多维最大功率点跟踪的制作方法
【专利摘要】一种光伏(PV)发电系统包括多个PV跟踪器单元，每个PV跟踪器单元具有：一个PV面板，该PV面板带有多个连接成用于输出电力的PV发电机，以及用于对该PV面板进行定位的一个致动器。一个多跟踪器控制单元与该多个PV跟踪器单元相通信，该跟踪器控制单元监测这些PV面板的输出电力，并且依据所监测的输出电力控制以下两者：(i)该输出电力的功率转换，以及(ii)这些PV跟踪器单元的这些致动器，以便对该多个PV跟踪器单元的功率输出进行优化。
【专利说明】多维最大功率点跟踪
[0001]本申请要求于2011年9月6日提交的美国专利申请号61/531，538的权益和优先权，其内容通过引用结合于此。
【背景技术】
[0002]本披露涉及使用或者聚光或者非聚光光伏单元的太阳能系统。
【发明内容】
[0003]根据一个示例实施例，提供了一种最大功率点跟踪器控制器，该最大功率点跟踪器控制器被配置成用于跟踪一个太阳能收集器模块的一个或多个子部分的定向，以获得最大太阳辐射捕获，同时针对所述一个或多个子部分中的每一个控制直流工作电压。
[0004]根据一个示例的是一种光伏(PV)发电系统，该系统包括多个PV跟踪器单元，每个PV跟踪器单元具有:一个PV面板，该PV面板带有多个连接成用于输出电力的PV发电机，以及用于对该PV面板进行定位的一个致动器。一个多跟踪器控制单元与该多个PV跟踪器单元相通信，该跟踪器控制单元监测这些PV面板的输出电力，并且依据所监测的输出电力对以下两者进行控制:(i)该输出电力的功率转换，以及(ii)这些PV跟踪器单元的这些致动器，以便对该多个PV跟踪器单元的功率输出进行优化。
[0005]根据一个示例的是一种用于控制多个PV跟踪器单元的跟踪器控制单元，该多个PV控制器单元各自具有至少一个PV面板，该PV面板带有多个连接成用于输出电力的PV发电机，以及用于对该PV面板进行定位的一个致动器，该跟踪器控制单元被配置成用于监测这些PV面板的输出电力并且依据所监测的输出电力对以下两者进行控制:(i)该输出电力的功率转换，以及(ii)这些PV跟踪器单元的这些致动器，以便对该多个PV跟踪器单元的功率输出进行优化。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是根据一个示例实施例的光伏太阳能发电系统的框图图解；
[0007]图2是根据一个示例实施例的用于图1的系统中的跟踪器支持模块的框图图解；
[0008]图3是根据一个示例实施例的用于图1的系统中的多跟踪器控制单元的框图图解；
[0009]图4是根据一个进一步的示例实施例的光伏太阳能发电系统的框图图解；
[0010]图5A、图6A、图7A及图8A是电流到电压的图解，并且图5B、图6B、图7B及图8B是角谱(angular acceptance)的图解,示出了图4的太阳能发电系统的校准；
[0011]图9是一个流程图，展示了图4的太阳能发电系统的校准；
[0012]图10是根据一个进一步的示例实施例的应用于图1的系统中的多跟踪器控制单元的框图图解；
[0013]图11是根据一个进一步的示例实施例的光伏太阳能发电系统的框图图解；
[0014]图12是根据一个示例实施例的用于图11的系统中的多跟踪器控制单元的方框图图解；
[0015]图13是根据一个示例性实施例的用于图11的系统中的跟踪器支持模块的框图图解；
[0016]图14是根据另一个示例实施例的光伏太阳能发电系统的框图图解；
[0017]图15是根据一个示例性实施例的用于图14的系统中的跟踪器支持模块的框图图解；以及
[0018]图16是根据一个示例实施例的用于图14的系统中的多跟踪器控制单元的框图图解。
【具体实施方式】
[0019]图1展示了根据一个示例实施例包括多个光伏(PV)跟踪单元102 (I)-102 (N)(每个跟踪单元一般被称为PV跟踪单元102或102(j)，其中I < =j < =N)的太阳能发电系统100。在图1所示的实施例中，系统100包括四个跟踪单元102,但是该系统可以包括多于或少于四个跟踪单元102。系统100可以是一个独立的系统或是集成到更大的发电厂中的一个子系统。
