專利名稱：先進(jìn)的可再生能量收獲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般而言涉及可再生能量電力管理領(lǐng)域。更為特別的是，本發(fā)明涉及DC能 源系統(tǒng)的電力產(chǎn)生、電力轉(zhuǎn)換和電力管理。
背景技術(shù)：
在廣泛使用的所有燃料中，燃煤能量基本產(chǎn)生最高的溫室氣體排放量。美國(guó)當(dāng)前 使用燃煤燃料來(lái)提供大約一半的國(guó)家電力。當(dāng)前，美國(guó)正在不斷尋求發(fā)現(xiàn)廉價(jià)有效的方式， 以便產(chǎn)生自己的清潔能源，從而改善環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立。向更多節(jié)能政策的轉(zhuǎn)移也可以創(chuàng)建新的工作職位。例如，由于采取節(jié)能政策，在 1977年到2007年間在加利福尼亞創(chuàng)建了接近一百五十萬(wàn)個(gè)工作職位。該州的政策將雇員 酬償提高了 446億美元。太陽(yáng)能是最為清潔的可用能源之一。以電磁輻射的形式從太陽(yáng)那里獲取陽(yáng)光，并 通過(guò)使用光伏(PV)電池將其生成為直流電(DC)。PV電池由諸如硅之類的半導(dǎo)體制成，并 且采用半導(dǎo)體陣列、薄膜、墨水或其他材料的形式制造。單個(gè)PV電池可以被匯聚，互連在一 起，然后被封裝到具有一定大小和尺寸的太陽(yáng)能電池板中，該電池板處于堅(jiān)固且環(huán)境密封 的外殼內(nèi)部，所述外殼適于物理裝配和/或安裝在住宅、商業(yè)場(chǎng)所、車輛、屋頂以及其他場(chǎng) 所。DC具有電流⑴和電壓(V)。由太陽(yáng)能電池板或串聯(lián)電池板群組產(chǎn)生的電流與輸 出電壓之間的關(guān)系可以作為一組IV曲線而被繪制或圖示在XY軸上。太陽(yáng)能電池板的輸出 電流I呈現(xiàn)出與光譜功率密度或在指定時(shí)間照射該電池板的日光等級(jí)(光譜輻照度)的直 接關(guān)系，并且有可能相對(duì)于很小的輻射度改變而發(fā)生急劇變化。在串聯(lián)連接一定數(shù)量的此 類太陽(yáng)能電池板的典型情形中，電流等級(jí)最低的太陽(yáng)能電池板將會(huì)規(guī)定或設(shè)置流經(jīng)該串聯(lián) 電路的電流。由于受限于性能最差的電池板，串聯(lián)電池板有可能損失高達(dá)60%的能量。圖1示出的是一種與受限于電流等級(jí)最低的太陽(yáng)能電池板的串聯(lián)太陽(yáng)能電池板 相關(guān)的問(wèn)題。在晴天，所有電池板可以接收到相同等級(jí)的日光。然而，如果天空中有云100， 那么這些云有可能將電池板110局部變暗。由此，即使某些電池板可以接收到幾乎所有日 光120，但由于該系統(tǒng)是串聯(lián)連接的130，因此，電流將會(huì)受限于性能最差的電池板110。通過(guò)引入最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)算法，用來(lái)優(yōu)化可供收獲的總電力，以將電力輸 出保持在指定系統(tǒng)或串電流可能實(shí)現(xiàn)的最大等級(jí)，由此獲得太陽(yáng)能電池板陣列的最佳電 力。通常，實(shí)施這種MPPT功能所需要的電子設(shè)備和任何軟件都被引入到了網(wǎng)聯(lián)式PV系統(tǒng)的系統(tǒng)DC-AC轉(zhuǎn)換功能(DC-AC轉(zhuǎn)換器)的實(shí)施方式中，或者充當(dāng)用于離網(wǎng)型太陽(yáng)能應(yīng)用的 蓄電池充電和控制系統(tǒng)中的組件。全局的MPPT算法只提供了整個(gè)串的平均工作點(diǎn)，而不是 最大值。而經(jīng)過(guò)優(yōu)化的系統(tǒng)則為每個(gè)電池板提供MPPT功能，從而顧及單個(gè)電池板的最優(yōu)工 作點(diǎn)以及電池板工作特性的變化性。串轉(zhuǎn)換器必須能夠適應(yīng)具有不同數(shù)量的互連電池板以及多種電池板類型的串。由 于這些變化性，串聯(lián)系統(tǒng)中使用的傳統(tǒng)DC-AC轉(zhuǎn)換器遭遇到了很高的應(yīng)力和熱量等級(jí)，由 此導(dǎo)致在前六個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)了百分之一的故障率。目前業(yè)已實(shí)施了各種方法來(lái)將能量輸出最大化。