专利名称：太阳能发电系统及其功率调节器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能发电系统及其功率调节器。
背景技术：
以往，在太阳能发电系统的功率调节器所包括的逆变器中使用IGBT(半导体开关元件)，但是IGBT的耐压通常为600V、1200V、1700V等，并存在通电时的电力损失随着耐压值升高而增大的倾向。另外，考虑到在进行开关操作时由于过渡阶段而产生的反复过电压，在直流电压侧实际可使用的电压分别为400V、800V、1000V左右。而且，关于太阳能电池模块的耐压，在日本使用600V以下的电压，而在其他国家和地区、尤其是欧洲等使用了甚至达到1000V左右的电压。图I表示现有的太阳能发电系统的结构示例。以往，以不超过上述太阳能电池模块的耐压的方式将多个太阳能电池模块串联连接来构成太阳能电池模块组，通过将多个这样的太阳能电池模块组并联连接后连接到功率调节器来增加整个太阳能发电系统的总发电量。
实用新型内容实用新型要解决的问题随着太阳能发电系统越来越大容量化、大规模化，太阳能电池的总电流增大，并且相对于功率调节器的距离也存在变远的倾向，因此需要通过尽可能地提高从太阳能电池输出的电压并减小电流来降低因布线电阻产生的能量损失，或者通过使布线线缆变细来抑制系统的整体成本。另外，在欧洲等，太阳能电池模块的耐压是1000V左右，这与日本相比高，因此能够将串联连接太阳能电池而得到的电压升高至接近1000V。如果那样的话，逆变器中需要使用耐压为1700V的IGBT类型，而不是使用耐压为1000V的IGBT类型，从而导致电力损失变大，发电效率降低。有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种即使使用与以往相同的逆变器也能够提高直流电压、提高系统整体效率并且降低总成本的太阳能发电系统。
_9] 用于解决问题的方案本实用新型的太阳能发电系统，具备太阳能电池；以及功率调节器，其输入级与上述太阳能电池相连接，该太阳能发电系统的特征在于，上述功率调节器包括开关；上述太阳能电池由第一太阳能电池模块组和第二太阳能电池模块组串联连接而成；并且上述第二太阳能电池模块组与上述开关并联连接。在上述太阳能发电系统中，当上述开关处于断开状态时，上述第一太阳能电池模块组和上述第二太阳能电池模块组串联连接在上述功率调节器的输入级；以及当上述开关处于接通状态时，仅上述第一太阳能电池模块组连接在上述功率调节器的输入级。在上述太阳能发电系统中，上述功率调节器还包括运行状态检测单元，其检测上述功率调节器的运行状态；以及开关控制单元，其根据上述运行状态检测单元所检测到的运行状态来控制上述开关的断开和接通状态。在上述太阳能发电系统中，上述功率调节器还包括电压控制单元，该电压控制单元与上述开关控制单元相连接，并在上述开关控制单元使上述开关处于接通状态时，使由上述太阳能电池提供的直流电压降低至如下值，该值与上述第二太阳能电池模块组的最大直流输出电压之和处于最大功率点跟踪动作范围内。本实用新型的太阳能发电系统的功率调节器，上述功率调节器的输入级与由第一太阳能电池模块组和第二太阳能电池模块组串联连接而成的太阳能电池相连接，该功率调节器的特征在于，包括开关；上述第二太阳能电池模块组与上述开关并联连接。在上述太阳能发电系统的功率调节器中，当上述开关处于断开状态时，上述第一太阳能电池模块组和上述第二太阳能电池模块组串联连接在上述功率调节器的输入级；以及当上述开关处于接通状态时，仅上述第一太阳能电池模块组连接在上述功率调节器的输入级。 上述太阳能发电系统的功率调节器还包括运行状态检测单元，其检测上述功率调节器的运行状态；以及开关控制单元，其根据上述运行状态检测单元所检测到的运行状态来控制上述开关的断开和接通状态。上述功率调节器还包括电压控制单元，该电压控制单元与上述开关控制单元相连接，并在上述开关控制单元使上述开关处于接通状态时，使由上述太阳能电池提供的直流电压降低至如下值，该值与上述第二太阳能电池模块组的最大直流输出电压之和处于最大功率点跟踪动作范围内。实用新型的效果为了实现即使从太阳能电池输出的直流电压变高也能够避免在逆变器中使用高耐压的IGBT，在本实用新型所涉及的太阳能发电系统中，通过在功率调节器中增加一开关，使得功率调节器的输入级可以在开始运行时并联连接与以往具有相同数量的串联太阳能电池模块的太阳能电池，并在经由直流电压控制使得输入级的直流电压降低至例如运行最低电压(以下为MPPT下限值)的预定值之后，通过操作开关使得与功率调节器的输入级并联连接的太阳能电池与以往相比追加了一定数量的串联太阳能电池模块，由此，可以在不向逆变器施加过大的电压的情况下增加太阳能电池的总串联模块数，从而能够提高运行电压。
