一种光伏功率优化系统的制作方法

本发明主要涉及太阳能发电的电力装置，确切地说，是采用了在每个光伏组件中都使用了多级电压转换电路的方案，使得任意一级电压转换电路均可以单独对与其对应的一个电池串执行独立的最大功率点追踪演算，确保整个太阳能发电系统输出功率的稳定。

背景技术：

随着类似石油、煤炭、天然气等传统能源的有限性，以及传统能源造成的负面环境问题日趋严重，尤其是在全球不断变化的经济、政治和社会环境的大条件下，寻找一种取之不尽、周而复始的可再生能源来取代资源有限、对环境有污染的传统化工能源成为了全球迫切需要解决的重要命题。如今可再生、环保、和可持续性的新能源越来越得到了广泛的应用，以新技术和新材料为基础的科技发展，使得可再生能源得到现代化的开发和利用，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。由于太阳能光伏这种新能源具备清洁、安全可靠、运行费用少、日常维护简单、任意地点随处可用等优势，使得光伏发电成为世界各国普遍关注和重点发展的新型产业，光伏产业在世界范围内也得到了迅速的发展，光伏发电在解决偏远地区的用电问题上发挥着不可或缺的作用。

光伏电池的输出特性受到外界温度、光照辐射强度的影响而发生很大的变化，使光伏电池始终能够输出最大的功率以便我们更有效地利用太阳能是光伏发电系统的基本要求。要从太阳能面板输出期望的最大功率，最重要是找到最大功率点MPPT，使电池板的输出电压和输出电流保持在这个预期的最大功率点。最大功率点的变化通常与辐照强度和环境温度有关，所以亟待解决的难题是，当太阳能面板的环境变化时，须动态追踪的这些参数变化，才能屏除外部环境因素，确保太阳能面板工作在最大功率点上。光伏电池组件的阴影遮挡问题会引起光伏组件的衰减，正常衰减范围是第一年大约为5％，后面每一年不超过0.8％，25年下来不允许超过的数值大约为20％。加上出厂产品不一致和衰减不一致的因素，导致电池板的发电量大约可能会损失3～5％。引起组件衰减的原因很多，主要包括生产制造因素和环境因素等，其中生产制造因素主要包括：生产工艺、自身衰减和老化程度；环境因素主要包括：云层、落叶、温度、安装倾斜角度和方位等。

在现行的光伏功率优化方式中，几乎都是在光伏组件级执行优化，在光伏组件级进行优化意味着不会单独对每一个独立的电池串进行优化，实际上每个光伏组件通常会包括多个由光伏电池串接构成的电池串(Photovoltaic cell string)。当出现同一串电池板因为产品一致性问题不好，或发生阴影遮挡等因素导致部分电池不能正常发电时，整串的光伏电池效率损失很严重，而且逆变器尤其是集中式的逆变器接入的电池板阵列很多时，会导致各个组串的电池板不能够在自己的最大功率点运行，这些都是电能和发电量的损失。因此本申请后文介绍的功率优化器主要就是解决或者说是缓解这些问题，实现在电池串级别进行功率优化，来为每个光伏电池串搭载主动式功率优化器，导入最大功率点追踪以确保太阳能系统输出功率的稳定和功率的最大优化。

技术实现要素：

在一个实施例中，本发明提供了一种光伏功率优化系统，具有串联的多个光伏组件，其中：所述光伏组件配置有载波发送模块和/或无线通信模块以实现数据的发送，所述载波发送模块用于在串接起光伏组件的传输线路上形成通信载波；所述光伏组件配置有载波侦测模块和/或无线通信模块以实现数据的接收，所述载波侦测模块至少用于在该传输线路上提取通信载波；至少一部分所述光伏组件藉由配置的无线通信模块接收或发送体现为无线通信形式的第一数据；和/或所述光伏组件藉由配置的载波侦测模块接收所述传输线路上的体现为通信载波形式的第二数据。

上述光伏功率优化系统，所述载波发送模块至少包括相互串联的第一开关和电容器；

在所述载波发送模块发送通信载波的阶段，第一开关由所述光伏组件配置的处理器控制在关断和接通状态间切换，以便在传输线路上形成携带有数据载波电流。

上述光伏功率优化系统，所述载波发送模块包括相互串联的第一开关和电容器及第一电阻器，所述载波发送模块还包括并联在电容器两端的一个第二电阻器。

上述光伏功率优化系统，所述载波侦测模块包括电流检测单元(有时候也可以称为电流传感器)和滤波器，该电流检测单元用于监测所述传输线路上的电流信息，该滤波器用于从所述电流信息中提取具有指定频率范围的预设通信载波信号。

上述光伏功率优化系统，所述光伏组件当中的第一类组件配置有无线通信模块而它当中的第二类组件则没有配置无线通信模块；并且第一类组件配置的处理器在收到无线通信模块传输的第一数据时，其处理器通过控制第一类组件配置的所述载波发送模块在传输线路上形成表征了第一数据的第二数据；以及第二类组件配置的所述载波侦测模块提取该第二数据并传输给第二类组件的处理器。

上述光伏功率优化系统，所述光伏组件中的第一类和第二类组件均配置有无线通信模块，在第二类组件的无线通信模块被屏蔽(例如有些组件的无线通信模块被墙体或其他容易屏蔽无线信号的实体结构给遮挡或半遮挡而屏蔽信号)的情况下：第一类组件配置的处理器在收到无线通信模块传输的第一数据时，其处理器通过控制第一类组件配置的所述载波发送模块在传输线路上形成表征了第一数据的第二数据；以及第二类组件配置的所述载波侦测模块提取该第二数据并传输给第二类组件的处理器。

上述光伏功率优化系统，还包括用于将串联的多级所述光伏组件输出的直流电转换成交流电的逆变器，其中所述的第一数据由逆变器集成的一个无线通信设备发送的。

上述光伏功率优化系统，其中所述的第一数据由一个无线通信设备所发送的，该无线通信设备是和所述光伏组件配套使用的一个独立的终端设备。

上述光伏功率优化系统，每个光伏组件均包括一级光伏电池串或多级光伏电池串，每个光伏组件还配置有一个功率优化器，每个功率优化器都包括多级电压转换电路，每一级电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串产生的电压进行升压或降压转换输出；

