高效交錯(cuò)式太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明關(guān)注提供太陽(yáng)能的領(lǐng)域，包括但不限于家用和商用電力系統(tǒng)及陣列。具體 地，本發(fā)明涉及可以按照更加有效的方式提供這樣的電力的過(guò)程、設(shè)備和電路。本發(fā)明還也 可以應(yīng)用于在具有擁有相同效果的太陽(yáng)能電源的某些更基本的屬性的一般電力系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽(yáng)能對(duì)社會(huì)的價(jià)值已經(jīng)了解很多年了。太陽(yáng)能提供清潔的能量，但需要處理該 能量并將其輸送到電網(wǎng)或其它負(fù)載。發(fā)電的效率是尤其受到關(guān)注。已經(jīng)證明極具挑戰(zhàn)性的 一方面是在期望的整個(gè)功率譜有效地獲取能量。因?yàn)樘?yáng)能的匯集可以改變并且因?yàn)楣夥?效應(yīng)本身可以改變，所以依然存在保持某一程度的電氣挑戰(zhàn)。除了技術(shù)問(wèn)題，諸如滿意的安 全性等的管理限制也可能帶來(lái)挑戰(zhàn)。另外，將光伏源結(jié)合到諸如太陽(yáng)能板串等中，使得能量 的有效獲取成為問(wèn)題。作為一個(gè)示例，一個(gè)在目前的技術(shù)情況下頻繁發(fā)生的有趣的事實(shí)，最 有效的發(fā)電（可能在轉(zhuǎn)換后的最高電壓處）是其中幾乎沒(méi)有電力被輸送的情況。這看上去 的悖論仍然是在對(duì)于該領(lǐng)域的人們具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。同樣，對(duì)于諸如通過(guò)更大規(guī)模的太 陽(yáng)能板的串發(fā)越來(lái)越多的電的期望已由于管理限制等而成為一個(gè)問(wèn)題。
[0003] 本發(fā)明提供了電路和方法，通過(guò)這些電路和方法，許多這些挑戰(zhàn)可以被減少或甚 至消除。提供了具有不同尋常的發(fā)電效率的設(shè)計(jì)，并對(duì)于渴望有效地利用太陽(yáng)能或其它能 源提供了相當(dāng)大的價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 因此，本發(fā)明包括各種實(shí)施方式中的各種不同的方面、電路和方法，它們可以以不 同的組合被選擇，以滿足不同的需要以及實(shí)現(xiàn)各種不同的目標(biāo)。其公開(kāi)了裝置和方法以通 過(guò)對(duì)各種不同的負(fù)載更有利的方式實(shí)現(xiàn)非常高的效率的太陽(yáng)能以及其它電力輸送。實(shí)施方 式提出了一些初步的方式以實(shí)現(xiàn)高效率的電力輸送或發(fā)電并顯示可調(diào)整和改變以達(dá)到以 下目標(biāo)和其它目標(biāo)的一般理解。當(dāng)然，進(jìn)一步的發(fā)展和改進(jìn)在保持在本發(fā)明的教導(dǎo)的范圍 內(nèi)是可能的。
[0005] 如上所述，本發(fā)明的實(shí)施方式的基本目標(biāo)之一是提供一種高效率的太陽(yáng)能和其它 發(fā)電。它可以提供高效的電力轉(zhuǎn)換器和可以以多種方式實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的其它電路。
[0006] 本發(fā)明的實(shí)施方式的另一個(gè)目標(biāo)是能夠提供增強(qiáng)的電源串，諸如可以在電源陣列 或其它太陽(yáng)能裝置等中找到的。
[0007] 本發(fā)明的實(shí)施方式的另一個(gè)目標(biāo)是在所有的發(fā)電體系中提供更好的操作效率。按 照這一目標(biāo)，另一方面在于提供在所有發(fā)電情況下可以接近但不超過(guò)管理限制或其它限制 的更高操作電壓。
[0008] 本發(fā)明的實(shí)施方式的還一個(gè)目標(biāo)是既在輸入也在輸出級(jí)別提供低電感、低電容、 以及低能量存儲(chǔ)。類似的目標(biāo)是為以太陽(yáng)能和其它能源操作的電子電路的輸出中提供較小 的波紋。
[0009] 自然，本發(fā)明的其他目標(biāo)都貫穿在整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是針對(duì)本發(fā)明的相控交錯(cuò)實(shí)施方式所配置的電路的示意圖。