图I表示现有太阳能发电系统的电路示意图。图2表示根据本实用新型的太阳能发电系统的优选实施方式的电路示意图。图3表示根据本实用新型的太阳能发电系统在运行开始时的序列图。附图标记说明I :太阳能发电系统;2、20 :太阳能电池;3、30 :功率调节器;4、40 :逆变器；Sffl :电压降低用开关；sw :切断器;A、B :太阳能电池模块组。
具体实施方式
[0025]下面，参照附图来说明本实用新型的优选实施方式。此外，本实施方式是示例性的，而无意限制本实用新型的具体实施方式
。如图2所示，太阳能发电系统I包括太阳能电池2，其包括各自由一个或多个太阳能电池模块连接而成的太阳能电池模块组A和太阳能电池模块组B ;功率调节器3，其包括逆变器4。太阳能电池模块组A和太阳能电池模块组B通过端子a c连接到功率调节器3的输入级，其中，太阳能电池模块组A是将与以往结构的太阳能发电系统所能够串联连接的太阳能电池模块的数量相同的数量的太阳能电池模块串联连接而成的，最高直流电压为750V，太阳能电池模块组B的最高直流电压为250V，因此太阳能电池模块组A和太阳能电池模块组B的串联总电压可达到1000V。另外，功率调节器3还包括电压降低用开关SW1，太阳能电池模块组B与该电压降低用开关SWl并联连接。如图2所示，当该电压降低用开
关SWl处于断开状态时，太阳能电池模块组A和太阳能电池模块组B串联连接在功率调节器3的输入级；当该电压降低用开关SWl处于接通状态时，仅太阳能电池模块组A连接在功率调节器3的输入级。功率调节器3可优选地还包括运行状态检测单元，其检测功率调节器3的运行状态；以及开关控制单元，其根据运行状态检测单元所检测到的运行状态来控制电压降低用开关SWl的断开和接通。此外，太阳能发电系统中的功率调节器通常能够进行最大功率点跟踪(MPPT，Maximum Power Point Tracking)控制,用以最大限度地取出太阳能电池的输出电力。具体到根据本实用新型的太阳能发电系统1，功率调节器3优选地还包括电压控制单元，该电压控制单元与开关控制单元相连接，并在开关控制单元使电压降低用开关SWl处于接通状态时，使太阳能电池2 (具体为太阳能电池模块组A)提供的直流电压降低至如下值，该值与太阳能电池模块组B的最高直流输出电压之和处于最大功率点跟踪动作范围内。下面，使用图3说明根据本实用新型的太阳能发电系统的动作。在太阳能电池发电电力为O时，功率调节器3(具体为其中的逆变器4)处于停止运行状态(图3的110)，此时使电压降低用开关SWl处于接通状态，也即使从太阳能电池模块组B输出的电压变为零，从而只有从太阳能电池模块组A输出的电压施加到逆变器4。在太阳能电池的开路电压持续超过逆变器4所能够运行的设定电压达预定时间之久的情况下，视为逆变器4的运行条件成立(图3的120)，相应地，逆变器4开始运行(图
3的 130)。在开始运行之后，功率调节器3的电压控制单元进行使接入功率调节器3的输入级的直流电压降低的控制。在使输入级的直流电压降低至能够继续运行的直流电压、即MPPT下限值(本例中是450V)时(图3的140)，开关控制单元使上述电压降低用开关SWl断开(图3的150)，从而从太阳能电池模块组A和太阳能电池模块组B都发出电力。此时，由于太阳能电池模块组A的电压已经降低至450V，因此即使连接太阳能电池模块组B，施加到逆变器4的电压也不会成为800V以上。在断开上述电压降低用开关SWl之后，优选通过电压控制单元将功率调节器3的直流运行范围(下面是MPPT动作范围)控制在450V至800V内，以使得即使在运行过程中也不会向逆变器4施加过高电压。