例如，在美國(guó)專利7，158，395中， 開(kāi)發(fā)了一種外部電壓反饋回路來(lái)追蹤上升電源的趨勢(shì)，并且相應(yīng)地調(diào)整MPPT算法。由于電 池板的串聯(lián)連接，這種方法會(huì)受到在任何時(shí)間點(diǎn)可以收獲的總的或最大系統(tǒng)電力方面的限 制，而且該方法還會(huì)遭遇到流經(jīng)這種串聯(lián)電路的電流不能大于由電池板以最小輸出電流產(chǎn) 生的電流的要求。美國(guó)公開(kāi)號(hào)2008/0097655論述了為每一個(gè)太陽(yáng)能電池板計(jì)算單獨(dú)的MPPT以優(yōu)化 功率產(chǎn)生。W026]這些面板單獨(dú)為總線供電。W026]在該總線上將有關(guān)于每一個(gè)電池板 的信息傳送至管理單元，所述管理單元?jiǎng)t使用TCP/IP協(xié)議來(lái)與網(wǎng)絡(luò)相連。
40021] 該管理單元為系統(tǒng)部件提供監(jiān)視和控制。
設(shè)計(jì)串聯(lián)電池板系統(tǒng)是非常耗時(shí)的。所有電池板必須來(lái)自同一制造商并具有相同 的模型或功率額定值，多個(gè)串聯(lián)的電池板串必須具有相同長(zhǎng)度或包含相同數(shù)量的電池板， 與太陽(yáng)的方位不同的電池板必須作為單獨(dú)的子系統(tǒng)來(lái)處理，并且現(xiàn)有設(shè)備的添加件作為添 加了完全獨(dú)立的子系統(tǒng)來(lái)處理。串聯(lián)電池板系統(tǒng)的維護(hù)同樣也很耗時(shí)。當(dāng)系統(tǒng)串聯(lián)連接時(shí)，電池板之一中的缺陷 將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障。該缺陷類似于一串圣誕燈中的某一盞燈壞掉時(shí)出現(xiàn)的缺陷。 為了定位損壞的電池板，技術(shù)人員必須分別測(cè)試各電池板。結(jié)果，雇用技術(shù)人員訪問(wèn)該地點(diǎn) 以及定位損壞電池板的成本將會(huì)很高。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明為每個(gè)能量收集源都提供了單獨(dú)的DC DC升壓轉(zhuǎn)換器以 及最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)部件。在一個(gè)實(shí)施例中，能量收集源是太陽(yáng)能電池板。MPPT部件 將電池板的輸出阻抗與升壓轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗相匹配，以便最大化每一個(gè)電池板的功率。 單個(gè)轉(zhuǎn)換器部件將電池板的輸出電壓提升至一個(gè)足以在將DC有效地逆變成AC電壓的同時(shí) 最小化傳輸線損耗的電壓。通過(guò)使用將具有恒定電壓輸出的多個(gè)太陽(yáng)能電池板與DC母線 互連的并聯(lián)方法，可以消除與使用串聯(lián)連接的太陽(yáng)能電池板串相關(guān)的問(wèn)題。該系統(tǒng)允許將 來(lái)自每一個(gè)單獨(dú)優(yōu)化的電池板的電流加在一起，以產(chǎn)生與任何一個(gè)電池板的效率或太陽(yáng)能 轉(zhuǎn)換能力相獨(dú)立的電流。結(jié)果，由于該系統(tǒng)即使具有損壞的電池板仍可繼續(xù)運(yùn)作，因此該系 統(tǒng)克服了圣誕燈問(wèn)題。這樣做提供了使用具有不同IV特性的不同太陽(yáng)能電池板、利用不同的PV技術(shù)構(gòu) 造的電池板、以及以相對(duì)于太陽(yáng)的不同方位安裝的電池板的自由度。在一個(gè)實(shí)施例中，可在 任何時(shí)間額外安裝附加的電池板。在另一個(gè)實(shí)施例中，諸如燃料電池、電池、風(fēng)輪機(jī)等其他電力源與單個(gè)轉(zhuǎn)換器部件相耦合，并且附著于DC母線，以便進(jìn)行使用或者進(jìn)行DC-AC轉(zhuǎn)換 以供使用或者回售給公用事業(yè)公司。在另一個(gè)實(shí)施例中，通信部件與每個(gè)電池板耦合，以便進(jìn)行監(jiān)視。該監(jiān)視系統(tǒng)提供 如下信息，例如電池板ID、溫度、電壓、電流、功率、效率、診斷信息等。該監(jiān)視系統(tǒng)針對(duì)的是 單個(gè)用戶或是收獲能量的公司。該信息有助于技術(shù)人員迅速確定發(fā)生故障的電池板，并且 最大化每一個(gè)電池板的效率。此外，該監(jiān)視系統(tǒng)還提供了關(guān)于整個(gè)系統(tǒng)的輸出和效率的信 息，并且向生產(chǎn)者警告表現(xiàn)欠佳或是存在問(wèn)題的電力生產(chǎn)。