[0011] 圖2a和圖2b是用根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)控制的時(shí)序圖。
[0012] 圖3是將本發(fā)明的幾個(gè)操作模式與一些傳統(tǒng)系統(tǒng)從概念上進(jìn)行比較的效率相關(guān) 的類型的值圖。
[0013] 圖4是針對(duì)用于本發(fā)明的相控交錯(cuò)設(shè)計(jì)的抽頭耦合電感實(shí)施方式所配置的電路 的示意圖。
[0014] 圖5是針對(duì)本發(fā)明的附加串電壓實(shí)施方式的一部分所配置的抽頭耦合電感電路 的示意圖。
[0015] 圖6是針對(duì)本發(fā)明的一個(gè)中間板結(jié)構(gòu)實(shí)施方式所配置的電路的示意圖。
[0016] 圖7是針對(duì)本發(fā)明的另一個(gè)相控串（phased string)實(shí)施方式所配置的電路的示 意圖。
[0017] 圖8是本發(fā)明的邊界控制模式的概念圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 如前所述，本發(fā)明包括可以以不同方式結(jié)合的各種方面。提供以下描述以列出元 素并描述本發(fā)明的一些實(shí)施方式。利用初始實(shí)施方式列出了這些元素，然而應(yīng)當(dāng)理解的是， 它們可以以任何方式進(jìn)行組組合且可以以任何數(shù)量創(chuàng)建另外的變型。所描述的各種示例和 優(yōu)選實(shí)施方式不應(yīng)被理解為將本發(fā)明限制為僅是明確描述的系統(tǒng)、技術(shù)和應(yīng)用。此外，本說(shuō) 明書(shū)應(yīng)被理解為支持并包含全部的具有本申請(qǐng)或者任何后續(xù)的申請(qǐng)中的任何數(shù)量所公開(kāi) 的元素、具有單獨(dú)各個(gè)元素以及具有全部元素的任何及全部各種排列和組合的各種實(shí)施方 式、系統(tǒng)、技術(shù)、方法、設(shè)備和應(yīng)用。
[0019] 如圖1中所示，太陽(yáng)能發(fā)電可涉及接收諸如可由一個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)的光伏源（2) 產(chǎn)生的一個(gè)以上的電源（1)。眾所周知，光伏源可以是太陽(yáng)能板（19)(如圖6中所示）或者 甚至是單獨(dú)的太陽(yáng)能電池（20)(也如圖6中所示）。在圖1中，源（2)可被聚合以創(chuàng)造一個(gè) 概念上的光伏電源（1)。來(lái)自光伏源（2)中的一個(gè)的單獨(dú)輸出（3)可以是DC(直流）電源 輸出。該DC電源輸出（3)可被轉(zhuǎn)換為DC電源的修改版本。這可以（但不必）發(fā)生在模塊 級(jí)別，諸如通過(guò)模塊或者未示出但可能（但不必）存在于每個(gè)板（19)或者每個(gè)光伏源（2) 的其它類型的轉(zhuǎn)換器。如已知的，這樣的轉(zhuǎn)換器可被配置為利用單獨(dú)的板或模塊或者在單 獨(dú)的板或模塊上進(jìn)行操作，并且可以控制能量獲取以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的最大能量點(diǎn)操作。
[0020] 如前所述，在諸如圖1中所示的本發(fā)明的實(shí)施方式中，一組太陽(yáng)能板或更多普通 源（2)的輸出可被聚合以創(chuàng)造一個(gè)概念上的光伏電源（1)。該（或許被聚合的）電源（也 是DC電源輸出，此處稱為第一光伏電源（5))可通過(guò)DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器（或許此處示出為 基礎(chǔ)相位DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器（6))被進(jìn)一步處理或轉(zhuǎn)換以提供基礎(chǔ)相位轉(zhuǎn)換輸出（71)。