[0020]在一些实施例中，这些跟踪器单元102(1)_102(N)中的一些或全部可以由一个跟踪器支持构件116固定到一个安装在地面上的公共框架上，如在国际申请号PCT/IB2012/052723中描述的。每个跟踪器单元102包括一个双轴线跟踪器面板104，该面板被致动器108安装到该跟踪器支持构件116上。在一个示例实施例中，该致动器108包括一对驱动电动机和一个电枢，以便绕两个轴线(例如仰角和方位角)枢转该跟踪器面板104，以在下面描述的方式跟踪太阳的位置。还可以使用其他的驱动配置，例如该致动器108可以仅包括单个电动机，用齿轮传动该电动机以每次绕一个轴线枢转该跟踪器面板104。该跟踪器面板104包括用于将太阳能转换成电力的一个PV发电机106阵列。在至少一些示例实施例中，PV发电机106是聚光PV模块，每一个聚光PV模块都包括一个聚光光学组件(如在美国专利号7，873，257中所述的导光太阳能电池板)用于将入射太阳光线集中到一个PV电池或接收器上。通过举例的方式，该聚光光学组件可以包括透镜、反射器、导波管和其他影响光的元件。每个跟踪器单元102包括一个跟踪器支持模块110，该跟踪器支持模块包括用于对来自该单元的PV发电机106的功率输出进行DC-DC转换或DC-AC逆变的电子设备，并且还驱动致动器108的这个或这些电动机。在每个跟踪器单元102内，这些PV发电机106可以串联或并联连接或是串联与并联连接的组合，以便为跟踪器支持模块110提供一个集体功率信号。该跟踪器支持模块110被连接以向一个系统电源总线114输出功率。单独的跟踪器单元102 (I)-102 (N)可以以串联或并联连接或以其组合的方式连接到该系统电源总线114上。
[0021]该系统100包括一个多跟踪器控制单元112，该多控制器控制单元由一个或多个通信链路118连接，以便与这些跟踪器单元102(1)-102 (N)的这些跟踪器支持模块110进行信息交换。在一个示例实施例中，多跟踪器控制单元112是一个特定用途集成电路(ASIC)，其正如在下面更详细地解释的，被配置成用于支持针对这些跟踪器单元102(1) 102 (N)的并行的最大功率点跟踪(MPPT)并且支持针对这些跟踪器单元102 (I)-102 (N)的并行的机械跟踪控制。[0022]参照图2，现在将更详细地解释每个跟踪器支持模块110的跟踪器支持电子设备。在至少一些示例实施例中，每个跟踪器支持模块110物理上靠近其对应的跟踪器单元102，例如组成支持模块110的电子设备可以位于一个或多个电路板上,该一个或多个电路板位于一个或多个防风雨的外壳之内或物理地固定到该支持部件116或该跟踪器单元102的其他部分上的盒子之内。该跟踪器支持模块110包括电动机驱动器200、通信控制器204和功率转换控制器206。功率转换控制器206可以包括一个整流器和DC/DC转换器208，用于将从PV发电机106中接收到的一个可变的非恒定电流和一个非恒定电压转换成一个恒定电压或恒定电流信号，以用于供给该电源总线114。可替代地，该功率转换控制器可以包括一个DC-AC逆变器210，用于将从PV发电机106中接收到的该直流信号转换成交流信号，以用于供给该电源总线114。在一个示例实施例中，该功率转换模块206通过通信控制器204和通信链路118与该多跟踪器控制单元112交换信号。具体地，该功率转换模块206在链路118上将表示其输出功率的信号(其例如可以是表示输出电流⑴和电压(V)的信号)发送到该多跟踪器控制单元112并且接收从该多跟踪器控制单元112回来的MPPT控制信号，这些控制信号控制其操作来执行MPPT功率转换。
[0023]电动机驱动器200被配置成用于感测该跟踪器面板104的位置并且控制跟踪器面板致动器108的这个或这些驱动电动机的操作。在一个示例实施例中，该跟踪器面板致动器108包括用于向该电动机驱动器200提供位置信息的两个初始位置开关。在示例实施例中，该电动机驱动器200通过通信控制器204与该多跟踪器控制单元112交换信号。具体地，该电动机驱动器204在链路118上将表示跟踪器面板位置的信号发送到该多跟踪器控制单元112，并且接收从该多跟踪器控制单元112中回来的位置控制信号，这些位置控制信号控制其操作来执行太阳跟踪。
[0024]在示例实施例中，可以通过电力线通信(PLC)执行该跟踪器支持模块110与该多跟踪器控制单元112之间的通信链路118，这样使得用于为该跟踪器单元102提供电力的相同的多个导体还可以被用于促进与该多跟踪器控制单元112的信号通信，其中通信控制器204执行PLC接口的功能。然而，可以使用替代性的有线或无线通信链路，包括例如采用RS-485标准的通信链路。