圖1是示出了現(xiàn)有技術(shù)中的串聯(lián)太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)的框圖；圖2A是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)的例圖；圖2B是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的并聯(lián)太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)的例圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例并且包含了電池板模塊、逆變器以及監(jiān)視系統(tǒng)的太 陽(yáng)能電池板系統(tǒng)的例圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)的更詳細(xì)例圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的作為時(shí)間函數(shù)的從太陽(yáng)能電池板獲取的電力的 示例。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種用于從太陽(yáng)能電池板收獲電能以及將其轉(zhuǎn)換成能量的系統(tǒng)和方法。 每一個(gè)太陽(yáng)能電池板都與轉(zhuǎn)換器部件相耦合，該轉(zhuǎn)換器部件并聯(lián)連接到DC電力母線。該轉(zhuǎn) 換器部件包括用于提升電池板的輸出電壓、以便在功率母線上執(zhí)行DC傳輸?shù)腄C DC升壓轉(zhuǎn) 換器，用于將電池板與傳輸母線之間傳送的能量最大化的MPPT部件，以及用于接收有關(guān)于 電池板的信息并將該信息發(fā)送至管理電池板的用戶和公司的通信部件。電力母線與逆變器 相連，以便將電力從直流電(DC)變?yōu)榻涣麟?AC)，并且產(chǎn)生與電網(wǎng)同相的AC。在圖2A中示出了用于每一個(gè)太陽(yáng)能電池板的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例 中，電力是從太陽(yáng)能電池板200獲取的。在另一個(gè)實(shí)施例中，電力是從其他能源獲取的，例 如風(fēng)、水電、燃料電池、電池等等或是這些來(lái)源的組合。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)理解，雖然 本系統(tǒng)是參考太陽(yáng)能電池板論述的，但是該系統(tǒng)架構(gòu)很容易應(yīng)用于其他能源。每一個(gè)太陽(yáng)能電池板200都與單獨(dú)的轉(zhuǎn)換器部件205相耦合。該轉(zhuǎn)換器部件205 接收太陽(yáng)能電池板200輸出的電力。轉(zhuǎn)換器部件205包括DC DC升壓轉(zhuǎn)換器210、MPPT部 件215以及通信部件220。MPPT部件215使用MPPT算法來(lái)確定最大功率點(diǎn)。升壓轉(zhuǎn)換器 210將所述電力輸出轉(zhuǎn)換成較高電壓和較低電流，以便經(jīng)由DC電力母線225傳送至逆變器 230。通信部件220收集有關(guān)于太陽(yáng)能電池板200的信息，例如電池板標(biāo)識(shí)、電壓、電流、功 率、溫度、診斷信息等等。逆變器230將電力從DC轉(zhuǎn)換成AC，以便將其傳送至電網(wǎng)235或傳送至電池235以 供存儲(chǔ)。由通信部件220收集的有關(guān)于太陽(yáng)能電池板200和轉(zhuǎn)換器模塊205的信息，例如 電池板ID、溫度、電壓、電流、功率、效率、診斷信息等，被傳送至構(gòu)成逆變器230 —部分的相 應(yīng)通信部件240。在下文中將會(huì)更詳細(xì)地論述這些部件。