[0021] 同樣，另一個(gè)聚合的電源（此處稱為第二光伏電源（7))也可通過(guò)DC-DC光伏轉(zhuǎn)換 器（此處示出為改變相位DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器（8))被轉(zhuǎn)換以提供改變相位轉(zhuǎn)換輸出（72)。 基礎(chǔ)相位DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器（6)和改變相位DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器（8)二者可通過(guò)組合器電路 (9)將它們的輸出組合，以提供轉(zhuǎn)換組合的光伏DC輸出（10)。另外，基礎(chǔ)相位DC-DC光伏 轉(zhuǎn)換器（6)和改變相位DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器（8)二者可被同樣地控制，諸如通過(guò)同步操作兩 個(gè)轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)等以使得它們的操作彼此同步地切換定時(shí)響應(yīng)的同步相位控制（11)，無(wú) 論操作是相反或其它形式?；A(chǔ)相位DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器（6)和改變相位DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器 (8)二者可被組合地考慮為公共形成低光伏能量存儲(chǔ)DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器（15)，其可以起到 兩個(gè)源或者電源（1)的作用，并且可以提供低光伏能量存儲(chǔ)DC輸出（65)。這些輸出可被組 合以提供陣列或其它增強(qiáng)的低光伏能量存儲(chǔ)DC輸出（66)。
[0022] 在典型的應(yīng)用中，作為一種可能性，轉(zhuǎn)換組合光伏DC輸出（10)被提供作為對(duì)負(fù)載 (被示出為光伏DC-AC逆變器（12))的輸入是常見(jiàn)的。光伏DC-AC逆變器（12)可提供光伏 AC(交流）電源輸出（13)。其可被連接到電網(wǎng)或類似物。還如所示，這樣的電源串可被并 聯(lián)連接（14)以向光伏DC-AC逆變器（12)提供更大的電量。還可能提供諸如通過(guò)將低光伏 能量存儲(chǔ)DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器（15)和光伏DC-AC逆變器（12)二者集成的一體化系統(tǒng)，以提 供組合的高效DC-DC-AC光伏轉(zhuǎn)換器（16)。
[0023] 在操作中，系統(tǒng)可以從第一光伏電源（5)接收第一電力，通過(guò)基礎(chǔ)相位DC-DC光伏 轉(zhuǎn)換器（6)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)相位DC-DC轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生基礎(chǔ)相位DC電力輸送。同樣，從諸如第二光伏 電源（7)的第二電源接收到的電力可通過(guò)改變相位DC-DC光伏轉(zhuǎn)換過(guò)程被轉(zhuǎn)換以提供并產(chǎn) 生改變相位DC電力輸送?；A(chǔ)相位DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器（6)和改變相位DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器 (8)二者都可具有開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)它們的操作。這些開(kāi)關(guān)可被某種類型的控制器（或許是同步 相位控制器（11))控制。改變相位DC電力輸送和基礎(chǔ)相位DC電力輸送的輸出可被組合， 以實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換組合光伏DC輸出（10)。