[0025]参照图3，现在将更详细地描述多跟踪控制单元112的示例实施例。该多跟踪器控制单元112可以位于这些跟踪器单元102 (I) 102 (N)附近，例如，如果多个跟踪器单元102 (I)-102 (N)安装在一个公共支撑框架中，该多跟踪器控制单元112可以位于一个电路板上，该电路板位于固定到该公共支撑框架上的防风雨的盒子或外壳之内。然而，在一些实施例中该多跟踪器控制单元112可以远程地位于距其相关联的跟踪器单元102 (I)-102 (N)一个距离。
[0026]如上所述，在至少一些实施例中，该多跟踪器控制单元112被实现为单个硅芯片上的一个ASIC，并且被配置成用于支持对这些跟踪器单元102 (I)-102 (N)的并行的最大功率点跟踪(MPPT)并且支持对这些跟踪器单元102 (I)-102 (N)的并行的机械跟踪控制。在这方面，该多跟踪器控制单元112包括在单个衬底上的多个处理器内核，包括一个具有相关联的存储器306(可以是例如闪存)的主处理器内核304，以及至少N个支持处理器内核308 (I)-308 (N)(本文中一般称为支持处理器内核308或308 (j)，其中I < =j < =N),每个支持处理器内核具有一个相关联的存储器314(可以是例如闪存)。这些支持处理器内核308 (I)-308 (N)被配置成用于并行地操作，这些支持处理器内核308(1)-308(N)中的每一个支持一个对应的跟踪器单元102 (I) 102 (N)，使该多跟踪器控制单元112能够同时控制多个跟踪器单元102。在一些实施例中，该主处理器内核304比这些支持处理器内核308 (I)-308 (N)更大并且功能更强大，通过非限制性的示例的方式，该主处理器内核304可以是一个32位的内核，而这些支持处理器内核308 (I)-308 (N)各自是8位内核。
[0027]在图示的实施例中，该多跟踪器控制单元112包括一个通信控制器302，用于控制该多跟踪器控制单元112与对应的跟踪器单元102(1) 102 (N)之间的通信链路118上的通信。该主处理器内核304控制和监测这些支持处理器308 (I)-308 (N)中的每一个的性能，并且在至少一些示例中通过通信链路118 (或一个不同的通信链路)向一个远程控制站330提供性能信息，该远程控制站监测多个多跟踪器控制单元112。
[0028]每个支持处理器308 (j)被配置成用于执行MPPT控制功能310，以在其对应的跟踪器单元处控制功率转换。在这方面，该支持处理器308 (j)接收一个或多个表示输出功率(例如电压(V)和电流(I))的信号，如由功率转换模块206为其对应的跟踪器单元102 (j)所产生的。该MPPT控制功能310执行任何可接受的MPPT控制算法(可接受的算法包括但不限于以下各项中的一个或多个:扰动和观察、增量电导、恒定电压和电流反馈)，并提供通过通信链路118发送回跟踪器单元102 (j)的该功率转换模块206的MPPT控制信号，以针对该跟踪器单元102 (j)实现电气MPPT。
[0029]这些PV跟踪器面板104具有相对于太阳的光线的机械接受角，并且相应地每个支持处理器308 (j)被进一步配置成用于执行一个跟踪器电动机控制功能312，以便控制其对应的跟踪器单元102(j)的跟踪器面板104的定向，以优化PV面板效率。该电动机控制功能312执行一个跟踪算法，以生成位置控制信号，这些信号在通信链路118上被传输到其对应的跟踪器单元102 (j)的电动机驱动器200。
[0030]在一个示例实施例中，该电动机控制功能312所使用的跟踪算法是一种用于优化面板定位或轨迹的混合或校准的开环方法。具体地，天文数据和跟踪器位置及位置信息存储在该控制单元112的存储器中或者是对于该多跟踪器控制单元112可访问的，这样使得该电动机控制功能312可以计算太阳相对于该跟踪器面板104的位置和一个目标面板位置(例如，方位角和仰角)，以便调整面板位置以在一天当中跟踪太阳。为了进一步提高跟踪精度并调整该跟踪器单元102 (j)的任何制造或组装变更或不平坦地形或不完美安装，该电动机控制功能312被进一步配置成用于执行校准功能来校正该电动机控制功能312所使用的开环轨迹。在这方面，在一个轨迹校准周期的过程中，该支持处理器308(j)的跟踪器电动机控制功能312还接收一个或多个表示输出功率(例如电压(V)和电流(I)中的一者或两者)的信号，如由功率转换模块206针对其对应的跟踪器单元102 (j)所产生的。在该校准周期的过程中，随着该PV面板在一个预定的时间段内移动通过其默认轨迹，该跟踪器电动机控制功能312在一系列面板位置处获取校准数据(通过非限制性的示例，可以为期I至3天、一天六至十二次地获得校准数据)。在每个校准数据样本点，相对于基于天文数据计算的位置调整面板对齐，以确定来自功率转换模块206的瞬时功率输出在哪个面板的仰角和方位角处被最大化。通过示例的方式，该仰角和方位角可以被各自单独地增量调整，直到针对该样本点确定了每个移动轴线的最大或最佳功率。使用此类信息，为该跟踪器单元102(j)计算了一个校准后的轨迹，并且该校准后的轨迹随后被该电动机控制功能312用作默认轨迹，来控制其对应的跟踪器单元102 (j)的电动机驱动器200的操作。