其中，多个串接的所述光伏组件各自配置的所述功率优化器各自的输出电压叠加在一起，作为多个所述光伏组件的总输出电压。

上述光伏功率优化系统，在每一个功率优化器中，任意一个电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串产生的电压进行电压转换而输出在一个输出电容上，并且每个功率优化器中各级电压转换电路各自的输出电容串联，以及每个光伏组件配置的一个所述载波发送模块与这些串接的输出电容并联。

上述光伏功率优化系统，在每一个功率优化器中：任意一个电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串产生的电压进行升压或降压转换输出在一个输出电容上，并且每一个功率优化器中的多级电压转换电路各自的输出电容都串联在一起，从而由这些串联的输出电容上所叠加的电压来提供每一个功率优化器的输出电压。

上述光伏功率优化系统，所述电压转换电路是降压型的Buck电路，每个电压转换电路均单独对一个光伏电池串进行最大功率点追踪演算，从而每一级电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串实现最大功率的输出。

上述光伏功率优化系统，在每个光伏组件所配置的一个功率优化器中还包括：设置在它的任意一级或多级电压转换电路中的第二开关，在带有第二开关的电压转换电路中：其输出电容和第二开关串接在电压转换电路的一组输出端之间。

上述光伏功率优化系统，在每一个光伏组件配置的所述载波发送模块发送通信载波的阶段：所述第二开关由该光伏组件配置的处理器控制切换成关断状态，以将与该光伏组件相配的一个功率优化器中的各级电压转换电路各自的输出电容构成的串接支路予以断路；直至所述载波发送模块发送通信载波的阶段结束后，所述第二开关才由所述的处理器控制切换成接通状态。

上述光伏功率优化系统，每个光伏组件还配置有一个提供稳定电压的电源模块，该电源模块分别将该光伏组件的各级光伏电池串产生的电压转换成稳定的电压予以输出，其中各级光伏电池串产生的电压分别通过二极管输送给该电源模块；和/或该电源模块将与该光伏组件对应配置的一个功率优化器的输出电压转换成稳定的电压予以输出。

上述光伏功率优化系统，在每个光伏组件配置的载波发送模块发送通信载波的阶段：限定每个光伏组件配置的电源模块仅将该光伏组件的各级光伏电池串产生的电压进行采集和转换成稳定的电压予以输出，而不采集功率优化器的输出电压。

上述光伏功率优化系统，还包括用于将串联的多级所述光伏组件输出的直流电转换成交流电的逆变器，所述的逆变器包括一个载波侦测模块；并且至少一个所述光伏组件配置的处理器在收到该光伏组件配置的无线通信模块传输的第一数据时，其处理器通过控制该光伏组件配置的所述载波发送模块在传输线路上形成表征了第一数据的第二数据；以及

所述逆变器配置的所述载波侦测模块提取该第二数据并传输给逆变器的处理器。

上述光伏功率优化系统，还包括一个带有载波侦测模块的数据采集设备，用于对所述光伏电池的指定参数进行采集；所述光伏组件配置的处理器通过控制所述光伏组件配置的所述载波发送模块在传输线路上形成表征了所述指定参数的通信载波数据；所述数据采集设备利用带有的载波侦测模块在该传输线路上提取表示了所述指定参数的通信载波，从而采集到所述光伏电池的所述指定参数信息。

在一个实施例中，本发明提供了一种光伏功率优化系统的数据通信方法，所述光伏功率优化系统具有串联的多个光伏组件：在所述光伏功率优化系统中：所述光伏组件配置有载波发送模块和/或无线通信模块以实现数据的发送，所述载波发送模块用于在串接起光伏组件的传输线路上形成通信载波；所述光伏组件配置有载波侦测模块和/或无线通信模块以实现数据的接收，所述载波侦测模块至少用于在该传输线路上提取通信载波；其中所述的数据通信方法包括：利用无线通信设备向所有的所述光伏组件各自配置的所述无线通信模块发送数据，由无线通信设备与所有的所述光伏组件直接通信；或者利用无线通信设备向第一部分所述光伏组件配置的所述无线通信模块发送第一数据，第一部分所述的光伏组件配置的处理器在收到无线通信模块传输的第一数据时，其处理器通过控制第一部分所述的光伏组件配置的所述载波发送模块在传输线路上形成表征了第一数据的数据信息的第二数据；以及第二部分所述的光伏组件配置的所述载波侦测模块在传输线路上提取该第二数据，实现无线通信设备与第一部分所述光伏组件直接通信，而无线通信设备与第二部分所述的光伏组件通过数据转播(即第一数据到第二数据的转播)的方式间接通信。

上述的方法，所述载波发送模块至少包括相互串联的第一开关和电容器；在所述载波发送模块发送通信载波的阶段，第一开关由所述光伏组件配置的处理器控制在关断和接通状态间切换，以便在传输线路上形成携带有数据的载波电流。

上述的方法，所述载波侦测模块包括电流传感器和滤波器，该电流传感器用于监测所述传输线路上的电流信息，该滤波器用于从所述电流信息中提取具有指定频率范围的预设通信载波信号。

上述的方法，所述载波发送模块包括相互串联的第一开关和电容器及第一电阻器，以及所述载波发送模块还包括并联在电容器两端的一个第二电阻器。

上述的方法，所述光伏功率优化系统还包括用于将串联的多级所述光伏组件输出的直流电转换成交流电的逆变器，其中所述的无线通信设备集成在所述的逆变器中。

上述的方法，无线通信设备是和所述光伏组件配套使用的一个独立的终端设备。

上述的方法，每个光伏组件均包括多级光伏电池串，每个光伏组件还配置有一个功率优化器，每个功率优化器都包括多级电压转换电路，每一级电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串产生的电压进行升压或降压转换输出；多个串接的所述光伏组件各自配置的所述功率优化器各自的输出电压叠加在一起，作为多个所述光伏组件的总输出电压。

上述的方法，在每一个功率优化器中，任意一个电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串产生的电压进行电压转换而输出在一个输出电容上，并且每个功率优化器中各级电压转换电路各自的输出电容串联，以及每个光伏组件配置的一个所述载波发送模块与这些串接的输出电容并联。