[0024] 為了更多地發(fā)電，有可能的是，組合不同電力輸送的過(guò)程可能涉及串聯(lián)組合電力 輸送的過(guò)程。組合器電路（9)可被配置作為串聯(lián)電源配置電路，使得兩個(gè)發(fā)電機(jī)的電壓等 相加。如后面參照附圖4、圖6和圖7所討論的，可以理解的是，組合器電路（9)可能涉及電 感和/或電容二者或其中之一中的一個(gè)或更多個(gè)情況。這些元件可被配置為對(duì)光伏系統(tǒng)具 有通常低的能量存儲(chǔ)需求，并因此，如后面所討論的，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)通常低的輸入和輸出轉(zhuǎn) 換器能量存儲(chǔ)。在這樣的配置中，電路可被視為包含低光伏能量存儲(chǔ)電感器（17)和/或低 光伏存儲(chǔ)電容器（18)，它們組成了低光伏能量存儲(chǔ)DC-DC轉(zhuǎn)換器（59)。當(dāng)被配置為串聯(lián)電 源組合電路時(shí)，組合器電路（9)可提供相加電壓電路，該電路將諸如基礎(chǔ)相位切換輸出的 一個(gè)電源的輸出電壓與諸如改變相位切換輸出的另一個(gè)電源的輸出電壓相加。如前所述， 將電壓相加的步驟允許更大的發(fā)電或輸送效率，同時(shí)不超過(guò)規(guī)定限制。這也可通過(guò)本發(fā)明 的教導(dǎo)由電壓的低電感相加來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0025] 如前所述，轉(zhuǎn)換器可基于操作的切換模式類型。這樣的轉(zhuǎn)換器可具有多個(gè)不同的 開(kāi)關(guān)，通過(guò)這些開(kāi)關(guān)，操作可實(shí)現(xiàn)想要達(dá)到的目標(biāo)。在本發(fā)明的不同的實(shí)施方式中示出了各 種不同類型的轉(zhuǎn)換器。如圖4、圖5、圖6和圖7中所示，轉(zhuǎn)換器可具有可被控制以實(shí)現(xiàn)想要 達(dá)到的目標(biāo)的開(kāi)關(guān)（例如，21-46)。該控制可僅限于本發(fā)明的實(shí)施方式，并可以是實(shí)現(xiàn)想要 達(dá)到的目標(biāo)的一個(gè)重要的方面，以及是相對(duì)于以前類似的電路的操作的一個(gè)重要的區(qū)別。 此外，諸如那些標(biāo)注的開(kāi)關(guān)（44和45等）的一些開(kāi)關(guān)可以是有源開(kāi)關(guān)、二極管或者甚至是 具有有源開(kāi)關(guān)的二極管的組合。這些開(kāi)關(guān)的主動(dòng)控制（affirmative control)可通過(guò)上述 的同步相位控制器（11)來(lái)進(jìn)行。如圖1中所示，一種字面或概念上的同步控制可激活多個(gè) 轉(zhuǎn)換器，使得它們的開(kāi)關(guān)同步操作。當(dāng)然，可使用具有公共定時(shí)的兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)控制， 只要它們的時(shí)鐘周期是公共的，以使得兩個(gè)轉(zhuǎn)換器在同一定時(shí)模式下進(jìn)行操作。
[0026] 可由控制轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)的占空比來(lái)進(jìn)行控制。如圖所示，占空比控制器（51) - 般可被提供用于兩個(gè)轉(zhuǎn)換器，并且同樣地，其可被認(rèn)為是公共占空比控制器，以實(shí)現(xiàn)公共占 空比控制的步驟，以使得兩個(gè)轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)可根據(jù)所期望的時(shí)間表同步操作。通過(guò)提供 公共控制器或者至少同步地控制轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明的實(shí)施方式可被視作提供用于開(kāi)關(guān)操作的 公共定時(shí)信號(hào)。該公共定時(shí)信號(hào)可尤其引發(fā)根據(jù)本發(fā)明的操作模式。例如，圖2a和圖2b 示出了用于如圖4中所示的本發(fā)明的抽頭磁耦合電感實(shí)施方式的公共定時(shí)信號(hào)的一些示 例。在這些圖中，概念性地呈現(xiàn)了大約為25% (圖2b)和12%% (圖2a)的占空比操作， 其示出如所指示的開(kāi)關(guān)（21-28)的操作。當(dāng)然，盡管未示出，從0%到100%的操作是可能 的。如在比較開(kāi)關(guān)（21和24)、開(kāi)關(guān)（26和27)、開(kāi)關(guān)（22和23)和開(kāi)關(guān)（25和28)的操作 的上下文中可理解的，可以看到同步以及反相位模式的控制。