圖2B示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中所有電池板并聯(lián)連接。這些電池板可以由不 同制造商生產(chǎn)以及使用不同技術(shù)(例如晶體硅、薄膜、非晶硅等等)和規(guī)范構(gòu)造。并聯(lián)連接 的電池板以相互獨(dú)立的方式工作。結(jié)果，以收獲能量的最佳位置和最佳角度來(lái)安裝這些電 池板。太陽(yáng)能電池板200與單個(gè)轉(zhuǎn)換器部件205耦合。能量經(jīng)由DC電力母線225而被傳 送至逆變器230。圖3是包含了將通信部件220獲取的數(shù)據(jù)從逆變器230經(jīng)由因特網(wǎng)300送至用戶 的傳輸操作的系統(tǒng)的例圖。該監(jiān)視數(shù)據(jù)被發(fā)送至安裝者、生產(chǎn)者、消費(fèi)者、公用事業(yè)公司等 等。所述數(shù)據(jù)可以從任何位置查閱，例如在臺(tái)式計(jì)算機(jī)305、膝上型計(jì)算機(jī)310乃至手持設(shè) 備315上。圖3還示出了不同電池板會(huì)產(chǎn)生不同的電量。例如，某些電池板產(chǎn)生167瓦特，某 些電池板則產(chǎn)生188瓦特等等。此外，這些電池板并不全是同一陣列的一部分。脫離陣列 的電池板306采用了與其他電池板200相同的方式來(lái)與電力母線225相連。電路框圖在圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)電路框圖。DC DC升壓轉(zhuǎn)換器210 包括輸入濾波器400、輔助電源405、回掃切換網(wǎng)絡(luò)410、輸出濾波器和共模扼流圈415、或運(yùn) 算二極管420、以及使能/禁用工作傳感器435。轉(zhuǎn)換器部件205接收可變的DC輸入電壓 和電流，并且按照逆變器230所設(shè)置的，將其轉(zhuǎn)換成在由DC母線225所確定的電壓電平處 的輸出功率。輸入濾波器400執(zhí)行從回掃切換網(wǎng)絡(luò)41返回到電池板200的電磁干擾濾波。 輔助電源405為轉(zhuǎn)換器部件205內(nèi)的各個(gè)電路提供內(nèi)部電力。輸出濾波器和共模扼流圈部件415提供輸出到DC母線225的電磁干擾濾除，并且 阻止濾波器部件吸收通信信號(hào)。然后，該輸出經(jīng)由或運(yùn)算二極管420連接到DC母線，其中 所述二極管防止電力從DC母線225反饋至轉(zhuǎn)換器部件205。MPPT部件215包括MPPT控制器425和脈沖寬度調(diào)制器(PWM)430。MPPT控制器 425確定電池板200的輸出阻抗，并且經(jīng)由PWM 430來(lái)匹配回掃切換網(wǎng)絡(luò)410的輸入阻抗， 以實(shí)現(xiàn)最大電力傳輸。MPPT控制器425包括自變換量程特征，該特征允許在同一母線225 上使用具有不同輸出電壓和電流的電池板。電池板200的輸出被感測(cè)，并且選擇恰當(dāng)?shù)墓?作范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，回掃切換網(wǎng)絡(luò)410提升輸入電壓，直至電力開(kāi)始流到DC母線225 上為止。通過(guò)使用這種拓?fù)?，可以?shí)現(xiàn)大于95%的輸出功率-輸入功率效率。使能/禁用工作傳感器部件435執(zhí)行電路功能測(cè)試，例如測(cè)試溫度、電壓和電流， 以便確保轉(zhuǎn)換器部件205內(nèi)的工作的安全操作規(guī)范。加電順序包括在啟用PWM 430和回 掃切換網(wǎng)絡(luò)410之前，檢查來(lái)自逆變器230且經(jīng)由DC母線225和通信部件220的使能信 號(hào)。當(dāng)禁用時(shí)，轉(zhuǎn)換器部件205處于斷路狀態(tài)，并且具有零輸出電壓和電流。使能/禁用部 件435還在內(nèi)部限制了輸出電壓，以便防止該電路失控和毀壞。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓限度 被設(shè)置在375V。如果來(lái)自逆變器230的使能信號(hào)丟失，則立即禁用PWM 430和回掃切換網(wǎng) 絡(luò)410，并且采用一種受控方式來(lái)排放過(guò)量的電壓和電流。在一個(gè)實(shí)施例中，通信部件220即物理層經(jīng)由用于與逆變器230進(jìn)行電力線通信 的射頻(RF)載波，被電容耦合440至DC母線225。其他物理層實(shí)施例包括電感耦合至DC 母線212，以及轉(zhuǎn)換器部件205與逆變器230之間的無(wú)線通信。在一個(gè)實(shí)施例中，該通信協(xié) 議是使用控制器區(qū)域網(wǎng)(CAN)總線實(shí)現(xiàn)的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到適合每一個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的是哪一個(gè)實(shí)施例。在本實(shí)施例中，無(wú)論輸入電壓和電流怎樣，輸出始終是相同的，由此，多個(gè)轉(zhuǎn)換器 部件205可以并聯(lián)連接，以便獲得每個(gè)電池板的功率總和。