专利名称：太阳能转换系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将太阳能板产生的电能转换到适于电力工业使用的形式的系统和方法。
背景技术：
当前，太阳能发电包括把若干太阳能板连接在一起以提供直流电供应到逆变器上。通常，太阳能板串联连接，使得产生的直流电压高于所需的交流电压，并且逆变器可在所需的电源电压上将所述直流电压转换为交流电源。对于传统的逆变器而言，通常，光电转换效率在92%到96%的范围内，并且这个数值随着日照量和由太阳能电池提供的电压而变化。无变压器的逆变器在最优的电源电压和功率下，其效率可以高达98%。当离开这个最佳点运行时，效率通常下降2%到5%。太阳能电池具有一最佳工作电压。所述最佳工作电压是在最大功率点(MPP)的电压。最大功率点根据照射在面板上的日光、面板的温度和使用年限而变化。现有的逆变器装备有控制其电能输出的工具，因此，能在最大功率点运行它们的太阳能电池板，而且该工具能追踪和调解它们的电能水平。因此也可以使用测量面板温度和控制面板电压的温度传感器。本发明涉及一种用于将由太阳能电池板产生的直流电转换为交流电的系统。所述系统旨在提供更高的效率和许多其他的优点，包括面板电压的控制和一个便于维修而能安全地关闭所述系统的工具，该面板电压的控制，在某种意义上，将允许每一面板在接近其最大功率点处运行。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于转换来自多个太阳能板的电能的能量转换系统，所述系统包括:
多个面板模块，每个所述面板模块具有输入端和输出端，并且所述面板模块串联连接，使得任何所述面板模块的输出端被连接到随后的面板模块的输入端，每一面板模块连接到至少一块太阳能电池板，所述太阳能电池板给所述面板模块提供电能；
在每一与所述太阳能电池板相连接的所述面板模块内提供电压控制电路，用来调解在所述输入端和输出端之间的电压，电压由所述太阳能电池板提供，所述电压的数值在最大模块电压和最小模块电压之间；
与每一所述面板模块的所述电压控制电路通信的一控制单元；
其中，所述控制单元调解穿过每一所述面板模块的输入和输出端供应的电压，使得穿过串联连接的面板模块的总电压形成交流信号或修正的交流信号。优选的是，所述控制单元与电源连接，用以接收关于电源信号相位的信息，并且所述控制单元控制所述面板模块使得交流信号或修正的交流信号与供应的电源同相。优选的是，每一所述面板模块包括一个或多个与所述太阳能电池板连接的存储设备，使得当所述面板模块对所述系统不供应电力时，所述太阳能电池板对所述存储设备充电。
在一实施例中，所述最小模块电压的极性与所述最大模块电压的极性相反，并且所述控制单元对由所述面板模块供应的电压进行调节以形成一交流信号。优选的是，所述电压控制电路包括连接切换装置，使得所述切换装置在接通所述输入端和所述输出端之间的存储设备时是可操作的，在第一方向提供所述最大模块电压，在第二方向反向提供所述最小模块电压，并且绕过存储设备操作。
在进一步的实施例中，所述最小模块电压为当绕过所述存储设备时，穿过所述面板模块的电压，并且所述控制单元对由所述面板模块提供的电压进行调节以形成修正的交流信号。优选的是，所述电压控制电路包括连接的切换装置，使得所述切换装置可操作地以第一方向连接到在所述输入端和所述输出端之间的所述存储设备，以提供所述最大模块电压，并且使得可操作地绕过所述存储设备以提供在所述输入端和所述输出端之间的零电压。优选的是，所述控制单元包括用于每半个周期能够逆转来自串联面板的电压的电路，使得电压形成交流信号。
在优选实施例中，在连接到所述存储设备的每一面板模块内提供转换校准器，以控制由所述存储设备提供的所述电压穿过所述输入端和所述输出端，使得应用的所述电压增大或减少，以更接近电源信号。
优选的是，所述转换校准器包括切换装置用于产生来自所述存储设备电压的脉冲宽度调制信号切换装置，所述存储设备的电压用于滤波器，其中，增加打开到关闭的时间，以逐渐提高所述输出信号，或者减少打开到关闭的时间，以逐渐降低所述输出信号。
优选的是，当穿过所述输入和所述输出的应用电压接近关于所述面板模块的最大电压时，所述转换校准器被绕过。
优选的是，当穿过所述输入和所述输出的应用电压接近零电压时，绕过所述转换校准器。
在一优选实施例中，所述控制单元转换每一所述面板模块，以准时控制所述总量，从而确保太阳能电池板在或接近其最大功率点时运行。
一个或更多的面板模块可能包括串联连接的第一和第二存储设备，其中，所述太阳能电池板交替地切换着穿过所述第一和第二存储设备转换，因此所述第二面板模块有二倍增压功能。