上述的方法，在每一个功率优化器中：任意一个电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串产生的电压进行升压或降压转换输出在一个输出电容上，并且每一个功率优化器中的多级电压转换电路各自的输出电容都串联在一起，从而由这些串联的输出电容上所叠加的电压来提供每一个功率优化器的输出电压。

上述的方法，所述电压转换电路是降压型的Buck电路，每个电压转换电路均单独对一个光伏电池串进行最大功率点追踪演算，从而每一级电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串实现最大功率的输出。

上述的方法，在每个光伏组件所配置的一个功率优化器中还包括：设置在它的任意一级或多级电压转换电路中的第二开关，在带有第二开关的一个电压转换电路中：其输出电容和第二开关串接在该电压转换电路的一组电压输出端之间。

上述的方法，在每一个光伏组件配置的所述载波发送模块发送通信载波的阶段：所述第二开关由该光伏组件配置的一个处理器控制切换成关断状态，以将与该光伏组件相配的一个功率优化器中的各级电压转换电路各自的输出电容构成的串接支路予以断路；

直至所述载波发送模块发送通信载波的阶段结束后，所述第二开关才由所述的处理器控制切换成接通状态。

上述的方法，每个光伏组件还配置有一个提供稳定电压的电源模块，该电源模块分别将该光伏组件的各级光伏电池串产生的电压转换成稳定的电压予以输出，其中各级光伏电池串产生的电压分别通过二极管输送给该电源模块；和/或该电源模块将与该光伏组件对应配置的一个功率优化器的输出电压转换成稳定的电压予以输出。

上述的方法，在每一个光伏组件配置的所述载波发送模块发送通信载波的阶段：限定每个光伏组件配置的电源模块仅将该光伏组件的各级光伏电池串产生的电压进行采集和转换成稳定的电压予以输出，而不采集功率优化器的输出电压。

上述的方法，利用一个逆变器将串联的多级所述光伏组件输出的总输出电压转换成交流电，所述逆变器包括一个载波侦测模块；至少一个所述光伏组件配置的处理器在收到该光伏组件配置的无线通信模块传输的第一数据时，其处理器通过控制该光伏组件配置的所述载波发送模块在传输线路上形成表征了第一数据的数据信息的第二数据；以及所述逆变器配置的所述载波侦测模块提取该第二数据以实现所述逆变器和至少一部分所述光伏组件的信息交互。

上述的方法，还利用一个带有载波侦测模块的数据采集设备对所述光伏电池的指定参数进行采集；所述光伏组件配置的处理器通过控制所述光伏组件配置的所述载波发送模块在传输线路上形成表征了所述指定参数的通信载波数据；所述数据采集设备利用带有的载波侦测模块在该传输线路上提取表示了所述指定参数的通信载波，从而采集到所述光伏电池的所述指定参数信息。

在一个实施例中，本发明提供了一种光伏功率优化系统，具有串联的多个光伏组件：每个光伏组件均包括一级光伏电池串或多级光伏电池串，每个光伏组件还配置有一个功率优化器，每个功率优化器都包括一级或多级电压转换电路，每一级电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串产生的电压进行升压或降压转换输出；多个所述光伏组件各自配置的所述功率优化器各自的输出电压叠加在一起，作为多个所述光伏组件的总输出电压。

在可选的实施例中，所有的所述的光伏组件配置有无线通信模块。因此用户可以利用无线通信设备向所有的所述光伏组件各自配置的所述无线通信模块发送数据，实现由无线通信设备与所有的所述光伏组件直接通信，但是如果其中一部分光伏组件配置的无线通信模块被信号屏蔽或是其无线通信功能失效/不佳时，则通过无线通信模块收到数据的那些光伏组件再将数据转播(使用带有的载波发送模块转播)给无法通过无线通信模块收到数据的另一些光伏组件(使用带有的载波接收模块接收数据)。

上述的光伏功率优化系统，还包括用于将串联的多级所述光伏组件输出的直流电转换成交流电的逆变器，由逆变器集成的一个无线通信设备和所述无线通信模块之间实现数据的交互。

上述的光伏功率优化系统，还包括一个和所述光伏组件配套使用的无线通信设备，该无线通信设备是和所述光伏组件配套使用的一个独立的终端设备，由该终端设备和所述无线通信模块之间实现数据的交互。

上述的光伏功率优化系统，在每一个功率优化器中，任意一个电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串产生的电压进行电压转换而输出在一个输出电容上，并且每个功率优化器中各级电压转换电路各自的输出电容串联，以及每个光伏组件配置的一个所述载波发送模块与这些串接的输出电容并联。

上述的光伏功率优化系统，在每一个功率优化器中：任意一个电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串产生的电压进行升压或降压转换输出在一个输出电容上，并且每一个功率优化器中的多级电压转换电路各自的输出电容都串联在一起，从而由这些串联的输出电容上所叠加的电压来提供每一个功率优化器的输出电压。

上述的光伏功率优化系统，所述电压转换电路是降压型的Buck电路，每个电压转换电路均单独对一个光伏电池串进行最大功率点追踪演算，从而每一级电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串实现最大功率的输出。

上述的光伏功率优化系统，在每个光伏组件所配置的一个功率优化器中还包括：设置在它的任意一级或多级电压转换电路中的第二开关，在带有第二开关的电压转换电路中：其输出电容和第二开关串接在电压转换电路的一组输出端之间。

上述的光伏功率优化系统，在每一个光伏组件配置的所述载波发送模块发送通信载波的阶段：所述第二开关由该光伏组件配置的一个处理器控制切换成关断状态，以将与该光伏组件相配的一个功率优化器中的各级电压转换电路各自的输出电容构成的串接支路予以断路；直至所述载波发送模块发送通信载波的阶段结束后，所述第二开关才由所述的处理器控制切换成接通状态。

上述的光伏功率优化系统，每个光伏组件还配置有一个提供稳定电压的电源模块，该电源模块分别将该光伏组件的各级光伏电池串产生的电压转换成稳定的电压予以输出，其中各级光伏电池串产生的电压分别通过二极管输送给该电源模块；和/或该电源模块将与该光伏组件对应配置的一个功率优化器的输出电压转换成稳定的电压予以输出。

