變換器的輸入功率級(jí)。在本發(fā)明的一些態(tài)樣中，微型控制器使用脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)將功率從輸入端傳送到輸出端所用工作循環(huán)，即可在各變換器中進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤和控制。
[0057]本發(fā)明的一個(gè)態(tài)樣提供了更大程度的容錯(cuò)、維護(hù)和耐用性，藉由監(jiān)控、記錄和/或傳達(dá)各太陽(yáng)能電池板的性能來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的一個(gè)態(tài)樣中，用于跟蹤最大功率點(diǎn)的微型控制器也可用于執(zhí)行監(jiān)控、記錄和通信功能。這些功能可供在安裝過(guò)程中快速輕松排除故障，因此大幅度縮短了安裝時(shí)間。在維護(hù)過(guò)程中，這些功能還有益于快速檢測(cè)問(wèn)題。本發(fā)明的態(tài)樣允許方便地定位、修理或更換有故障的太陽(yáng)能電池板。當(dāng)修理或更換不可行時(shí)，本發(fā)明的繞開(kāi)功能增大了可靠性。
[0058]在一個(gè)態(tài)樣中，本發(fā)明涉及組合電池功率的太陽(yáng)能電池陣列?？梢詫⒏髯儞Q器附裝到單個(gè)太陽(yáng)能電池上或串聯(lián)、并聯(lián)或二者都有的多個(gè)電池上，例如，串聯(lián)電池串的并聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施例中，將各變換器附裝到一個(gè)光伏串電池板上。但是，本發(fā)明的態(tài)樣盡管在太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域中適用，但也可用于使用直流電源的任何配電網(wǎng)。例如，這些態(tài)樣可用于具有多個(gè)電池的電瓶或配有多個(gè)車載燃料電池的混合動(dòng)力車。直流電源可以為太陽(yáng)能電池、太陽(yáng)能電池板、燃料電池、電瓶等等。另外，盡管下述討論涉及將直流電源陣列的功率組合為交流電壓源，本發(fā)明的態(tài)樣也可用于將直流電源的功率組合為另一個(gè)直流電壓。
[0059]圖3所示為本發(fā)明的實(shí)施例中的配電采集配置30。配置30可供把多個(gè)電源(例如太陽(yáng)能電池板301a-301d)連接到單個(gè)電源上。在本發(fā)明的一個(gè)態(tài)樣中，可以將所有太陽(yáng)能電池板的串聯(lián)串連接到逆轉(zhuǎn)器304上。在本發(fā)明的另一個(gè)態(tài)樣中，可以將太陽(yáng)能電池板的幾個(gè)串聯(lián)串連接到單個(gè)逆轉(zhuǎn)器304上?？捎善渌?例如，用于給電瓶組充電的充電調(diào)節(jié)器)替換逆轉(zhuǎn)器304。
[0060]在配置30中，將各太陽(yáng)能電池板301a_301d連接到單獨(dú)分開(kāi)的功率變換器電路305a-305d上。一個(gè)太陽(yáng)能電池板及其相關(guān)功率變換器電路組成模塊，例如模塊320。各變換器305a-305d以最佳方式適應(yīng)連接的太陽(yáng)能電池板301a_301d的功率特性，并將功率高效地從變換器輸入端傳送到變換器輸出端。變換器305a-305d可以為降壓變換器、升壓變換器、降壓/升壓變換器、逆向變換器或正向變換器等等。變換器305a-305d還可包括許多組成變換器，例如，降壓和升壓變換器的串聯(lián)。
[0061]各變換器305a_305d包括控制回路，此控制回路不是從變換器輸出電流或電壓、而是從來(lái)自太陽(yáng)能電池板301的變換器的輸入接收反饋信號(hào)。此控制回路的示例為最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)回路。變換器中的MPPT回路將來(lái)自各太陽(yáng)能電池板301a-301d的輸入電壓和電流鎖定至最佳功率點(diǎn)。
[0062]傳統(tǒng)的DC/DC變換器在輸入端有大輸入電壓范圍，并且有預(yù)定且固定不變的輸出電壓。在傳統(tǒng)的DC/DC電壓變換器中，變換器內(nèi)的控制器監(jiān)控輸入端的電流或電壓以及輸出端的電壓?？刂破鞔_定合適的脈寬調(diào)制(PWM)工作循環(huán)，如果輸出電壓下降就增加工作循環(huán)，藉此將輸出電壓固定到預(yù)定值。因而，傳統(tǒng)的變換器包括反饋回路，此反饋回路閉合在輸出電壓上，并使用輸出電壓進(jìn)一步調(diào)節(jié)和微調(diào)變換器的輸出電壓。由于改變輸出電壓，所以也改變從輸入端提取的電流。