[0031]校准例程可以在后安装系统设置上自动执行，或者可以由操作员在本地或远程手动触发。在一些示例中，在一个预定周期过后或一个预定的触发事件发生后，可以定期地自动执行该校准例程。在一些示例实施例中，可以将该支持处理器内核308 (j)、该主处理器内核304、或一个遥控器中一个或多个配置成用于跟踪针对跟踪器单元102 (j)的瞬时功率输出是否下降到低于阈值性能水平，并使得作为结果自动执行该校准例程。在一些示例实施例中，在该太阳能发电系统已检测到气候事件(如风暴)并受其影响后，该跟踪器控制单元可被自动配置成用于启动后执行该校准例程。
[0032]在一些示例实施例中，该电动机控制功能312可以被配置成用于执行闭环跟踪，其中连续地监测PV跟踪单元的输出功率并且控制电动机驱动器200来连续地或接近连续地针对跟踪器单元102 (j)将瞬时功率输出最大化。
[0033]在一个替代性示例实施例中，可以将太阳传感器设置在这些太阳能跟踪器面板104的每一个上，并且将来自该太阳传感器的信息提供给支持处理器内核308(1)-308 (N)的这些电动机控制功能312，代替功率转换模块206的功率输出，而不是将瞬时功率用作跟踪输入。在一些示例实施例中，来自太阳传感器的输入可以用作对电动机控制功能312的跟踪输入以补充瞬时功率信息。
[0034]这些跟踪器支撑单元110和该多跟踪器控制单元112可以从该电源总线114牵引电力，或者它们可以由辅助PV电池单元、电池或任何其他辅助电源供电。
[0035]图4披露了太阳能发电系统400的一个进一步的实施例，除了从附图和下面的描述中将明显的差异以外，该系统与上面描述的太阳能发电系统100基本相同。在太阳能发电系统400中，这些跟踪器单元102 (I)-102 (N)是成对的，其中一对单元102(1)和102(2)串联连接，另一对单元102(3)和102(N)串联连接，并且这两对并联连接。在太阳能发电系统400中，为每个串联连接的跟踪器单元对共同地执行用来建立面板轨迹的跟踪器位置校准例程。在这方面，该多跟踪器控制单元112作为输入接收代表串联连接的跟踪器单元102⑴和102⑵的输出电流I对I以及串联连接的单元102 (3)和102 (N)的输出电流I对2的信号。目前描述的校准例程在一些应用中可以允许两个跟踪器单元(面板104串联接线)保持运行，同时通过监测该面板对的输出电流而被校准，由此允许这些跟踪器面板104在整个校准的过程中继续生产电力，其中只有相对较小的损失。
[0036]将参照图5A至图SB中所示的图解描述一个跟踪器轨迹校准的示例，该校准由跟踪器控制单元112执行，以针对串联连接的跟踪器单元102(1)和102(2)的一个校准点获取校准数据。图5A、图6A、图7A和图8A中的图解表示该对跟踪器单元102(1)和102(2)的IV曲线，并且图5B、图6B、图7B和图8B中的图解表示该对跟踪器单元102 (I)和102 (2)的面板104的输出功率VS角度或角谱。该多跟踪器控制单元112作为输入接收针对跟踪器单元102(1)和102(2)的面板104对在最大功率点(MPP)处的电流I对ι的表示。从图5A中明显的是，跟踪器单元102(1)和102(2)的这两个面板没被校准并且相对于彼此错位。校准开始于选择跟踪器单元102 (I)的致动器108的一个轴线并使其在任意一个方向上移动，通过移动该面板并将来自不同角度的功率进行比较，可以确定一个角谱模式。如对应于图5A的图解的角谱图解(图5B)中的三角形标记500所示，跟踪器单元102 (I)的面板104与太阳不完全对齐，虽然它优于跟踪器单元102(2)的面板104。在图6A中，跟踪器单元102(1)的面板104已被移动地足够远从而不对齐，以在MPP中登记一个下降(使用电流1对:可测得)。注意到，最初该面板对的MPP本不会移动，因为跟踪器单元102 (I)的面板104的表现优于跟踪器单元102 (2)的面板104。