换言之，在功率调节器3(具体为其中的逆变器4)的输入级同时连接以往结构的太阳能电池组(例如太阳能电池模块组A)和高电压化应对部分(例如太阳能电池模块组B)之后，功率调节器3开始进行普通的MPPT控制(图3的160)，由此进入能够进行太阳能电池的最优点、即最优的电压条件下运行的状态。另外，即使将太阳能电池模块的输出短路，在特性上也不会流过如普通电池等那样的过电流，因此上述电压降低用开关的选择变得容易。例如，该电压降低用开关SWl可以使用电磁接触器或者IGBT等半导体开关元件。如上所述，通过在功率调节器内经由电压降低开关来选择性地切换是否对以往结构的太阳能电池组(例如太阳能电池模块组A)追加高电压化应对部分(例如太阳能电池模块组B)，由此不会产生对逆变器施加过高电压的问题。因此，能够在逆变器中使用损失比较少的开关元件，从而能够防止转换效率下降。此外，上述实施方式是本实用新型的示例性实施例。因此，本实用新型不限于上述实施方式，即使是除该实施方式以外的实施方式，只要在不脱离本实用新型所涉及的技术 思想的范围内，就能够根据设计等进行各种变更，这是不言而喻的。
权利要求1.一种太阳能发电系统，具备 太阳能电池；以及 功率调节器，其输入级与上述太阳能电池相连接， 该太阳能发电系统的特征在于， 上述功率调节器包括开关； 上述太阳能电池由第一太阳能电池模块组和第二太阳能电池模块组串联连接而成；并且 上述第二太阳能电池模块组与上述开关并联连接。
2.根据权利要求I所述的太阳能发电系统，其特征在于， 当上述开关处于断开状态时，上述第一太阳能电池模块组和上述第二太阳能电池模块组串联连接在上述功率调节器的输入级；以及 当上述开关处于接通状态时，仅上述第一太阳能电池模块组连接在上述功率调节器的输入级。
3.根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于，上述功率调节器还包括 运行状态检测单元，其检测上述功率调节器的运行状态；以及 开关控制单元，其根据上述运行状态检测单元所检测到的运行状态来控制上述开关的断开和接通。
4.根据权利要求3所述的太阳能发电系统，其特征在于， 上述功率调节器还包括电压控制单元，该电压控制单元与上述开关控制单元相连接，并在上述开关控制单元使上述开关处于接通状态时，使由上述太阳能电池提供的直流电压降低至如下值，该值与上述第二太阳能电池模块组的最大直流输出电压之和处于最大功率点跟踪动作范围内。
5.一种太阳能发电系统的功率调节器，上述功率调节器的输入级与由第一太阳能电池模块组和第二太阳能电池模块组串联连接而成的太阳能电池相连接，该功率调节器的特征在于， 包括开关； 上述第二太阳能电池模块组与上述开关并联连接。
6.根据权利要求5所述的功率调节器，其特征在于， 当上述开关处于断开状态时，上述第一太阳能电池模块组和上述第二太阳能电池模块组串联连接在上述功率调节器的输入级；以及 当上述开关处于接通状态时，仅上述第一太阳能电池模块组连接在上述功率调节器的输入级。
7.根据权利要求6所述的功率调节器，其特征在于，还包括 运行状态检测单元，其检测上述功率调节器的运行状态；以及 开关控制单元，其根据上述运行状态检测单元所检测到的运行状态来控制上述开关的断开和接通。
8.根据权利要求7所述的功率调节器，其特征在于， 上述功率调节器还包括电压控制单元，该电压控制单元与上述开关控制单元相连接，并在上述开关控制单元使上述开关处于接通状态时，使由上述太阳能电池提供的直流电压降低至如下值，该值与上述第二太阳能电池模块组的最大直流输出电压之和处于最大功率点跟踪动 作范围内。
专利摘要本实用新型提供一种太阳能发电系统及其功率调节器，随着系统的大容量化，为了提高系统整体的总发电效率，而存在提高太阳能电池模块的输出的趋势，本实用新型的课题在于以不降低功率调节器的效率就可应对直流电压的高电压化。该太阳能发电系统具备太阳能电池；以及功率调节器，其输入级与太阳能电池相连接，其中，功率调节器包括开关，太阳能电池由第一太阳能电池模块组和第二太阳能电池模块组串联连接而成，并且第二太阳能电池模块组与开关并联连接。
文档编号H02J7/00GK202475313SQ20122002935
公开日2012年10月3日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者小林猛 申请人:日新电机株式会社