被提供的一个或更多的所述面板模块具有存储设备，充电至电压低于进一层的面板电压，以提供电压的平滑功能。优选的是，对每一块进一层的面板模块的所述存储设备充电，达到比前续进一层的面板模块低的水平。
在一实施例中，一个所述面板模块包括: 在所述输入和所述输出之间并联连接的第一线和第二线；和 在所述第一线中的第一和第二切换装置，和在所述第二线中的第三和第四切换装置，所述太阳能电池板和连接的存储设备，穿过所述第一、第二切换装置和第三、第四切换装置之间的第一和第二线； 其中，打开所述第一和第四切换装置，和关闭所述第二和第三切换装置，会使所述被连接的存储设备在第一极性中穿过所述输入和所述输出，关闭第一和第四切换装置和打开所述第二和第三切换装置，会使所述被连接的存储设备在第二反向极性中穿过所述输入端和所述输出端。打开第一和第二切换装置，并关闭所述第三和第四切换装置，会使所述输入端和所述输出端之间直接连接。每一切换装置可能包括场效应管(M0SFETS)。根据本发明的又一方面，提供一种转换来自一系列太阳能板的电能的方法，所述方法包括:
提供一系列面板模块，每一所述面板模块具有输入端和输出端，且所述面板模块串联连接，使得任一面板模块的所述输出端连接到后一个面板模块的所述输入端上，每一面板模块被连接到至少一块太阳能电池板上，所述太阳能电池板对所述面板模块供应电能；以及:
控制，来自中央控制单元的，穿过每一所述面板模块的所述输入端和输出端的应用电压，使得所述电压在最大模块电压和最小模块电压之间变化；
其中，穿过每一所述面板模块的输入端和输出端的所述电压被控制，使得穿过串联连接的面板模块的总电压形成交流信号或修正的交流信号。优选的是，所述控制单元与电源连接通讯，以接收关于电源信号相位的信息，并且所述控制单元控制所述面板模块使得交流信号或修正的交流信号与供应的电源同相。优选的是，每一太阳能电池板被连接到所述面板模块中的至少一个存储设备上，并且当所述面板模块不对所述系统供应电能时，所述太阳能电池板对所述存储设备充电。在一实施例中，所述最小模块电压的极性与所述最大模块电压的极性相反，并且所述控制单元对由所述面板模块供应的电压进行调节以形成交流信号。优选的是，所述电压控制电路包括切换装置，并且所述控制单元操作所述切换装置，以连接所述输入端和输出端之间的存储设备，在第一方向提供所述最大模块电压，在第二方向反向提供所述最小模块电压，并且绕过存储设备，在所述输入端和所述输出端之间提供零电压。在进一步的实施例中，所述最小模块电压为，当绕过所述存储设备时穿过所述面板模块的电压，并且所述控制单元对由所述面板模块提供的电压进行调节以形成修正的交流信号。优选的是，所述电压控制电路包括切换装置，并且所述控制单元操作所述切换装置，以第一方向连接所述输入端和输出端之间的所述存储设备，以提供所述最大模块电压，并且绕过所述存储设备以提供在所述输入端和输出端之间的零电压。优选的是，所述控制单元，每半个周期，逆转来自串联连接的面板的电压，使得最终生成的电压形成交流信号。在一优选的实施例中，在连接到所述存储设备的每一面板模块内提供转换校准器，转换校准器控制由所述存储设备提供的电压穿过所述面板模块的输入端和输出端，使得应用的电压增大或减少，以更加接近电源信号。优选的是，所述转换校准器产生来自所述存储设备电压的脉冲宽度调制信号，所述存储设备的电压用于滤波器，并且所述转换校准器增加所述打开到关闭的时间比，以逐渐提高所述输出信号，或者减少所述打开到关闭的时间比，以逐渐减弱所述输出信号。优选的是，当穿过所述输入端和所述输出端的应用电压接近所述面板模块的最大电压时，绕过所述转换校准器。优选的是，当穿过所述输入端和所述输出端的应用电压接近零电压时，绕过所述转换校准器。
在一优选的实施例中，所述控制单元转换每一所述面板模块，以准时控制所述总量，从而确保太阳能电池板运行在或接近其最大功率点。
在一实施例中，一个或更多的面板模块包括串联连接的第一和第二存储设备，而且太阳能板被交替的切换穿过所述第一和第二存储设备，使得所述第二面板模块提供二倍增压功能。
提供的一个或更多的面板模块可能具有存储设备，而且所述控制单元操作进一层的面板模块对存储设备充电，以提供电压的平滑功能。优选的是，所述控制单元对每一进一层的面板模块的存储设备充电，以达到比前一个进一层的面板模块低的水平。
现在，通过实施例，结合如下的附图描述本发明。
图1为根据本发明的功率转换系统的电路图； 图2为从图1描述的系统中逐步输出的结构图； 图3为在面板模块内提供的可选的电路实施例的电路图； 图4为面板模块的又一可选的实施例的电路图。
具体实施方式