這些開(kāi)關(guān)可被順序操作，以使 得各個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸出彼此相反并且在不同的時(shí)間被切換。如從圖2b中可意識(shí)到的，這可提 供如下優(yōu)點(diǎn)，即，相反位模式的操作可補(bǔ)償和抵消組合器電路（9)中彼此的影響，并因此允 許更低的能量存儲(chǔ)和更有效的操作。通過(guò)提供反相位控制器（52)，本發(fā)明的實(shí)施方式可被 配置以使得當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)換器關(guān)閉等時(shí)，另一個(gè)轉(zhuǎn)換器打開(kāi)，發(fā)電、激活等，反之亦然。通過(guò)開(kāi)關(guān) 的這樣的主動(dòng)控制，轉(zhuǎn)換電力的步驟的反相位控制可實(shí)現(xiàn)降低能量存儲(chǔ)和減小的波紋以及 其它優(yōu)點(diǎn)。如圖所示，該反相位控制器（52)可以諸如通過(guò)提供180°的光伏轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)控 制器和控制DC輸出或轉(zhuǎn)換器的180°光伏轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)而是完全反相的。這樣，轉(zhuǎn)換器組件 可根據(jù)交錯(cuò)的時(shí)間表或過(guò)程來(lái)傳送電力或者，以實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)。
[0027] 同樣，通過(guò)交錯(cuò)設(shè)計(jì)，也可實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)。這可參照具有表示占空比操作的百分比 的底部軸的圖3從概念上進(jìn)行理解。或許非量化地，圖3可被理解為表示整個(gè)占空比范圍內(nèi) 的值的效率類型。還將一個(gè)傳統(tǒng)的操作與一些改進(jìn)模式的操作進(jìn)行比較。在之前的系統(tǒng)中， 轉(zhuǎn)換器可能已經(jīng)呈現(xiàn)了 0%至100%占空比范圍內(nèi)的效率（或者更適合的是，低效率），如圖 3中通過(guò)標(biāo)注的曲線（53)所概念性地示出的。通過(guò)對(duì)一些值理解，并且在某些情況下，圖3 概念圖可被視為呈現(xiàn)低效率或者甚至沿縱軸的轉(zhuǎn)換能量（conversion energy)，可以看出， 對(duì)于許多傳統(tǒng)系統(tǒng)，在除〇%和100%之外的任何占空比區(qū)域存在顯著的低效率。由此，可 概念性地理解的是，在許多傳統(tǒng)操作模式（利用全占空比能量配置的設(shè)計(jì)）中，轉(zhuǎn)換器常常 在操作的中點(diǎn)處效率最低，它們?cè)诓僮鞯末?占空比（未通電）還有操作模式的100%占空 比（無(wú)轉(zhuǎn)換）處效率最高，但是這些從轉(zhuǎn)換視角來(lái)看可能是不顯著的。因此，如本領(lǐng)域技術(shù) 人員很好地理解的，在發(fā)電或至少傳送的最顯著的情況期間（諸如在操作的50%到100% 占空比范圍內(nèi)-通常最常見(jiàn)的位置），轉(zhuǎn)換器處于平均效率而非高效。例如，對(duì)于最高60伏 特的板輸出，更加傳統(tǒng)的全周期波紋能量轉(zhuǎn)換器可提供從〇到60伏特的輸出范圍。在0% 占空比（0伏特）處，沒(méi)有電力傳送，在50%占空比處，有電力但是效率最差，在100%處沒(méi) 有轉(zhuǎn)換被實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施方式示出了，該操作模式可被改進(jìn)。如后面所說(shuō)明的，整體效 率通過(guò)通過(guò)本發(fā)明現(xiàn)在可用的相控操作模式而得到提升。