上述光伏功率优化系统，在每个光伏组件配置的载波发送模块发送通信载波的阶段：

限定每个光伏组件配置的电源模块仅将该光伏组件的各级光伏电池串产生的电压进行采集和转换成稳定的电压予以输出，而不采集功率优化器的输出电压。

上述的光伏功率优化系统，还包括用于将串联的多级所述光伏组件输出的直流电转换成交流电的逆变器，所述的逆变器包括一个载波侦测模块；并且

至少一个所述光伏组件配置的处理器在收到该光伏组件配置的无线通信模块传输的第一数据时，其处理器通过控制该光伏组件配置的所述载波发送模块在传输线路上形成表征了第一数据的第二数据；以及

所述逆变器配置的所述载波侦测模块提取该第二数据并传输给逆变器的处理器。

上述的光伏功率优化系统，还包括一个带有载波侦测模块的数据采集设备，用于对所述光伏电池的指定参数进行采集；所述光伏组件配置的处理器通过控制所述光伏组件配置的所述载波发送模块在传输线路上形成表征了所述指定参数的通信载波数据；所述数据采集设备利用带有的载波侦测模块在该传输线路上提取表示了所述指定参数的通信载波，从而采集到所述光伏电池的所述指定参数信息。

本发明披露的一种光伏功率优化系统，具有串联的多个光伏组件，其中：每个光伏组件均包括一级或多级光伏电池串，每个光伏组件还配置有一个功率优化器，每个功率优化器都包括一级或多级电压转换电路，每一级电压转换电路都将与其对应的一级光伏电池串产生的电压进行升压或降压转换输出；多个所述光伏组件各自配置的所述功率优化器各自的输出电压叠加在一起，作为多个所述光伏组件的总输出电压；所述光伏组件配置有载波发送模块和/或无线通信模块以实现数据的发送，所述载波发送模块用于在串接起光伏组件的传输线路上形成通信载波；以及所述光伏组件配置有载波侦测模块和/或无线通信模块以实现数据的接收，所述载波侦测模块至少用于在该传输线路上提取通信载波。

上述的光伏功率优化系统，所述的功率优化器中的执行最大功率点追踪的每个电压转换电路均包括：分别连接到与其对应的一级光伏电池串的正极端、负极端的第一输入端、第二输入端，以及提供输出电压的第一和第二输出节点，其中每个电压转换电路的输出电容连接在它的第一和第二输出节点之间，一个第一切换开关和一个电感连接在第一输入端和第一输出节点之间，第二输入端和第二输出节点耦合在一起，并且一个第二切换开关或续流二极管连接在第一切换开关和电感之间的一个互连节点与第二输出节点之间；或者

分别连接到与其对应的一级光伏电池串的正极端、负极端的第一输入端、第二输入端，以及提供输出电压的第一和第二输出节点，其中每个电压转换电路的输出电容连接在它的第一和第二输出节点之间，一个第一切换开关和一个电感连接在第二输入端和第二输出节点之间，第一输入端和第一输出节点耦合在一起，并且一个第二切换开关或续流二极管连接在第一切换开关和电感之间的一个互连节点与第一输出节点之间；

其中，功率优化器中还包括设置在它的任意一级或多级电压转换电路中的第二开关，在带有第二开关的任意一个电压转换电路中：它的输出电容和第二开关串接在这一级电压转换电路的第一、第二输出节点之间。

在本发明中，光伏优化器互相之间可实现通信，从而得知每个光伏组件(甚至电池片串级别)的工作状态和得知整个光伏系统的电压。逆变器通过罗氏线圈、带通滤波器、解调等实现对每个光伏组件的检测，并且这个电路还集成了电弧检测功能。逆变器还可以实现对光伏优化器发布命令，通过调整干扰电流让光伏优化器智能关机，通过个慢慢的加载电压通知它们智能开机等。此外逆变器通过电流的方式通知光伏优化器关机，或者说进入保护模式，这个加载电流的电路同时也可以用作逆变器自己内部电容的放电电路。在本发明中可以实现长光伏组串模式，即每个光伏优化器控制自己的输出电压，保证每个整个光伏组串可以串联更多的光伏组件，不至于像传统的光伏组串由于低温开路情况下输出的电压过高，导致逆变器需要更多的输入电压余量。

这些方案带有的优势例如：提高整个发电系统的发电效率，局部光伏损坏和遮挡或光伏电池的不一致性、安装不一致性等负面因素对系统的发电效率没有影响，也实现了电池片串级的优化，深度挖掘了系统效能，还对每个电池组件的各种参数通过通信的方式而达到可观测性。也实现了光伏系统的安全性，出现故障或维修时，光伏组串可关断，输出电压为零。提高了每个光伏组串的串联数量，节省了系统的布线成本。提高了光伏组件的抗热斑能力，这样提高了电池片的寿命。

附图说明

阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本发明的特征和优势将显而易见：

图1是多个光伏电池先串联后再并联来为逆变器供电的示意图。

图2是每个光伏电池组件配置一个附加模块的示意图。

图3是多个光伏组件串接起来和逆变器带有的无线收发模块实现通信的示意图。

图4是多个光伏组件串接起来和单独的终端设备实现通信的示意图。

图5～7是每个光伏组件配置的功率优化器可选方案的示意图。

图8是多个光伏组件串接完全由无线通信实现数据传递的示意图。

具体实施方式

参见图1，串联的光伏组件PV_1、PV_2、……PV_N(N为大于1的自然数)它们组合在一起构成一个光伏串组101，多个这样的光伏串组101再并联在一起共同产生逆变器170需要的直流电压。断路模块151连接在光伏串组101的正极和逆变器170的一个储能电容C_DC的第一端之间，断路模块152连接在光伏串组101的负极和电容C_DC的第二端之间。断路模块151和152接通时光伏串组101可以为储能电容C_DC供电，否则在它们断开时储能电容C_DC无法从光伏串组101侧撷取到电压源。在光伏逆变领域光伏组件产生的直流电压源需要被转换成交流电才能实现并网，光伏逆变器170的作用就是将光伏串组101提供的直流电能转变成交流电能，以满足交流负载或设备供电及并网的需求，逆变器通常有单相或三相甚至多相等逆变方式。为了简单的解释逆变器的作用，在图1中示范性的展示了三相全桥主功率转换电路171(也可以是单相或两相及多相)，三相全桥主功率转换电路171前一级使用的常规EMC滤波器和后一级使用的三相LC滤波器等都是常规手段，转换电路171可以将逆变器中电容C_DC上存储的直流电压转换成交流电，其中转换电路171的各个构成逆变桥的开关管的接通或关断主要由图中未示出的一个控制器发送的脉冲宽度调制信号PWM进行驱动和控制。由于逆变器的转换电路171的作用就是将直流电逆变转换成交流电，它的可替代类型在现有技术中对本领域的技术人员来说已经较为熟知，因此不予详细赘述。