现在结合图1和图2，根据本发明描述功率转换系统10的第一实施例。功率转换系统10用于从一系列太阳能电池板12中将直流电源转换为合适的类型的交流电源，以输送到电网中。
功率转换系统10包括一系列面板模块14，每个面板与至少一块太阳能电池板12相连接。每个面板模块14有一个输入端16和一个输出端17。由太阳能电池板12产生的直流电压穿过输入端16和输出端17，并且面板模块14被串联连接以使得每一面板模块14的输出端17与后一个面板模块14的输入端16相连接。因此,功率转换系统10包括一个系统的输入端和系统的输出端以提供串联电压穿过每一块面板模块。也就是说，提供的电压总和穿过所有的面板模块14的输入端16和输出端17。
每一面板模块14提供电压控制电路，对穿过面板模块14的输入端16和输出端17的供应电压进行调整。穿过输入端和输出端的模块电压，可以通过电压控制电路在最大模块电压和最小模块电压之间变化。如实施例所示，所述电压控制电路包括一系列切换装置。如实施例所示，每一切换装置包括场效应管(M0SFET)。连接切换装置使得太阳能电池板12能够被切换至，要么在第一极性内的输入端和输出端之间提供电压，或者在第二极性内的输入端和输出端之间提供电压，又或者被绕过。因此，在这个实施例中，最大模块电压是面板电压，并且最小模块电压是反极性面板电压。
每一面板模块14还有连接至太阳能电池板12终端的存储设备18。如实施例所示，存储设备18包括电解电容器，然而可以使用其他设备，例如高分子电容器或者可再充电的电池。存储设备18存储来自太阳能电池板12的电荷，因此当绕过面板模块14时，由太阳能电池板12产生的电能持续地被存储在存储设备18中以便使用。
在许多结构中提供有面板模块14。提供第一面板模块20，使得第一面板模块20在第一或第二极性内，提供穿过输入端16和输出端17的，来自所连接的太阳能电池板12和存储设备18中的电能；或者绕过太阳能电池板12和存储设备18，使得输入端16直接地被连接到输出端17上。在这个例子中，最大模块电压大约是面板电压并且最小模块电压大约是负的面板电压。
第一面板模块20包括在输入端16和输出端17之间并连接第一传输线22和第二传输线26。第一传输线22包括第一和切换装置24和第二切换装置25,并且第二传输线26包括第三切换装置27和第四切换装置28。穿过第一传输线22和第二传输线26，在第一、第二切换装置24、25以及第三、第四切换装置27、28之间，连接太阳能电池板12和存储设备18。
功率转换系统10备有控制单元(图1中未显示)以控制切换装置的操作。控制单元被连接到控制传输线30，以通讯信息到串联连接每一块面板模块14中，并且使得切换装置能够单独地被转换为开或者关。每一面板模块都有一本地控制器31以接收来自控制单元的信息。这一实施例中的本地控制器提供监督的功能，局部地控制切换装置并且将关于面板模块14的状态的信息传递回到主控制单元。当所示的实施例在控制单元和每一面板模块14之间采用电缆连接来传递控制信息时，也可以采用其他方法来达到该目的。例如可以使用无线通讯方法来传递信息到控制单元和/或来自控制单元的信息。
在第一面板模块20中，可以看出打开第一和第四切换装置24和28，并关闭第二和第三切换装置25和27时，存储设备18穿过输入端16和输出端17连接在第一极性内。通过关闭第一和第四切换装置24和28，并打开第二和第三切换装置25和27，存储设备18穿过输入端16和输出端17连接在第二极性内。通过关闭第一和第二切换装置24和25，并打开第三和第四切换装置27和28，在输入端16和输出端17之间会直接地连接而绕过存储设备18和太阳能电池板12。在绕过的状态下，由太阳能电池板12产生的能量会被存储在存储设备18中。
主控制单元对每一面板模块14进行转换，使得产生系统10的输出电压，即穿过面板模块14的电压总和，包括交流信号。控制单元与主电源供电通讯以接收关于电源信号的相位信息，并且控制单元控制面板模块使得产生的直流信号与电源供电同相。
也就是说，通常而言，当电源信号电压在周期的正的部分上升时，从而控制单元转换面板模块14，使其从绕过的结构转换到存储设备18被连接到第一(正的)极性的结构，以提升系统输出电压使其跟随电源信号。当电源信号电压在周期的正的部分下降时，控制单元开始转换面板模块14，使其转换为绕过状态，以降低总电压并且追随电源信号。随着面板模块14被转换，当在主电源周期的负的部分时，会发生相同的情况，使得供应的电压在第二(负的)极性的配置上以跟随主电源信号。如图2所示，产生的交流信号包括一个逐步接近的正弦波。