[0028] 對(duì)于標(biāo)注為（54)的曲線，可以理解為，該特定的模式示出了旨在實(shí)現(xiàn)半占空比能 量配置的實(shí)施方式的操作。如可從該圖概念性地理解的，效率可通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施方式有 所改善（低效率被減少）。同樣在標(biāo)注為（55)的曲線中，使用具有或者不具有相控操作模式 的半占空比能量配置的操作模式可以被理解。如圖所示，甚至可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)（這 可能不適用于本發(fā)明的某些實(shí)施方式）。針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式，甚至改變了在所有操作機(jī) 制改變電壓的方面。在用于本發(fā)明的該方式中輸出電壓不變，輸出電壓保持相對(duì)恒定，并因 此可實(shí)現(xiàn)較高的輸送電壓（本身更有效的方式輸送電力）。
[0029] 圖3可被視為指示波紋的量（諸如通過(guò)低光伏存儲(chǔ)能量電感器（17)等）、波紋電 流存儲(chǔ)能量、以及甚至各個(gè)占空比的最有效點(diǎn)（sweet spot)特征。在用于根據(jù)本發(fā)明的高 效轉(zhuǎn)換操作（伴有大量的電力輸送）的操作中可用的最有效點(diǎn)的數(shù)量得以改善。最有效點(diǎn) (最高實(shí)際效率和/或相對(duì)幾乎沒(méi)有低效率）可被理解為存在于圖上與底部軸相交的位置 處。對(duì)于一些傳統(tǒng)電路，最有效點(diǎn)可能存在于操作的0%和100%處。很遺憾，這些往往是 最不感興趣的位置，因?yàn)樗麄兛赡苁遣惶Ｒ?jiàn)的，或至少可能不會(huì)涉及大量的電力輸送。在 本發(fā)明的實(shí)施方式中，最有效點(diǎn)可存在于50%和100%，或者甚至是25%和50 %處。通過(guò) 這樣的設(shè)計(jì)和操作模式，實(shí)施方式可因此提供增強(qiáng)的最有效點(diǎn)光伏輸出?，F(xiàn)在這些增強(qiáng)的 最有效點(diǎn)甚至可存在于操作的大量電力轉(zhuǎn)換位置，并且可以是由通過(guò)同步控制（11)控制 的新的反相位操作模式所導(dǎo)致的效果。如圖3中所示，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式，最有效點(diǎn)現(xiàn) 在甚至可存在于明顯發(fā)生電力轉(zhuǎn)換的位置，而不只是如在許多傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的操作模式的端 點(diǎn)處。因此，本發(fā)明可提供轉(zhuǎn)換發(fā)電或輸送最有效點(diǎn)光伏輸出以及增強(qiáng)的有效點(diǎn)光伏輸出。 眾所周知，太陽(yáng)能板可能會(huì)受溫度影響；它們?cè)诓煌臏囟葪l件下不同地發(fā)電，并且由于這 一點(diǎn)（以及部分遮蔽等）在很大程度上可能導(dǎo)致占空比的變化。事實(shí)上，圖3中的描繪可被 視為指示溫度影響，其中高溫發(fā)電條件更有可能在100%占空比處并且低溫發(fā)電條件更有 可能在50%占空比處獲取最大電力。對(duì)于許多傳統(tǒng)的系統(tǒng)，在較低溫度下的操作具有相對(duì) 較低的轉(zhuǎn)換效率的模式。通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施方式，較高效率可存在于這樣的降低的溫度的 發(fā)電條件下，并且本發(fā)明可因此呈現(xiàn)光伏降低溫度條件的最有效點(diǎn)光伏輸出。對(duì)于某些設(shè) 計(jì)，甚至可以呈現(xiàn)寒冷操作機(jī)制的最有效點(diǎn)光伏輸出。如圖3中所示，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方 式，最有效點(diǎn)可存在于50%占空比范圍而不是極差的電力輸送效率水平，不只是如在一些 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的最高點(diǎn)，并因此本發(fā)明可提供一種寒冷操作機(jī)制的最有效點(diǎn)光伏電力輸出。