只有当跟踪器单元102 (I)的面板的性能下降到低于跟踪器单元102(1)的面板的性能时，电流I对i才会下降，代表MPP的下降。图6B展示了跟踪器单元102 (I)的面板已经从完美对齐偏离了多远。一旦多跟踪器控制单元112检测到一个预先定义的功率下降(由I对i指示并且在图6B中由三角形标记502展示)，该多跟踪器控制单元112将驱动跟踪器单元102 (I)的跟踪器致动器108来在另一个方向上(同一轴线上)移动单元102(1)的跟踪器面板。在图7A中，单元102(1)的跟踪器面板已被一路移动到越过其最佳对齐，直到电流I对i指示出与图6A中相同的预先定义的性能下降(在图7B中由三角形标记504展示)。估计该轴线的最佳对齐是直接在图6B和图7B所示的跟踪器面板位置之间，如由图8B所示的三角形标记506所展示的。在图8A、图SB中，跟踪器单元102(1)的跟踪器面板104被最佳对齐，但该MPP保持不变，直到对跟踪器单元102(2)的面板104执行了相同的校准。需要对每个跟踪器面板的两个轴线重复图5A至图SB中展示的校准过程。在一些实施例中，为了针对每个轴线的光学对齐，可以在越来越接近估计的位置处重复该过程，以便微调该校准。图9将由图5A至图SB展示的校准例程以如校准过程900的流程图表现。在校准过程900期间，该跟踪器控制单元122控制对应的面板的这些功率转换模块206，以在整个校准过程中提供电气MPPT功率转换。
[0037]该校准过程900由多跟踪器控制单元112执行，其为每个面板对以I对i和I对2的形式作为输入接收来自对应的跟踪器单元102 (I)-102 (N)的这些跟踪器支撑单元110的位置信息以及MPP反馈信息。基于这些输入，该多跟踪器控制单元112向对应的跟踪器支撑单元110提供控制信号，以控制这些跟踪器单元功率转换模块206处的MPPT功率转换并且控制这些跟踪器单元电动机驱动器200。
[0038]可以在一个系统校准周期的过程中定期地执行图9的校准过程900，以设置一些测得的校准数据点，这些数据点可以被用于调整基于天文的轨迹，通过非限制性示例的方式，如对于系统100，校准过程900可以在I至3天的一段时间内每天执行六至十二个轨迹点。如动作904处所指示的，串联连接的跟踪器单元102(1)和102(2)的第一面板沿一个第一轴线(例如仰角轴)在一个方向上移动，直到该面板对的输出功率下降一个预定的量值并记录了相应的面板角度Al，之后，该第一面板沿相同轴线向相反的方向移动，直到该面板对的输出功率等于面板角度Al的输出功率并且记录了相应的面板角度BI (动作906)。针对该第一面板的第一轴线的最佳面板对齐直接设置在Al与BI之间(动作908)。针对该第一面板的第二轴线(例如方位角)的最佳面板对齐则是以类似的方式确定:跟踪器单元102(1)的面板沿该第二轴线在一个方向上移动，直到该面板对的输出功率下降一个预定的量值并记录了相应的面板角度A2(动作912)，之后，该第一面板沿相同轴线向相反的方向移动，直到该面板对的输出功率等于该面板角度A2的输出功率并且记录了对应的面板角度B2 (动作914)。针对该第一面板的第二轴线的最佳面板对齐直接设置在A2与B2之间(动作916)。然后，对串联连接的对中的第二面板(跟踪器单元102(2)的面板104)重复动作904-916(动作918)，并且然后对下一个串联连接的对(跟踪器单元102(3)和102 (N))再次重复该过程(将I对2用作用于跟踪器单元102 (3)和102 (N)的校准的功率输入)。
[0039]在一些应用中过程900可以适合于具有不对称角谱的CPV系统中的不完美光学器件，因为其对于将该面板对齐到该角谱图解的两个肩点之间的中间点是保守的。
[0040]虽然系统100示出了四个并联连接的面板并且系统400包括两个并联连接的串联连接面板对，本文描述的校准和控制方法还可以被配置成用于不同数量的面板和不同的串联/并联面板配置。
[0041]在一个示例实施例中，每个跟踪单元101 (j)的校准算法由该多跟踪器控制单元112的相应支持处理器内核308 (j)执行。在一些替代示例实施例中，每个跟踪单元101 (j)的校准算法在该主处理器内核304处执行，校准后的跟踪控制由对应的支持处理器内核308 (j)提供。在上面描述的实施例中，示出的该多跟踪器控制单元112对每个跟踪器单元102 (j)具有一个支持处理器内核308 (j)。然而,在一些替代实施例中，支持处理器内核308的数量可以小于跟踪器单元102的数量，至少一些支持处理器内核308支持对多个跟踪器单元102进行的MPPT和跟踪器轨迹计算。此外，在一些替代实施例中，该多跟踪器控制单元112可以包括多个支持处理器内核308，以控制每个跟踪器单元102，例如一个支持处理器内核308可以用来对一个跟踪器单元执行MPPT功率转换功能310，并且另一个支持处理器内核308用来对该相同的跟踪器单元执行跟踪器轨迹校准和控制功能312。