面板模块14可能被安排为提供增加到系统10的输出上的电压等级，为了允许更近似主电源信号，所述电压等级既可能是由太阳能电池板12产生的电压的倍数又或者是其分数。如实施例所示，提供第二和第三面板模块32和33为提供倍压功能。在第二和第三面板模块32和33内配置的切换装置与第一面板模块20相同。然而,第二和第三面板模块32和33有穿过第一和第二传输线22和26的串联的第一和第二存储设备18a和18b。同时提供第一、第二、第三和第四二次切换装置34、35、36和37。
第一个二次切换装置34被连接到太阳能电池板12的第一终端和第一存储设备18a的第一面之间。第二个二次切换装置35被连接到太阳能电池板12的第一终端和第一存储设备18a的第二面(为第二存储设备18b的第一面)之间。第三个二次切换装置36从太阳能电池板12的第二终端连接，连接到第一存储设备18a的第二面之间。第四个二次切换装置37被连接到太阳能电池板12的第二终端和第二存储设备18b的第二面之间。通过将第一和第三二次切换装置34和36转换为打开状态，以及将第二和第四二次切换装置35和37关闭，太阳能电池板12能够穿过第一存储设备18a被连接。通过将第一和第三二次切换装置34和36转换为关闭状态，以及将第二和第四二次切换装置35和37打开，太阳能电池板12能够穿过第二存储设备18b被连接。通过交替地充电第一和第二存储设备18a和18b，穿过存储设备18a和18b的总电压能够达到大约太阳能电池板12的电压的两倍。因此，当需要总电压中较大的梯级接近正弦曲线的电源电压时，第二和第三面板模块32和33可以被转换。可选择地，如果需要较小的梯级接近正弦曲线的电源电压时，由于二倍增压模块32或33在线路内被转换，第一面板模块20可以同时以相反的极性被转换。当面板模块以相反的极性被转换，反向转换的面板模块的存储设备18被充电。因此，第二和第三面板模块32和33可以充当二倍增压器，其具有另一个好处，即减少所需的面板数量。功率转换系统10还进一步地有面板模块，所述面板模块用以转换电压，以更准确的近似正弦曲线信号。因为，通过不过快地转换太阳能电池板的开关状态以减少电磁兼容性(EMC)是可取的，高频的转换通过这些进一步的模块独立于太阳能电池板而实现。不把高频加入到电网电力中是可取的，并且这个过程确保太阳能电池板和接地金属之间的电容不会引起这些不需要的信号被撤回到电网输电线上。在所示的实施例中，具有四个这种进一层的模块40。每一进一层的模块40为一个类似第一面板模块20的配置，因为，其包括第一、第二、第三和第四切换装置和以相同的方式连接的存储设备19。主控制单元控制充电的状态，因此控制进一层的模块40的存储设备19的电压，通过选择他们切换入电路时的极性实现。当作为面板模块以同样的方式围绕被转换到电路中时，其进行放电。当被转换到相反的极性时，其进行充电。在每一进一层的模块40中，其进行充电以提供不同的电压。在所示的实施例中，配置所述第一进一层的模块42使得所述存储设备19提供的电压近似于太阳能电池板12的电压。因此，如果仅需要对电压提升一个单一水平，第一进一层的模块42能以相反的极性被转换到所述第二或第三面板模块32或33中的一个。因此，所述第一进一层的模块42作为所述倍压面板模块32和33的校正器，并且这导致所述第一进一层的模块42的所述存储设备19被充电。如果在所述第一进一层的模块42的所述存储设备19中，电量已足够的高，所述第一进一层的模块42可以简单地被转换为打开的状态，以提供电压增长单一水平。所述第二、第三和第四进一层的模块43、44、45的每一个都具有相同的结构，存储设备19按照如上所述的相同的过程被充电以减少电压等级。如实施例所示，第二进一层的模块43的存储设备19被充电到大约面板电压的一半。第三进一层的模块44的存储设备19被充电到大约所述第二进一层的模块43的电压的一半，并且第四进一层的模块45的存储设备19被充电到所述第三进一层的模块44的电压的大约一半。因此，所述第二、第三和第四进一层的模块43、44、45能够被转换以提供越来越小电压梯级，作为电压平滑器使用。
系统10还提供有主功率电感器48，所述主功率电感器48与面板模块14串联连接，以平滑转换电压。系统10还有主继电器50，以转换系统10的电能到主网格线。
高电压电容器与控制线串联连接，以确保安全并且阻止这些控制线阳极或者阴极的传导腐蚀。沿着控制线30传递的信息，由于其通过每一个面板模块14传递，可能会产生延迟，但是如果这样，信息的延迟是可知的或者可以决定的，那么每一个模块就会知道何时去转换。在一些情况下这是很重要的，例如，一个面板被转换为开，而另一个面板被转换为关的状态。由于知道延迟，因此，两者的同步转换会减少涟波和来自系统的电磁兼容性(EMC)的峰。