[0030] 如上所述，轉(zhuǎn)換器可被主動(dòng)地切換以實(shí)現(xiàn)最佳操作模式。各種轉(zhuǎn)換器拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)是 可能的并且在圖中示出了幾個(gè)。圖5示出了作為被應(yīng)用于具有抽頭磁耦合電感器元件（56) 的單個(gè)板的特定類型的轉(zhuǎn)換器。這是抽頭磁耦合電感器裝置的一個(gè)示例。如圖所示，抽頭 磁耦合電感器元件（56)具有電感器抽頭（57)。如圖5中所示，該實(shí)施方式通過(guò)用于各種轉(zhuǎn) 換器的開(kāi)關(guān)（31至42)主動(dòng)地切換。這些開(kāi)關(guān)通過(guò)占空比控制器（51)被激活，轉(zhuǎn)換器切換 定時(shí)響應(yīng)于占空比控制器（51)。如圖所示，轉(zhuǎn)換器可包括在中間點(diǎn)（58)連接的兩對(duì)串聯(lián) 開(kāi)關(guān)（例如，31和33) (32和34)，在該中間點(diǎn)（58)處連接有抽頭磁耦合電感器元件（56)。 各個(gè)低光伏能量存儲(chǔ)DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器（59)可包括自身的低光伏能量存儲(chǔ)電感器（60)和 低能量存儲(chǔ)輸出電容器（61)，以便提供低光伏電感DC輸出（62)。圖5示出了抽頭磁耦合 電感器裝置的多個(gè)應(yīng)用，根據(jù)所述裝置，每一個(gè)抽頭磁耦合電感器轉(zhuǎn)換自身的電力輸出，或 許諸如從太陽(yáng)能板（19)。這些轉(zhuǎn)換的高效光伏輸出（62)可如圖所示被串聯(lián)組合以呈現(xiàn)一 個(gè)輸出串。只描繪出了典型串的一部分。通常許多板被組合在一起以接近最大允許操作 電壓。然而，在此實(shí)施方式中，可配置過(guò)電壓裝置。如圖所示，通過(guò)使用半占空比能量配置 以及單個(gè)電源轉(zhuǎn)換，所述串可被配置為提供雙倍最大電壓裝置（double maximum voltage arrangement)，以使得最大標(biāo)準(zhǔn)或其它允許的輸出可以是理論上可用的板電壓輸出的二分 之一。為了保持在最大數(shù)量以下，輸出可通過(guò)包括光伏邊界輸出控制器（63)來(lái)限定邊界， 如圖所示，該控制器（63)可以是各個(gè)單獨(dú)的占空比控制器的一部分，或者其在概念上可以 是用于所述串中所有轉(zhuǎn)換器的集總控制。如圖所示，對(duì)于應(yīng)用四分之二分之一占空比能量 配置的配置以及單個(gè)電源轉(zhuǎn)換，所述串可甚至被配置為提供四倍最大電壓裝置，以使得最 大管理或其它允許的輸出可以是理論上可用的板電壓輸出的四分之一。其它的占空比能量 選擇（八分之一、十分之一等）當(dāng)然也是可能的。此外，可包括光伏邊界輸出控制器（63)。 重要的是，盡管具有這樣的邊界限制，電力仍然會(huì)被有效地獲取。相比于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本發(fā) 明的實(shí)施方式可以是非常高效的。事實(shí)上，從其在空比范圍的轉(zhuǎn)換過(guò)程的角度來(lái)看（操作 范圍的平均、基于發(fā)生的輸送范圍或者典型的預(yù)期操作范圍），本發(fā)明可呈現(xiàn)至少為98%、 99%和99. 5%的效率。其甚至可接近只存在輸送電力中的導(dǎo)線損耗。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)很少能夠 實(shí)現(xiàn)這一效率水平。
[0031] 對(duì)于利用相控操作模式的實(shí)施方式，可實(shí)現(xiàn)如圖4中所示的互聯(lián)和操作。在此實(shí) 施方式中，在中間點(diǎn)（58)相連接的兩對(duì)串聯(lián)開(kāi)關(guān)（例如，21和23) (22和24)可諸如通過(guò)低 光伏能量存儲(chǔ)電感器（17)將來(lái)自抽頭磁親合電感器元件（56)的輸出結(jié)合，以提供低光伏 電感DC輸出（64)，并且還通過(guò)低能量存儲(chǔ)輸出電容器（18)以提供另一類型的低光伏能量 存儲(chǔ)DC-DC光伏轉(zhuǎn)換器（59)。以與圖5的單個(gè)板轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)相類似的方式，圖4的裝置也可 以具有過(guò)電壓裝置。這樣的配置可以是半占空比配置，并因此半占空比控制器可與配置為 提供雙倍最大電壓裝置的轉(zhuǎn)換的串一起使用。此外，在該配置中，為了保持在最大量以下， 輸出可通過(guò)包括光伏邊界輸出控制器(63)來(lái)限制邊界。
[0032] 諸如