[0042]在一些示例实施例中，这些单独的跟踪器支撑单元110的一些电子设备可以从这些跟踪器单元102移动到该多跟踪器控制单元112。在这方面，图10示出了一个多跟踪器控制单元1000的一种替代实施例的框图，除了从附图和下面的描述中将明显的差异以外，该多跟踪器控制单元与多跟踪器控制单元112基本相同。在多跟踪器控制单元1000中，来自这些跟踪器单元102 (I)-102 (N)中的每一个的电动机驱动器模块200和电源转换模块206电子设备已经被从对应的跟踪器支撑单元110移动到该多跟踪器控制单元112。如在图10中所示的配置可以适合于低功率系统中，其中包括在功率转换模块206的电子设备中的逆变器210和/或转换器208可以是充分温度控制的。在一些示例实施例中，执行电动机驱动器模块200的电子设备可以被移动到独立于这些电子设备的该多跟踪器控制单元112，用于执行功率转换模块206，反之亦然。
[0043]如上所述，在一个示例实施例中，多跟踪器控制单元112和跟踪器控制单元1000各自实现为一个多处理器内核单芯片的ASIC。然而，在一些示例实施例中，该多跟踪器控制单元112和跟踪器控制单元1000可被各自实现为一个固定到诸如电路板的衬底上的多个芯片的芯片集。
[0044]图11至图13披露了太阳能发电系统1100的一个进一步的实施例，除了从附图和下面的描述中将明显的差异以外，该系统与上面描述的太阳能发电系统100类似。在图11中所示的太阳能发电系统1100中，这些跟踪器单元102(1)-102 (N)串联连接。在图示的实施例中，该多跟踪器控制单元包括一个中央功率转换模块1126。该单一功率转换模块1126可以包括一个DC/DC转换器用于调节所有跟踪器单元201 (1)-102 (N)的电压或电流，以及一个DC/AC逆变器用于将从PV发电机106中接收到的直流信号转换成交流信号，以用于供给该电源总线114。图13中示出了相应的简化的跟踪器支撑单元1110，该支撑单元不包括功率转换模块206电子设备。在图11至图13中所示的实施例中，这些支持处理器内核308通过通信控制器204、302及通信链路118传输并且接收电动机控制信号，以与该跟踪器支撑物1110的电动机驱动器200进行通信。
[0045]图14至图16披露了太阳能发电系统1400的一个进一步的实施例，除了从附图和下面的描述中将明显的差异以外，该系统与上面描述的太阳能发电系统1100类似。如图14的框图中所示，这些跟踪器支撑单元1210串联连接。如图15中所示，用一个DC-DC转换器208为这些跟踪器支撑单元1210中的每一个提供了一个功率转换模块1406，并且如图16所示，该多跟踪器控制单元112的功率转换模块1426包括一个中央DC/AC逆变器。该通信控制器204将表示来自该功率转换模块1406的功率输出的信号在链路118上传输到该多跟踪器控制单元1412，并且接收从该多跟踪器控制单元1412回来的MPPT控制信号，用于由该功率转换模块1406执行MPPT功率转换。该多跟踪器控制单元1412的中央DC/AC逆变器210将从这些DC-DC转换器208中接收到的直流信号转换成交流信号，以用于供给该电源总线114。
[0046]本发明的至少一些示例实施例提供了一种集成电路(芯片或芯片集)，该集成电路将以下内容容纳到单个片上系统(SoC)上:单个或多个最大功率点跟踪(MPPT)DC/DC转换器和/或MPPT DC/AC逆变器以及单个或多个机械太阳能电池板定位跟踪器控制器，这些控制器由电动机驱动器支持电子设备、感测管理、带自适应、学习和自动校准算法的微处理器控制组成。
[0047]太阳能跟踪器功能与一个或多个MPPT DC/DC和/或MPPT DC/AC功率优化器的集成可以在单个组件中包括多个太阳能收集板，其中功率优化器的支持芯片集集成到单个SoC上用于控制太阳能收集模块。在至少一些应用中，该片上系统将能够控制太阳能跟踪器并且控制单个或多个太阳能动力系统的功率转换。将分立元件结合到单个ASIC解决方案中在一些应用中可以减少该系统内的形状因素、成本和故障模式。