信息可以在两个方向上被传递，发送到或者来自控制单元，并且包括控制信息，例如何时模块应当转换和他们应该以何种方式转换。信息也应该是详细的并且包括，例如模块的最大电压点或者操作电压的信息。在图中标记为A和B的终端上也应当测量阶跃电压。在转换的过程中，通讯会随时地被延迟，并且通过这样的方式，可靠的通讯会持续跨越转换过程。
目前的系统操作在比传统的逆变器低一些的电压上。通常这类逆变器操作在全部太阳能电池板的一系列有线电压上，通常超过400伏。在本发明的系统中，场效应管(MOSFET)在大约50伏左右运行，并且因此，具有远远低于高压场效应管的电阻，并且没有绝缘栅门级晶体管的损失功率。可以预见地，相对于已知的系统，其能够提高本发明的系统的总体效率。并且，较低的电压将会使得可靠性改善。当继电器50被关闭且每一面板模块被绕路时，系统会电力地关闭并且对于要执行的维护工作是安全的。
主电感器48变平滑大约为12V的电压，以代替400V的电压，这样导致每个周期会减少相当大的损失。这也意味着感应器会相应地小很多。
本发明的系统也允许控制太阳能电池板的操作以确保太阳能电池板运行在他们的最大功率点附近。由于电能存储设备充电，系统还提供有，穿过电能存储设备18的电压测量工具。通过使用该测量电压和电压的变化率，能够决定面板模块的运行是否超过或者低于最大功率点。
当太阳能电池板12被进进出出地转换时，主控制单元将准时地控制全部系统以确保太阳能电池板12在他们最大功率点上运行。这种控制对于每一面板可以独立地执行，因此，无论什么因素，例如面板的使用年限和接受的太阳光量等，面板模块都能够在最大功率点附近运行。
在又一个实施例中，每一面板模块14有转换校准器。所述转换校准器被连接到存储设备18。所述转换校准器，穿过输入端16和输出端17，控制由存储设备18提供的电压。特别地，切换装置控制穿过输入端16和输出端17的电压变化率。所述转换校准器允许存储设备18的电压，增大或者减小使得更准确地接近电源的正弦曲线信号，而不是如图1所示的实施例中逐步地近似正弦电源信号。所述控制单元通过检测到主电压信号控制所述转换校准器，使得由存储设备18实施的电压能够被校准合适。
当面板模块的所需的输出电压接近最大或最小等级时，可以绕过转换校准器。在转换校准器不需要的时候，绕过转换校准器将会消除该期间转换校准器内部的损耗。
图3显示这种类型的面板模块14电路的电路图。为清楚起见，在这个图中没有显示太阳能电池板12和存储设备18。如前所述，将来自存储设备18的电压以V+的形式提供到电路中。通过第一对校准器切换装置Q7和Q12和第二对校准器切换装置Q6和QlO来提供转换校准器的功能。第一、第二、第三和第四切换装置Q8、Q5、Q13和Q9被用来控制电压，以类似第一实施例的方式穿过输入和输出应用的所述电压。所有的切换装置均由控制单元29控制。在交流周期的正值部分，当需要降低电压的时候，Q7首先被转换到打开状态一段时间，需要对所述感应器LI充电，使得具有类似从终端1/01流到1/02的电流，然后Q13被关闭。然后，使用所述第一对校准器切换装置Q7和Q12，以产生脉冲宽度调制信号，所述信号应用到包括感应器L3和电容器C3的滤波器。Q7和Q12交替地，被转换到打开的状态，并且Q7处于打开时所占时间的百分比相对于Q12被提高。在所述输出17侦彳，在Vpwm处的电压平缓地上升，并且由于所述感应器L3和所述电容器C3，所述Vpwm处的电压与所述脉冲宽度调制成比例。转换速率优选地由所述控制单元控制。在这段时间中，切换装置Q9和QlO打开以绕过所述电路的输入端。一旦达到全电压，切换装置Q8被打开以提供穿过所述输入端16和输出端17的全电压。当需要降低电压的时候，Q8以受控制的方式被转换为关闭的状态，使得电流通过电感器LI以再次匹配从终端1/01流到终端1/02的电流，然后，逆变器上升过程发生。也就是说，相对于Q12的计时器Q7被减少到零，以降低电压。然后，将切换装置Q13转换到打开状态，以绕过电路的输出端。在循环周期的负值部分，执行上述相同的过程，但是随着转换所述第二对转换校准器设备Q6和Q10，以控制在输入端16的Vpwm上产生的电压，而切换装置Q9关闭。两个或更多的面板模块可以提供脉冲宽度调制PWM逐渐上升的同时，使用脉冲宽度调制PWM的搭接部分的控制单元，提供从一个面板模块到另一个面板模块的平稳过渡。在这个实施例中，系统运行不使用第一、第二、第三和第四切换装置Q8、Q5、Q13和Q9。图4显示了又一实施例的面板模块14的排列。图4的电路类似于图3的电路，然而，图4的电路仅仅提供一个端，以仅产生单向波形。因此，串联连接的面板模块产生修正的交流信号。