[0063]在變換器305a_305d中，在本發(fā)明的態(tài)樣中，變換器405內(nèi)的控制器監(jiān)控變換器輸入端的電壓和電流，并確定PWM，使得從附裝的電池板30la-30Id提取最大功率。變換器405的控制器動(dòng)態(tài)跟蹤變換器輸入端的最大功率點(diǎn)。在本發(fā)明的態(tài)樣中，將反饋回路閉合在輸入功率上，以便跟蹤最大輸入功率，而不是如同傳統(tǒng)DC/DC電壓變換器那樣將反饋回路閉合在輸出電壓上。
[0064]因?yàn)楦髯儞Q器305a_305d中有單獨(dú)分開(kāi)的MPPT電路，因而對(duì)于各太陽(yáng)能電池板301a-301d，圖3所示實(shí)施例中的各串303可以串聯(lián)不同數(shù)量或不同品牌的電池板301a-301do圖3的電路對(duì)各太陽(yáng)能電池板301a_301d的輸出連續(xù)進(jìn)行MPPT，以便對(duì)影響此特定太陽(yáng)能電池板301a-301d的溫度、太陽(yáng)輻射、陰影或其他性能因素的變化做出反應(yīng)。因此，變換器305a-305d內(nèi)的MPPT電路從各電池板301a_301d采集可能存在的最大功率并作為輸出傳送此功率，與影響其他太陽(yáng)能電池板的參數(shù)無(wú)關(guān)。
[0065]這樣，圖3所示本發(fā)明的態(tài)樣按向變換器提供輸入電流和輸入電壓的直流電源的最大功率點(diǎn)連續(xù)跟蹤和維持各變換器的輸入電流和輸入電壓。直流電源的最大功率是變換器的輸入，也是變換器的輸出。變換器輸出功率可以為與變換器輸入電流和電壓不同的電流和電壓。變換器的輸出電流和電壓響應(yīng)電路的串聯(lián)部分的要求。
[0066]在本發(fā)明的一個(gè)態(tài)樣中，將變換器305a_305d的輸出串聯(lián)成單個(gè)直流輸出，此輸出構(gòu)成負(fù)載或供電裝置(在本例中，為逆轉(zhuǎn)器304)的輸入。逆轉(zhuǎn)器304將變換器的串聯(lián)直流輸出轉(zhuǎn)換為交流電源。負(fù)載(在本例中為逆轉(zhuǎn)器304)調(diào)節(jié)負(fù)載輸入端的電壓。即在本例中，單獨(dú)的控制回路320將輸入電壓保持在設(shè)定值，即400伏。因而，逆轉(zhuǎn)器的輸入電流由有效功率控制，這是流過(guò)所有串聯(lián)直流電源的電流。另一方面，盡管DC-DC變換器的輸出必須為逆轉(zhuǎn)器的電流輸入，但使用MPPT單獨(dú)控制變換器的電流和電壓輸入。
[0067]在現(xiàn)有技術(shù)中，允許負(fù)載輸入電壓隨有效功率變化。例如，當(dāng)太陽(yáng)能設(shè)施中陽(yáng)光充足時(shí)，逆轉(zhuǎn)器的電壓輸入甚至可能變化達(dá)到1000伏。因而，隨著陽(yáng)光照度變化，電壓隨之變化，逆轉(zhuǎn)器(或其他供電裝置或負(fù)載)中的電氣元件承受變化的電壓。這往往會(huì)降低元件的性能，并且最終造成元件故障。另一方面，藉由固定負(fù)載或供電裝置(此處為逆轉(zhuǎn)器)的輸入電壓或電流，電氣元件始終承受相同的電壓或電流，因此延長(zhǎng)了使用壽命。例如，可以選擇負(fù)載元件(例如，電容器、開(kāi)關(guān)和逆轉(zhuǎn)器的線圈)，使負(fù)載元件在固定輸入電壓或電流下運(yùn)行，即額定值的60%。這會(huì)提高可靠性，并延長(zhǎng)元件的使用壽命，這對(duì)避免太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)等應(yīng)用中的使用損失至關(guān)重要。
[0068]圖4A和4B所示為本發(fā)明的樣態(tài)中圖3的系統(tǒng)在不同條件下的運(yùn)行情況。示范配置40類似于圖3的配置30。在所示示例中，將401/1至401/10十個(gè)直流電源分別連接到405/1至405/10十個(gè)功率變換器上。將由直流電源及其相應(yīng)變換器組成的模塊串聯(lián)在一起，組成串403。在本發(fā)明的一個(gè)態(tài)樣中，將串聯(lián)變換器405連接到DC/AC變換器404上。
[0069]直流電源可以為太陽(yáng)能電池板，并且以太陽(yáng)能電池板作為一個(gè)說(shuō)明例子討論示例。因制造公差、陰影或其他因素，各太陽(yáng)能電池板401可能有不同的功率輸出。就本例而言，圖4A所示為理想情況，在此將DC/DC變換效率假定為100 %，并且假定電池板501相同。在本發(fā)明的一些樣態(tài)中，變換器的效率可能相當(dāng)高，范圍約在95% -99%。因此，為了說(shuō)明假定100%的效率合情合理。另外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，將每個(gè)DC-DC變換器視為功率變換器，即變換器將其在輸入端接收的全部功率傳送到輸出端，損失非常小。
[0070]由