[0048]该SoC可以有能力在若干不同的光伏源上执行并行MPPT。它还适合具有来自功率优化部分的最大功率点，以校准或驱动该太阳能跟踪器，这样它会不被机械、电气和环境的偏移影响而跟随太阳。该SoC结合了多个综合通信区域(如电力线通信)，和/或RS485可以被嵌入到芯片集内，允许用途广泛、易于部署的系统的各种各样的应用。
[0049]主CPU(处理器内核)与其他一个或多个处理器进行内部通信，这个或这些处理器管理该最大功率点跟踪和DC-DC/AC转换部分，并且向主控制器提供信息，如这些面板的电力生产。该主控制器然后使用此信息来处理和校准其首要责任，也就是跟踪器控制。如面板的最大功率点的信息可以对机械、电气和环境的偏移进行校准，以便该跟踪器可以在任何环境下运作。还可以集成来自功率转换电路的大的热元件，如电动机驱动器H桥和DC-DC转换FET。还可以用多个处理器内核驱动多个跟踪器解决方案，这可以提供基于并行控制而不是顺序控制的系统。
[0050]因此，整个系统可以提供允许广泛范围补偿的增强水平的跟踪控制，以在太阳能动力系统的整个生命周期上改善跟踪精度。
[0051]本专利文件的一部分披露包含从属于或可能从属于版权、设计专利、工业设计、或未经注册的设计保护中的一项或多项的材料。本权利持有人对本文所描绘的任何此类材料的复制没有异议，该复制可以是通过对专利文件或者专利披露的传真复制，如出现在专利与商标局的专利文档或记录中一样，否则保留所有权利。
[0052]以上描述意在描述本发明的示例实施例，可以对其进行多种变更和修改。
【权利要求】
1.一种光伏(PV)发电系统,包括: 多个PV跟踪器单元，每个PV跟踪器单元包括: 至少一个PV面板，该PV面板包括多个连接成用于输出电力的PV发电机；以及 一个致动器，该致动器用于对该至少一个PV面板进行定位； 与该多个PV跟踪器单元通信的一个多跟踪器控制单元，该跟踪器控制单元监测这些PV面板的输出电力并且依据所监测的输出电力对以下两者进行控制:(i)该输出电力的功率转换，以及(ii)这些PV跟踪器单元的这些致动器，以便对该多个PV跟踪器单元的功率输出进行优化。
2.如权利要求1所述的PV发电系统，其中，该多跟踪器控制单元包括一个单芯片集成电路(1C)，该IC控制该功率转换以及这些PV跟踪器单元的这些致动器两者以便对该多个PV跟踪器单元的功率输出进行优化。
3.如权利要求2所述的PV发电系统，其中，该IC包括多个处理器内核，该多个处理器内核包括的数个处理器内核各自与一个对应的PV跟踪器单元相关联并且执行对来自其上的电力的功率转换进行控制的运算。
4.如权利要求3所述的PV发电系统，其中，执行对该功率转换进行控制的运算的这些处理器内核被配置成用于对它们所关联的PV跟踪器单元执行最大功率点跟踪。
5.如权利要求2所述的PV发电系统，其中，对于每个PV跟踪器单元，该IC包括执行该功率转换的片上DC-DC转换器和DC-AC逆变器之一或双方。
6.如权利要求2所述的PV发电系统,其中，该IC包括以下两者之一或双方:(i)一个DC/DC转换器，用于调节这些PV跟踪器单元中的多个的电压或电流；以及(ii) 一个DC/AC逆变器，用于将从这些PV跟踪器单元`中的多个上接收到的直流信号转换成交流信号以用于供给一个电源总线。
7.如权利要求2所述的PV发电系统，其中，每个PV跟踪器单元包括一个DC/DC转换器，用于调节该PV跟踪器单元的电压或电流；并且该IC包括一个DC/AC逆变器，用于将从这些PC跟踪器单元中的多个上接收到的直流信号转换成交流信号以用于供给一个电源总线。
8.如权利要求2所述的PV发电系统，其中，与一个PV跟踪器单元相关联的每个处理器内核控制其关联的PV跟踪器单元的致动器的一个轨迹。
9.如权利要求8所述的PV发电系统，其中，该IC包括用于驱动这些PV跟踪器单元的这些致动器的多个片上电动机驱动器电路。
10.如权利要求1所述的PV发电系统，其中，这些PV跟踪器单元各自包括一个关联的跟踪器支持电路，该跟踪器支持电路通过一个或多个通信链路与该多跟踪器控制单元进行通信，每个跟踪器支持电路包括用于驱动所关联的PV跟踪器单元的致动器的一个电动机驱动器、以及一个功率转换电路，该功率转换电路包括一个DC-DC转换器或一个DC-AC逆变器，该电动机驱动器以及该功率转换电路在从该多跟踪器控制单元接收到的信号的控制下运行。
11.如权利要求10所述的PV发电系统，其中，该一个或多个通信链路包括一个电力线通信链路。