然后，提供控制单元中的切换装置Q100、Q101、Q102和Q103，通过在半周期中打开QlOO和Q103，和在另一半周期中将QlOl和Q102打开，而转换成完整的波形。在又一实施例中，进一层的存储设备从太阳能电池板12接收电能，并且可以提供在这个进一层的存储设备和存储设备18之间的进一层的转换校准器，穿过用于最大功率点追踪的所述太阳能电池板终端，并且用一种替代的方法以提高来自太阳能电池板12的电压，到倍压器模块32和33。所述进一层的存储设备比所述电能存储设备18将具有少得多的电容，并且因此在最大功率点追踪的过程中，使用更少的功率。为测量最大功率点，所述进一层的转换校准器首先获取来自所述进一层的存储设备的额外的电能，所以太阳能电池板电压下降；然后所述进一层的转换校准器使所述进一层的存储设备开路，并且随着电能存储设备在太阳能电池板上充电，进而分析电压的变化率。然后，随着之前所述，可测定最大功率点。当没有测量所述最大功率点的时候，所述进一层的转换校准器在最大功率点MPP处运行，以获取来自太阳能电池板的最优化的电能。同时，还提供测量到太阳能电池板的共模电流的方法，定期地隔离太阳能电池板并且测量到达或者来自所述面板的共模电流。提供的所述方法用于改善安全性和检查损坏或者腐蚀的面板。所述测量的泄漏电流被传递到控制单元，并且发出警告，或者根据植入到所述控制单元中的试探法，激活所述系统的关闭功能。由于考虑到当采取测量方法时电流的变化率，所述控制单元使用这个信息以计算所述面板的直流泄露电流和交流电容。
控制单元可以被配置为具有用户接口的设备。所述控制单元可以被配置，使得所述系统产生配置的电压水平和频率的输出。当检测到的电源信号是在配置的电压和频率的可接受的范围内时，只要有足够的面板模块，所述系统就会产生这个电压等级和频率。可选择地，如果所述系统没有被连接到电源供应并被用于提供独立的电能，所述系统将仅提供配置的电压和频率。所述控制单元可以因此被配置成提供功率到来自用户接口的110V、240V和415V的系统，只要在系统中提供足够的面板模块。
同时，一个或更多面板模块可以仅采用单一的极性操作。在这个排列中，所述控制方法要么控制其它面板模块以提供所需的反极性，要么合并转换方法，所述转换方法使得来自面板模块的单向电压转换到用于的驱动所述电力网终端的交流信号。
同时，所述控制方法可以包含转换校准器以替代某些或者全部的所述平滑模块，所述转换校准器被用于弥补接收到的来自面板模块的电压。
对于本领域技术人员来说，除了那些已经描述的之外，很显然可以根据上述实施例做出各种修改和改进，不过依旧不脱离本发明保护范围和精神。
例如，所述太阳能电池板可以被电池替代，因此提供基本负荷电能存储和恢复。为达到这个目的，可以使用相同的硬件，然而，当电能存储的时候，可以重新配置控制方法，以提供到所述电池的合适的充电电流。
本领域技术人员会意识到，可能使用任意数量的面板模块，而不是仅如图1所述的三块面板模块。同时，为了合适的操作，不需要绕过关于图3所述的实施例中描述的面板。例如，所有串联连接的面板模块可以同时提供PWM逐渐上升，因此形成交流正弦波形，穿过每一面板模块的16和17的终端。控制单元29将提供同步地电压和/或控制信息到所述面板模块，因此串联连接的模块提供可以输入到电网中的交流功率。
权利要求
1.一种用于转换来自多个太阳能电池板的电能的功率转换系统，所述系统包括: 多个面板模块，每个所述面板模块具有输入端和输出端，并且所述面板模块串联连接，使得任何所述面板模块的输出端被连接到后一个面板模块的输入端上，每一面板模块连接到至少一块太阳能电池板，所述太阳能电池板给所述面板模块提供电能； 在每一与所述太阳能电池板相连接的所述面板模块内提供电压控制电路，用来调节，在所述输入端和所述输出端之间，由所述太阳能电池板提供的电压，范围在最大模块电压和最小模块电压之间； 一个控制单元与每一所述面板模块的所述电压控制电路连接通信； 其中，所述控制单元调解穿过每一所述面板模块的所述输入端和所述输出端的供应的电压，使得穿过串联连接的面板模块的总电压形成一交流信号或一修正的交流信号。
2.如权利要求1所述的功率转换系统，其特征在于，所述控制单元与电源连通，所述电源为接收关于电源信号相位的信息，并且所述控制单元控制所述面板模块使得交流信号或修正的交流信号与供应的电源同相。
3.如权利要求1或2所述的功率转换系统,其特征在于,每一所述面板模块包括一个或多个与所述太阳能电池板连接的存储设备，使得当所述面板模块对所述系统不供应电能时，所述太阳能电池板对所述存储设备充电。
4.如权利要求3所述的功率转换系统，其特征在于，所述最小模块电压的极性与所述最大模块电压的极性相反，并且所述控制单元对所述面板模块供应的电压进行调节以形成交流信号。