参见图2，与图1中传统的光伏组件PV_1、PV_2、……PV_N的区别在于：首先是每一个光伏组件PV_N都配置有一个带有通信和驱动能力的附加模块COM_N，再者就是每一个光伏组件PV_N都配置有后文提及的电池串级别的功率优化器OP_N。

参见图2，在本申请涉及的一种光伏功率优化系统中，与常规的方案类似，它具有串联的多个光伏组件PV_1、PV_2、……PV_N，它们串接构成一个光伏串组101，而整个光伏功率优化系统中则有一个或多个并联的光伏串组101为逆变器170供电。

参见图3，每个光伏组件都配置有载波发送模块130，载波发送模块130主要用于在串接起光伏组件PV_1、PV_2、……PV_N的传输线路LAN上形成通信载波。

参见图3，每个光伏组件都配置有载波侦测模块131，载波侦测模块131至少用于在传输线路LAN上提取通信载波。载波侦测模块131的方案有多种，在本申请中载波侦测模块131包括电流传感器131a(在本申请中电流传感器还可以称为电流检测单元或电流互感模块等)和滤波器131b，该电流传感器131a例如可以是霍尔传感器或空心线圈传感器、编解码器或分流器等，电流传感器131a主要是用于监测传输线路LAN上的电流信息，例如工频信号或谐波分量信号，或类似浪涌这样的高频脉冲/瞬态电流等，电弧信号同样也可以被侦测到。而该滤波器131b可以是带通滤波器等，在本发明中主要是用于从电流传感器131a检测的电流信息中甄别和提取具有指定频率范围的预设通信载波信号。也就是说，带通范围选择的不同，带通滤波器102可以从电流信息中侦测出不同的信息，例如通信载波的频率上限一般是低于电弧级别的频带下限。

参见图3，至少一部分光伏组件(如PV_N)配置有无线通信模块133，虽然在理论上所有的光伏组件PV_1、PV_2、……PV_N都可以配置无线通信模块133，但是为了成本和通信优化的考虑，我们仅仅在一部分光伏组件中使用无线通信模块133，而在另一部分光伏组件(如PV_1)中则不使用无线通信模块。

参见图3，我们的目的之一在于：使得至少一部分光伏组件(如PV_N)藉由配置的无线通信模块133接收或发送体现为无线通信形式的第一数据。在图3的实施例中，无线通信设备173集成在逆变器170中，注意这里提及的无线通信模块133或无线通信设备173等可以采用WIFI、Zigbee、433MHZ通信、红外、蓝牙、GPS等一切现有的无线通信方案。无线通信设备173可以是人为操作下发出第一数据，当光伏组件PV_N通过无线通信模块133接收到第一数据时，光伏组件PV_N配置的处理器132会收到无线通信模块133传输过来的第一数据，一旦当处理器132识别到第一数据是需要转发给其他光伏组件(如PV_1)的数据，则处理器132通过控制光伏组件PV_N配置的载波发送模块130在传输线路LAN上形成表征了第一数据的数据信息的第二数据，第二数据是以传输线路LAN上携带的载波形式出现。光伏组件PV_1配置有载波侦测模块131，载波侦测模块131用于在传输线路LAN上提取标识了第二数据的通信载波。

因此，信号的走向为：无线通信设备173发出的无线信号(第一数据)被一些光伏组件PV_N配置的无线通信模块133捕捉到，然后光伏组件PV_N配置的处理器132会识别无线通信模块133传输过来的第一数据的含义，当处理器132识别到第一数据需要被转发到没有配置无线通信模块133的那些光伏组件PV_1时，光伏组件PV_N配置的处理器132会主动驱动载波发送模块130在传输线路LAN上形成携带有第二数据的载波电流，并且处理器132还会赋值第二数据具有指定的频率范围。而没有配置无线通信模块133的光伏组件PV_1所匹配的载波侦测模块131则会通过电流传感器131a监测传输线路LAN上的电流信息，以及光伏组件PV_1所匹配的滤波器131b还用于从电流传感器131a监测的电流信息中提取具有指定频率范围的预设通信载波信号(例如LAN上的第二数据信号)，第二数据进一步传输给光伏组件PV_1配置的处理器132，并且由处理器132读取第二数据的含义。例如，第一数据是无线通信设备173发出的开机或关机指令，光伏组件PV_N的处理器132不仅会使自身的优化器OP_N开机或关机，光伏组件PV_N还会把开机或关机指令转发给其他的光伏组件，例如光伏组件PV_1接收到第二数据信息时由于第二数据表征了第一数据的信息，所以光伏组件PV_1的处理器132也会指示自身的优化器OP_1予以开机或关机。

参见图4，与图3的区别特征在于，图3中发出第一数据的无线通信设备173是和逆变器170集成在一起出现的，而在图4中第一数据由另一个无线通信设备273所发送的，该无线通信设备273是和光伏组件配套使用的一个独立的终端设备，这个终端设备类似于手机/遥控器等，可发出无线通信模块133能够识别的无线通信信号。

参见图4，作为可选项，逆变器170也包括载波侦测模块131，逆变器170的载波侦测模块131会通过电流传感器131a监测传输线路LAN上的电流信息，以及逆变器170的滤波器131b还用于从电流传感器131a监测的电流信息中提取具有指定频率范围的预设通信载波信号(例如LAN上的第二数据信号)，第二数据进一步传输给逆变器170的未示意出的处理器，由其处理器读取第二数据的含义。此时光伏组件PV_N相当于将开机或关机指令转发给逆变器170，由于逆变器170接收到第二数据信息时该第二数据表征了第一数据代表的信息，所以逆变器170的处理器也会指示自身进行开机或关机，例如还可以指示图1中的断路器151和152断开。