電力控制回路是未經(jīng)調(diào)整的，由 此，DC母線225確定轉(zhuǎn)換器部件205的輸出電壓。通過(guò)這種方式，所有并聯(lián)的轉(zhuǎn)換器部件 205都會(huì)調(diào)節(jié)至母線電壓，這是由逆變器230根據(jù)其工作要求設(shè)置的。通過(guò)并聯(lián)連接電池板200以及執(zhí)行每個(gè)電池板的最大功率點(diǎn)操作，每個(gè)電池板都 是作為獨(dú)立于系統(tǒng)內(nèi)的其他電池板的電力發(fā)生器工作的。通過(guò)這樣的方式，由于溫度影響、 陰影、電池板故障或斷連所導(dǎo)致的電力損耗將會(huì)僅限于受影響的電池板，并且電力損耗將 會(huì)最小化。相反，在傳統(tǒng)的串拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，電池板連接在串聯(lián)的串中，并且系統(tǒng)性能由性能最 差的電池板確定。在傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，單個(gè)電池板故障或是斷連將會(huì)拖累整個(gè)串。圖5是作為時(shí)間函數(shù)的電壓的圖表。DC電壓500和AC電壓510是按照24小時(shí)周 期繪制的。AC曲線下方的區(qū)域代表總功率520。該圖表證明，由于電池板是并聯(lián)連接而不 是采用傳統(tǒng)的串聯(lián)串拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此，通過(guò)MPPT控制器425，可以在初始啟動(dòng)階段和電池板 遭遇到陰影的時(shí)候恢復(fù)能量。與逐電池板的電壓升壓相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)有很多。首先，由于現(xiàn)在通過(guò)轉(zhuǎn)換器部件205 將每個(gè)電池板的輸出標(biāo)準(zhǔn)化，因此，可以將具有任何大小和工作特性的電池板并入到單個(gè) 系統(tǒng)中。其次，基本可以在任何位置或以任何配置來(lái)設(shè)置電池板，這顯著減少了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和 安裝時(shí)間及成本。最后，可以在現(xiàn)有技術(shù)中添加附加電池板，而不需要重新設(shè)計(jì)和重新安裝 整個(gè)系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池板與諸如燃料電池、風(fēng)輪機(jī)、電池等其他電力源整 合到單個(gè)DC母線225上。每個(gè)電力源都具有自己的轉(zhuǎn)換器部件205，這將會(huì)為并網(wǎng)或離網(wǎng) 應(yīng)用產(chǎn)生最大的系統(tǒng)整合度。DC AC逆變器系統(tǒng)逆變器215將電DC(即從例如太陽(yáng)能電池板、燃料電池、電池或風(fēng)輪機(jī)等DC能源 輸出的電壓和電流)轉(zhuǎn)換成AC (即電壓和電流輸出)，并且將AC傳送到公共電網(wǎng)235或電 池235。當(dāng)DC源被用于補(bǔ)充電網(wǎng)時(shí)，并網(wǎng)逆變器執(zhí)行DC-AC轉(zhuǎn)換以及針對(duì)公共電網(wǎng)的調(diào)整 同步。系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余電力根據(jù)系統(tǒng)位置而被回售給公共事業(yè)公司。對(duì)于離網(wǎng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)， 從太陽(yáng)能電池板以及其他可再生能源收獲的能量被用于提供電力并被保存在系統(tǒng)中，例如 在能源不可用時(shí)使用的電池。在一個(gè)實(shí)施例中，由于DC母線225的電壓被轉(zhuǎn)換器部件205升壓至優(yōu)化電平，并 且由此在逆變器的輸出端不需要輸入DC電壓電平轉(zhuǎn)換器或是電平轉(zhuǎn)換變壓器，因此，與傳 統(tǒng)模型相比，逆變器230是復(fù)雜度更低并且更小型的逆變器。較小的逆變器成本較低，建立 起更可靠的系統(tǒng)，并且顯著改善了電力收獲。逆變器230包括優(yōu)化調(diào)制器、功率因數(shù)校正、抗孤島效應(yīng)、以及電網(wǎng)同步電路。它 還包括在逆變器230與耦合至電池板200的轉(zhuǎn)換器部件205之間提供數(shù)據(jù)傳送的通信部件 240。