5.如权利要求4所述的功率转换系统，其特征在于，所述电压控制电路包括被连接的切换装置，使得所述切换装 置是操作连接在所述输入端和所述输出端之间的所述存储设备，在第一方向提供所述最大模块电压，在第二反方向提供所述最小模块电压，并且可操作地绕过存储设备。
6.如权利要求3所述的功率转换系统，其特征在于，所述最小模块电压为，当绕过所述存储设备时，穿过所述面板模块的电压，并且所述控制单元对由所述面板模块提供的电压进行调节以形成修正的交流信号。
7.如权利要求6所述的功率转换系统，其特征在于，所述电压控制电路包括连接的切换装置，使得所述切换装置可操作地以第一方向连接到在所述输入端和所述输出端之间的所述存储设备，以提供所述最大模块电压，可操作地绕过所述存储设备以提供在所述输入端和所述输出端之间的零电压。
8.如权利要求6或7所述的功率转换系统，其特征在于，所述控制单元包括用于每半个周期，逆转来自串联的面板的电压的电路，使得最终生成的电压形成交流信号。
9.如上述任意一项权利要求所述的功率转换系统，其特征在于，在连接到所述存储设备的每一面板模块内提供转换校准器，以控制由所述存储设备提供的所述电压穿过所述输入端和所述输出端，使得应用的所述电压是增大或减小，以更真实地模拟电源信号。
10.如权利要求9所述的功率转换系统，其特征在于，所述转换校准器包括用于产生来自所述存储设备电压的脉冲宽度调制信号的切换装置，所述存储设备的电压用于滤波器，其特征在于，增加所述打开到关闭的时间，以逐渐提高所述输出信号，或者减少所述打开到关闭的时间，以逐渐降低所述输出信号。
11.如权利要求9或10所述的功率转换系统，其特征在于，当穿过所述输入端和所述输出端的应用电压接近于所述面板模块的所述最大电压时，绕过所述转换校准器。
12.如权利要求11所述的功率转换系统，其特征在于，当穿过所述输入端和所述输出端的应用电压接近零电压时，绕过所述转换校准器。
13.如上述任意一项权利要求所述的功率转换系统，其特征在于，所述控制单元转换每一所述面板模块，以准时控制所述总量，来确保太阳能电池板运行在或接近其最大功率点。
14.如上述权利要求3到13中的任意一项权利要求所述的功率转换系统，其特征在于，一个或更多的面板模块包括串联连接的第一和第二存储设备，其特征在于，所述太阳能电池板被交替切换穿过所述第一和第二存储设备，使得所述第二面板模块提供二倍增压功倉泛。
15.如权利要 求14所述的功率转换系统，其特征在于，提供一个或更多的存储设备的面板模块，充电至低于面板电压，以提供电压平滑功能。
16.如权利要求15所述的功率转换系统，其特征在于，对每一进一层的面板模块的所述存储设备充电，达到比前一层的面板模块低的水平。
17.如权利要求4或5所述的功率转换系统，其特征在于，一个所述面板模块包括: 在一个输入端和一个输出端之间并联连接的第一线和第二线；和 在所述第一线中的第一和第二切换装置，和在所述第二线中的第三和第四切换装置，所述太阳能电池板和连接的存储设备，在所述第一和第二切换装置和所述第三和第四切换装置之间，穿过所述第一和第二线； 其特征在于，在所述第一和第四切换装置转换为打开的状态，并且在所述第二和第三切换装置转换为关闭状态，会导致所述被连接的存储设备在第一极性中穿过所述输入端和输出端，在所述第一和第四切换装置转换为关闭的状态，并且在所述第二和第三切换装置转换为打开状态，会导致所述被连接的存储设备在第二反向极性中穿过所述输入端和所述输出端，在所述第一和第二切换装置转换为打开的状态，并且在所述第三和第四切换装置转换为关闭状态，会导致在所述输入端和所述输出端之间直接连接。
18.如上述权利要求5到17中的任意一项权利要求所述的功率转换系统，其特征在于，每一所述切换装置包括场效应管。
19.一种转换来自一系列太阳能电池板的电能的方法，所述方法包括: 提供一系列面板模块，每一所述面板模块具有输入端和输出端，所述输入端和所述输出端串联连接，使得任一面板模块的所述输出端连接到后续面板模块的所述输入端上，每一面板模块被连接到至少一块太阳能电池板上，所述太阳能电池板对所述面板模块供应电能；和 控制，来自中央控制单元的，穿过每一所述面板模块的所述输入端和输出端的应用电压，使得所述电压在最大模块电压和最小模块电压之间变化； 其特征在于，控制穿过每一所述面板模块的所述输入端和输出端的所述电压，使得穿过串联连接的面板模块的总电压形成一交流信号或一修正的交流信号。
20.权利要求19所述的方法，其特征在于，所述控制单元与电源通讯连接，以提供接收关于电源信号相位的信息，并且所述控制单元控制所述面板模块使得交流信号或修正的交流信号与供应的电源同相。