参见图5，光伏组件PV_N的第一个电池串ST1利用第一个降压式的BUCK1变换电路来产生期望的电压输出，BUCK1电路中电感L1和电容C1组成低通滤波器，BUCK1电路的第一输入节点AN1连接到电池串ST1的阳极，BUCK1电路的第二输入节点CA1连接到ST1的阴极，开关S11和电感L1串联在第一输入节点AN1和BUCK1电路的第一输出节点N_B1-1之间。开关S11的一端和BUCK1电路的第一输入节点AN1相连，但是开关S11的相对另一端和BUCK1电路的第二输入节点(或者BUCK1电路的第二输出节点N_B1-2)之间连接有另一个开关S12。输出电容C1连接在BUCK1电路的第一输出节点N_B1-1和第二输出节点N_B1-2之间。该变换电路的基本原理是：BUCK1电路的第一和第二输入端从第一个电池串ST1的阳极和阴极间撷取到电源电压，在开关周期内，让开关S11接通并关闭S12，电感L1的电流增加并为电容C1充电，再让开关S11关断和接通S12，则电感L1的电流减小并开始释放能量，此时接通S12续流。BUCK1变换电路在本发明中用于实现最大功率点追踪MPPT，由于MPPT在业界属于已知技术，因此对其具体的方案不予赘述。最大功率点追踪的实现可以由处理器132驱动开关S11～S12、开关S21～S22、S31～S32来实现。

参见图5，光伏组件PV_N的第二个电池串ST2利用第二个降压式的BUCK2变换电路来产生期望的电压输出，BUCK2电路中电感L2和电容C2组成低通滤波器，BUCK2电路的第一输入节点AN2连接到电池串ST2的阳极，BUCK2电路的第二输入节点CA2连接到ST2的阴极，开关S21和电感L2串联在第一输入节点AN2和BUCK2电路的第一输出节点N_B2-1之间。开关S21的一端和BUCK2电路的第一输入节点AN2相连，但是开关S21的相对另一端和BUCK2电路的第二输入节点(或者BUCK2电路的第二输出节点N_B2-2，因为节点CA2和节点N_B2-2相连)之间连接有另一个开关S22。输出电容C2连接在BUCK2电路的第一输出节点N_B2-1和第二输出节点N_B2-2之间。

参见图5，光伏组件PV_N的第三个电池串ST3利用第三个降压式的BUCK3变换电路来产生期望的电压输出，BUCK3电路中电感L3和电容C3组成低通滤波器，BUCK3电路的第一输入节点AN3连接到电池串ST3的阳极，BUCK3电路的第二输入节点CA3连接到ST3的阴极，开关S31和电感L3串联在第一输入节点AN3和BUCK3电路的第一输出节点N_B3-1之间。开关S31的一端和BUCK3电路的第一输入节点AN3相连，但是开关S31的相对另一端和BUCK3电路的第二输入节点(或者BUCK3电路的第二输出节点N_B3-2，因为节点CA3和节点N_B3-2相连)之间连接有另一个开关S32。输出电容C3连接在BUCK3电路的第一输出节点N_B3-1和第二输出节点N_B3-2之间。

在本申请中，暂时以三个电池串ST1～ST3和三个电压转换电路BUCK1～BUCK3为例来阐释本申请的发明精神。其中，BUCK1电路的第二输出节点N_B1-2和BUCK2电路的第一输出节点N_B2-1相连，BUCK2电路的第二输出节点N_B2-2和BUCK3电路的第一输出节点N_B3-1相连，电容C1和C2和C3串联在BUCK1电路的第一输出节点N_B1-1和BUCK3电路的第二输出节点N_B3-2之间。另外，载波发送模块130也连接在BUCK1电路的第一输出节点N_B1-1和BUCK3电路的第二输出节点N_B3-2之间，例如开关S_B和电容器C_B及电阻器R_B串联在第一输出节点N_B1-1和第二输出节点N_B3-2之间，而且在位置关系上开关S_B和电容器C_B及电阻器R_B三者中的任意两者的位置可以任意对调，还可以设置一个电阻器R_C并联在电容器C_B的两端。

参见图5，一个输出电容C2和一个开关S_WI串联连接在BUCK2电路的第一输出节点N_B2-1和第二输出节点N_B2-2之间。在其他的可选实施例中，还可以设置输出电容C1和开关S_WI串联连接在BUCK1电路的第一输出节点N_B1-1和第二输出节点N_B1-2之间，或者设置输出电容C3和开关S_WI串联连接在BUCK3电路的第一输出节点N_B3-1和第二输出节点N_B3-2之间。也就是说，开关S_WI任意选择和C1、C2、C3三者之一串联。在其他的可选实施例中，甚至还可以在BUCK1的第一输出节点N_B1-1和第二输出节点N_B1-2之间串联电容C1和第一个开关S_WI，还在BUCK2的第一输出节点N_B2-1和第二输出节点N_B2-2之间串联电容C2和第二个开关S_WI，同时在BUCK3的第一输出节点N_B3-1和第二输出节点N_B3-2之间串联电容C3和第三个开关S_WI。

参见图3～4，光伏组件均PV_N包括多级光伏电池串ST1～ST3，光伏组件PV_N配置有一个功率优化器OP_N，功率优化器OP_N都包括多级电压转换电路BU1～BU3，电压转换电路BU1将与其对应的一级光伏电池串ST1产生的电压进行升压或降压转换输出，电压转换电路BU2将与其对应的一级光伏电池串ST2产生的电压进行升压或降压转换输出，电压转换电路BU3将与其对应的一级光伏电池串ST3产生的电压进行升压或降压转换输出，其中，多个串接的光伏组件PV_1、PV_2、……PV_N各自对应分别配置有功率优化器OP_1、OP_2、……OP_N，优化器OP_1、OP_2、……OP_N各自输出的电压V_OUT1+V_OUT2+……V_OUTN累加在一起，作为多个光伏组件PV_1、PV_2、……PV_N的总输出电压。这里的电压转换电路可以采用图5的BUCK电路。