12.如权利要求1所述的PV发电系统，其中，该多跟踪器控制单元包括在一个公共衬底上携带的一个芯片集中的多个处理器内核，这些处理器内核共同地控制该功率转换以及这些PV跟踪器单元的这些致动器两者以便对该多个PV跟踪器单元的功率输出进行优化。
13.如权利要求1所述的PV发电系统，其中，用于每个PV跟踪器面板的致动器将该PV面板在两个轴线上进行定位，该多跟踪器控制单元被配置成用于执行一个校准例程，在此过程中，依据来自其上的输出电力为每个PV面板计算一个校准后的轨迹。
14.如权利要求13所述的PV发电系统，其中，用于每个PV面板的校准例程包括: 沿着该PV面板的一个预定运动轨迹针对多个PV面板样本位置获取校准数据，其中为每个PV面板样本位置获取校准数据包括当该PV面板定向被改变时监测来自该PV面板的电力输出，以确定在该PV面板样本位置处所监测的电力输出被优化的定向；并且 依据该校准数据调整该预定的轨迹以得出所校准的轨迹。
15.如权利要求13所述的PV发电系统，其中，这些PV面板中的至少一个与这些PV面板中的另一个串联连接，以形成一个串联连接的PV面板对，并且其中，来自每个PV面板的输出电力的功率转换包括执行一种DC-DC转换以输出一个基本上恒定电压的电力输出信号，其中对于每个串联连接的PV面板对，该校准例程包括: 沿着这些PV面板的对应的预定运动轨迹，在多个样本位置处为该PV面板对中的这些PV面板中的每一个通过以下方式获取校准数据: 在每个样本位置处:(i)当这些PV面板中的第一个面板的定向相对于一个第一轴线在相反的方向上递增地改变时监测来自该PV面板对的功率输出，并针对该第一轴线确定这些PV面板的该第一个面板的定向，在该定向上进行了对所监测的功率的优化；(ii)当这些PV面板中的该第一个面板的定 向相对于一个第二轴线在相反方向上递增地改变时监测来自该PV面板对的功率输出，并针对该第二轴线确定这些PV面板的该第一个面板的定向，在该定向上进行了对所监测的功率的优化；(iii)当这些PV面板中的第二个面板的定向相对于一个第一轴线在相反方向上递增地改变时监测来自该PV面板对的功率输出，并针对该第一轴线确定这些PV面板的该第二个面板的定向，在该定向上进行了对所监测的功率的优化；(iv)当这些PV面板中的该第二个面板的定向相对于一个第二轴线在相反方向上递增地改变时监测来自该PV面板对的功率输出，并针对该第二轴线确定这些PV面板的该第二个面板的定向，在该定向上进行了对所监测的功率的优化；并且 依据该校准数据调整该预定轨迹以得到该校准后的轨迹。
16.一种用于控制多个PV跟踪器单元的跟踪器控制单元，该多个PV控制器单元各自具有至少一个PV面板，该PV面板带有多个连接成用于输出电力的PV发电机、以及用于对该至少一个PV面板进行定位的一个致动器，该跟踪器控制单元被配置成用于监测这些PV面板的输出电力并且依据所监测的输出电力对以下两者进行控制:(i)该输出电力的功率转换，以及(ii)这些PV跟踪器单元的这些致动器，以便对该多个PV跟踪器单元的功率输出进行优化。
17.如权利要求16所述的跟踪器控制单元，包括一个单芯片集成电路(1C)，该IC被配置成用于控制该功率转换以及这些PV跟踪器单元的这些致动器两者，以便对该多个PV跟踪器单元的功率输出进行优化。
18.如权利要求17所述的跟踪器控制单元，其中，该IC包括多个处理器内核，该多个处理器内核包括的数个处理器内核各自与一个对应的PV跟踪器单元相关联并且执行对来自其上的电力的功率转换进行控制的运算。
19.如权利要求18所述的跟踪器控制单元，其中，执行对该功率转换进行控制的运算的这些处理器内核被配置成用于对它们所关联的PV跟踪器单元执行最大功率点跟踪。
20.如权利要求17所述的跟踪器控制单元，其中，该IC包括执行该功率转换的片上DC-DC转换器或片上DC-AC逆变器中的至少一个。
21.如权利要求17所述的跟踪器控制单元，其中，该IC包括用于驱动这些PV跟踪器单元的这些致动器的多个片上电动机驱动器电路。
22.如权利要求17所述的跟踪器控制单元，其中，该多跟踪器控制单元包括在一个公共衬底上携带的一个 芯片集中的多个处理器内核，该多个处理器内核共同地控制该功率转换以及这些PV跟踪器单元的这些致动器两者以便对该多个PV跟踪器单元的功率输出进行优化。
【文档编号】G05F1/67GK103677064SQ201310378913
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2011年9月6日
【发明者】达诺山·巴拉克安德斯瓦兰, 迈克尔·辛克莱尔 申请人:摩根阳光公司