21.如权利要求19或20的一种方法，其特征在于，每一太阳能电池板被连接到所述面板模块中的至少一块存储设备上，并且当所述面板模块不对所述系统供应电能时，所述太阳能电池板对所述存储设备充电。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述最小模块电压的极性与所述最大模块电压的极性相反，并且所述控制单元对由所述面板模块供应的电压进行调节以形成交流信号。
23.如权利要求22所述的一种方法，其特征在于，所述电压控制电路包括切换装置，并且所述控制单元操作所述切换装置，使得所述切换装置连接所述存储设备在所述输入端和所述输出端之间，在第一方向提供所述最大模块电压，在第二方向反向提供所述最小模块电压，并且绕过存储设备，在所述输入端和所述输出端之间提供零电压。
24.如权利要求21所述的一种方法，其特征在于，所述最小模块电压为，当绕过所述存储设备时，穿过所述面板模块的电压，并且所述控制单元对所述面板模块提供的电压进行调节以形成修正的交流信号。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述电压控制电路包括切换装置，并且所述控制单元操作所述切换装置，以第一方向在所述输入端和所述输出端之间连接所述存储设备，以提供所述最大模块电压，并且绕过所述存储设备以提供在所述输入端和所述输出端之间的零电压。
26.如权利要求24或25所述的一种方法，其特征在于，所述控制单元，每半个周期，反向来自串联连接的面板的电压，使得最终生成的电压形成交流信号。
27.如上述权利要求19到29中的任意一项权利要求所述的一种方法，其特征在于，在连接到所述存储设备的每一面板模块内提供转换校准器，以控制由所述存储设备提供的所述电压穿过所述面板模块的输入端和输出端，使得应用的所述电压是增大或减小，以更真实地模拟电源信号。
28.如权利要求27所述的一种方法，其特征在于，所述转换校准器产生来自所述存储设备电压的脉冲宽度调制信号，所述存储设备的电压用于滤波器，并且增加所述打开到关闭的时间，以逐渐提高所述输出信号，或者减少所述打开到关闭的时间，以逐渐降低所述输出信号。
29.如权利要求27或28所述的一种方法，其特征在于，当穿过所述输入端和所述输出端的应用电压接近所述面板模块的最大电压时，绕过所述转换校准器。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，当穿过所述输入端和所述输出端的应用电压接近零电压时，绕过所述转换校准器。
31.如上述权利要求19到30中的任意一项权利要求所述的一种方法，其特征在于，所述控制单元转换每一所述面板模块，以准时控制所述总量，来确保太阳能电池板在或接近其最大功率点运行。
32.如上述权利要求21到31中的任意一项权利要求所述的一种方法,其特征在于,一个或更多的面板模块包括串联连接的第一和第二存储设备，所述太阳能电池板交替地切换穿过所述第一和第二存储设备，使得所述第二面板模块提供一个二倍增压功能。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，提供一个或更多的进一层的有存储设备的面板模块，且控制单元操作进一步的面板模块对存储设备充电，电压在面板电压之下，以提供电压的平滑功能。
34.如权利要求33所述的功率转换系统，其特征在于，所述控制单元对每一进一层的面板模块的 所述存储设备充电，达到比前一个进一层的面板模块低的水平的电压。
全文摘要
一种太阳能转换系统(10)，用于转换从一系列太阳能板收集的能量。所述转换系统(10)包括太阳能面板模块(14)，每个所述面板模块(14)具有输入端(16)和输出端(17)，并且相互之间串联连接。每一面板模块(14)被连接到至少一块太阳能电池板(12)，所述太阳能电池板将能量供应到所述面板模块(14)上。每一所述面板模块(14)内部均供有电压控制电路，以调节被供应到输入端(16)和输出端(17)之间的电压在最大模块电压和最小模块电压的范围内。控制单元(29)与每一所述面板模块的电压控制电路通讯，来调节被供应到穿过每一所述面板模块的输入端(16)和输出端(17)的电压，使得穿过串联连接的面板模块的总电压形成交流信号或者修正的交流信号。
文档编号H01L31/042GK103155171SQ201180048115
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者凯文·史蒂芬·戴维斯 申请人:凯文·史蒂芬·戴维斯