参见图3～4，在功率优化器OP_N中，电压转换电路BU1与其对应的一级光伏电池串ST1产生的电压进行电压转换而输出在一个输出电容C1上，电压转换电路BU2与其对应的一级光伏电池串ST2产生的电压进行电压转换而输出在一个输出电容C2上，电压转换电路BU3与其对应的一级光伏电池串ST3产生的电压进行电压转换而输出在一个输出电容C3上。功率优化器OP_N中各级电压转换电路BU1～BU3各自的电容C1～C3具有串联关系。如果定义功率优化器OP_N中每一级电压转换电路具有第一输出节点和第二输出节点，则这一级电压转换电路的输出电容C连接在它的第一输出节点和第二输出节点之间，而且任意后一级电压转换电路的第一输出节点和它的前一级电压转换电路的第二输出节点相连，从而将C1～C3予以串联，从而由这些串联的输出电容C1～C3上所叠加的电压来提供一个功率优化器OP_N的输出电压。以及光伏组件OP_N配置的一个载波发送模块130与这些串接的输出电容C1～C3并联，也即相当于载波发送模块130连接在功率优化器OP_N的多级电压转换电路中的首个第一级电压转换电路的第一输出节点和末尾的最后一级电压转换电路的第二输出节点之间。

参见图6，和图5的区别就是：将BUCK1电路的开关S12替换成二极管D12，二极管D12的阳极连接到ST1的阴极和BUCK1电路的第二输出节点N_B1-2，二极管D12的阴极连接到开关S11和电感L1之间互连的节点。同样将BUCK2电路的开关S22替换成二极管D22，二极管D22的阳极连到ST2的阴极和BUCK2的第二输出节点N_B2-2，二极管D22的阴极连接到开关S21和电感L2之间互连的节点。同样将BUCK3电路的开关S32替换成二极管D32，二极管D32的阳极连到ST3的阴极和BUCK3的第二输出节点N_B3-2，二极管D32的阴极连接到开关S31和电感L3之间互连的节点。

参见图7，和图5的区别就是：BUCK电路的结构略有改变。具体体现在：BUCK1电路的第一输入节点AN1连接到电池串ST1的阳极，BUCK1电路的第二输入节点CA1连接到ST1的阴极，开关S11和电感L1串联在第二输入节点CA1和BUCK1电路的第二输出节点N_B1-2之间。开关S11的一端和BUCK1电路的第二输入节点CA1相连，但是开关S11的相对另一端和BUCK1电路的第一输入节点(或者BUCK1电路的第一输入节点AN1，因为节点AN1和节点N_B1-1相连)之间连接有一个二极管D12，二极管D12的阳极连到开关S11和电感L1之间互连的节点，而二极管D12的阴极则连到第一输入节点AN1。电容C1连接在BUCK1的第一输出节点N_B1-1和第二输出节点N_B1-2之间。

参见图7，类似的，开关S21和电感L2串联在BUCK2电路的第二输入节点CA2和第二输出节点N_B2-2间。开关S21的一端和BUCK2的第二输入节点CA2相连，该开关S21的相对另一端和BUCK2电路的第一输入节点AN2(或者BUCK2电路的第二输出节点N_B2-1，因为节点AN2和节点N_B1-1相连)之间连接有一个二极管D22，二极管D22的阳极连到开关S21和电感L2之间互连的节点，二极管D22的阴极则连到第一输入节点AN2。电容C2连接在BUCK2的第一输出节点N_B2-1和第二输出节点N_B2-2之间。

参见图7，类似的，开关S31和电感L3串联在BUCK3电路的第二输入节点CA3和第二输出节点N_B3-2间。开关S31的一端和BUCK3的第二输入节点CA3相连，该开关S31的相对另一端和BUCK3电路的第一输入节点AN3(或者BUCK3电路的第二输出节点N_B3-1，因为节点AN3和节点N_B3-1相连)之间连接有一个二极管D32，二极管D32的阳极连到开关S31和电感L3之间互连的节点，二极管D32的阴极则连到第一输入节点AN3。电容C3连接在BUCK3的第一输出节点N_B3-1和第二输出节点N_B3-2之间。

参见图7，一个输出电容C3和一个开关S_WI串联连接在BUCK3电路的第一输出节点N_B3-1和第二输出节点N_B3-2之间。在其他的可选实施例中，还可以设置输出电容C1和开关S_WI串联连接在BUCK1电路的第一输出节点N_B1-1和第二输出节点N_B1-2之间，或者设置输出电容C2和开关S_WI串联连接在BUCK2电路的第一输出节点N_B2-1和第二输出节点N_B2-2之间。也就是说，开关S_WI任意选择和C1、C2、C3三者之一串联。在其他的可选实施例中，甚至还可以在BUCK1的第一输出节点N_B1-1和第二输出节点N_B1-2之间串联电容C1和第一个开关S_WI，同时还在BUCK2的第一输出节点N_B2-1和第二输出节点N_B2-2之间串联电容C2和第二个开关S_WI，同时在BUCK3的第一输出节点N_B3-1和第二输出节点N_B3-2之间串联电容C3和第三个开关S_WI。

参见图5～7的实施例，开关S11/S21/S31和开关S12/S22/S32在本申请中也可以称为切换开关或同步开关，二极管D12/D22/D32在本申请中也可以称为续流二极管，而且图7中的二极管D12/D22/D32还可以分别用三个切换开关来替代，只要满足作为常规的BUCK电路即可满足本申请的使用要求。参见图5～7的实施例，本申请的光伏优化器可归纳为：在某一个光伏组件的N级光伏电池串和N级电压转换电路中，任意第K级电压转换电路包括输出电容C_K，自然数K满足N≥K≥1，任意第K级电压转换电路的电容C_K连接在第K级电压转换电路的第一输出节点N_BK-1和第二输出节点N_BK-2之间。第K级的光伏电池串提供的电压对应输出在第K级的电压转换电路的第一输出节点N_BK-1和第二输出节点N_BK-2间。此外，还设置任意后一级的电压转换电路的第一输出节点和与之相邻的前一级电压转换电路的第二输出节点相连，从而我们可以在首个第一级电压转换电路的第一输出节点N_B1-1和末尾的最后第N级电压转换电路的第二输出节点N_BN-2之间，产生和提供该N级光伏电池串的总输出电压，由于这里与一个光伏组件匹配的N级电压转换实质上是一个优化器的组成部分，所以该总输出电压实质也是一个优化器的输出电压。一个光伏组件中光伏电池串的总级数等于一个优化器中的电压转换电路的总级数。从光伏组件的外部来观察，与第一级电压转换电路的第一输出节点N_B1-1相连的一端以及与第N级电压转换电路的第二输出节点N_BN-2相连的另一端可以视为一个光伏优化器的一对电压输出端口。

在其他的可选实施例中，BUCK电路可以被替换成升降压BUCK/BOOST电路，升降压同样可以实现MPPT演算。总而言之，只要某一个电压转换电路，能够将某一个电池串的正负极之间的电压予以输入，然后进行最大功率点追踪，并将电压输出在该电压转换电路的一组输出端之间的输出电容上即能替换图5～7中的BUCK电路。

参见图3～5，载波发送模块130至少包括相互串联的开关S_B和电容器C_B，在载波发送模块130发送通信载波的阶段，开关S_B由光伏组件OP_N配置的处理器132控制在关断和接通状态间切换，以便在传输线路LAN上形成携带有数据载波电流。在较佳的实施例中，最好是设置载波发送模块130包括相互串联的开关S_B和电容器C_B及一个电阻器R_B，而且还设置一个电阻器R_C并联在电容器C_B两端。在包括旁路电容C_B、旁路电阻R_B和开关S_B的通信电路中，可以先保持开关S_B处于关断的状态，如果处理器132试图与外部进行信息交互，处理器132发送的驱动信号快速从第一逻辑状态(例如低电平)跳转成第二逻辑状态(例如高电平)然后又回到第一逻辑状态，从而在高电平驱动下会接通的开关S_B被接通又关断。或者处理器132发送的驱动信号快速从第一逻辑状态(例如高电平)跳转成第二逻辑状态(例如低电平)然后又回到第一逻辑状态，从而在低电平驱动下会接通的开关S_B被接通又关断，开关S_B的该关-开-关过程可以重复多次。可以认为在控制开关S_B的驱动信号具有近乎瞬态跳转的上升沿或下降沿时刻，会接通开关S_B而产生流经载波发送模块130的谐波或称载波电流，该载波将会注入到连接在第一输出节点N_B1-1或者连接在第二输出节点N_B3-2上的传输线路LAN上。可以利用各种载波检测模块131a(例如空心线圈传感器或高频互感器、带通滤波器、解编码器)从流经传输线路上的电流信息中提取通信电路发送的载波信号进行解调。这种载波信息可以按照当前指定的各种通信协议被转换成二进制码元进行信息的交互。

参见图5～7，以光伏组件PV_N为例，在光伏组件PV_N配置的载波发送模块130发送通信载波的阶段：开关S_WI由该光伏组件PV_N配置的一个处理器132控制切换成关断状态，以将与该光伏组件PV_N相配的一个功率优化器OP_N中的各级电压转换电路BUCK1～BUCK3各自的输出电容C1～C3构成的串接支路予以断路。直至载波发送模块130发送通信载波的阶段结束后，开关S_WI才由处理器132控制切换成接通状态，恢复输出电容C1～C3的串接支路的通路关系，以避免电容C1～C3吸收载波信号。

参见图5～7，以光伏组件PV_N为例，它配置有可提供稳定电压源的电源模块(DC/DC电路)190，电源模块190分别将该光伏组件PV_N的各级光伏电池串ST1～ST3产生的电压转换成稳定的电压予以输出，其中光伏电池串ST1产生的电压通过二极管D1输送给该电源模块190，如光伏电池串ST1的正极连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极则连到电源模块190的电压输入端。光伏电池串ST2产生的电压通过二极管D2输送给该电源模块190，光伏电池串ST3产生的电压通过二极管D3输送给该电源模块190。另外作为可选的方案，该电源模块190还可以将与该光伏组件PV_N对应配置的一个功率优化器OP_N的输出电压(也即电容C1～C3产生的电压V_OUTN)转换成稳定的电压予以输出。必须限定：在光伏组件PV_N配置的载波发送模块130发送通信载波的阶段：光伏组件PV_N配置的电源模块190仅将光伏组件PV_N的各级光伏电池串ST1～ST3产生的电压进行采集和转换成稳定的电压予以输出，而不采集和转换功率优化器OP_N的输出电压V_OUTN，这是因为由于开关S_WI在此阶段进行高频的接通和关断切换，会施加额外的扰动噪声电压给电源模块190的电压输入端。电源模块190(可采用线性电源或开关电源等现有的电压转换方案)产生的稳定电压可以提供给滤波器131b、处理器132、无线通信模块133等作为工作电压。

参见图3～4，光伏功率优化系统还包括带有载波侦测模块131的数据采集设备275，载波侦测模块131包括电流传感器131a和滤波器131b，数据采集设备275用于对光伏电池串ST1～ST3的指定参数Parameter(如电压、电流、温度、功率等)进行采集，采集的方案体现在：以光伏组件PV_N为例，它配置的处理器132先行利用现有的方案对指定参数进行收集，譬如当前的很多MCU处理器自带有这些参数的感测模块，也可以利用辅助的参数采集模块来收集这些参数，在处理器132获知了这些参数信息后，然后处理器132就可以通过控制光伏组件PV_N配置的载波发送模块130在传输线路LAN上形成或发送表征了这些指定参数的通信载波数据，而数据采集设备275则利用带有的载波侦测模块130在该传输线路LAN上侦测和提取表示了指定参数的通信载波，从而采集到光伏组件中各个电池串的这些指定参数信息。

参见图8的实施例，与图3～7的各个实施例略有区别，每个光伏组件PV_1～PV_N均配置有收数据或发数据或收发数据的无线通信模块133，也可以同时配置有载波发送模块130，然后由无线通信设备273和无线通信模块133之间实现数据的交互，无线通信设备273可以集成在逆变器170中也可以是一个终端设备。此时数据完全可以以无线的形式传输，所以载波发送模块130和载波侦测模块131可以选用或不选用。

在本申请中，所言的数据等可以是用户指令、命令或其他任意数据信息。

以上，通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述发明提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。