逆變器230還可以包含輔助通信部件，用于將系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送至基于web的服務(wù)，以便 分發(fā)給適當(dāng)?shù)睦嫦嚓P(guān)者，例如系統(tǒng)所有者、安裝者、金融家等等。通信層可以用于從系統(tǒng)收集操作數(shù)據(jù)，以及控制每一個(gè)轉(zhuǎn)換器部件205的操作。 例如在一個(gè)實(shí)施例中，逆變器230向轉(zhuǎn)換器模塊205發(fā)送電力良好信號(hào)，以便確認(rèn)該系統(tǒng)被正確連接并且是在正常參數(shù)以內(nèi)工作。該電力良好信號(hào)通常是在系統(tǒng)通電之后不久發(fā)送 的。如果通信部件205沒(méi)有接收到這個(gè)電力良好信號(hào)，則禁用升壓轉(zhuǎn)換器210，以防止損壞 各個(gè)部件，以及在系統(tǒng)必須關(guān)閉的維護(hù)或緊急情況下提供安全的環(huán)境。操作數(shù)據(jù)可以被格式化，以便符合用戶或公共事業(yè)報(bào)告要求。此外還可以遠(yuǎn)程控 制該系統(tǒng)，以便在需要關(guān)閉并保證所有系統(tǒng)安全的緊急情況下禁用整個(gè)系統(tǒng)。因此，在一個(gè) 實(shí)施例中，通信部件240接收來(lái)自用戶的輸入。該通信部件240還可以用于監(jiān)視和控制本 地電路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的其他電器和系統(tǒng)。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)特征的情況下， 本發(fā)明可以采用其他的特定形式實(shí)施。同樣，構(gòu)件、特征、屬性以及其他方面的特定命名和 劃分并不是強(qiáng)制性或是重要的，實(shí)施本發(fā)明或是其特征的機(jī)制可以具有不同的名稱、劃分 和/或格式。因?yàn)椋景l(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容旨在解釋說(shuō)明而不是限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范 圍在所附權(quán)利要求中闡述。
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權(quán)利要求
一種用于從多個(gè)直流(DC)能源收獲最大電力的系統(tǒng)，包括多個(gè)能量接收部件，用于接收來(lái)自至少一個(gè)能源的DC；與每一個(gè)所述能量接收部件相耦合的轉(zhuǎn)換器部件，所述轉(zhuǎn)換器部件包括升壓轉(zhuǎn)換器，用于將來(lái)自所述能量接收部件的所述DC上變換到DC母線電壓；以及最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)部件，用于實(shí)時(shí)確定所述能量接收部件的輸出阻抗，所述MPPT部件改變所述升壓轉(zhuǎn)換器的工作點(diǎn)，以便匹配來(lái)自所述能量接收部件的所述DC的所述阻抗，從而最大化電力傳送；用于將所述DC傳送到逆變器的DC母線，其中所述多個(gè)能量接收部件以及相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器與所述DC母線并聯(lián)連接；用于將來(lái)自所述DC的所述電能逆變成交流電(AC)的所述逆變器；以及用于從所述逆變器接收所述AC的電力獲取源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)換器部件還包括輸入濾波器，用于對(duì)電磁干擾濾波，并且減小從所述DC反饋到所述能量接收部件的電 壓和電流波紋；切換網(wǎng)絡(luò)，用于將來(lái)自所述能量接收部件的所述DC電壓上變換成DC母線電壓； 輸出濾波器，用于對(duì)電磁干擾濾波，并且減小對(duì)于所述DC母線的所述DC電壓和電流波紋；或運(yùn)算部件，用于防止來(lái)自所述DC母線的反饋進(jìn)入所述轉(zhuǎn)換器部件；以及 共模扼流圈，用于促成借助于疊加在所述DC母線上的射頻(RF)信號(hào)的電力線通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述MPPT部件還包括 MPPT控制器，用于為所述DC產(chǎn)生最大功率點(diǎn)；以及脈沖寬度調(diào)制器，用于使所述轉(zhuǎn)換器部件的輸入阻抗匹配于所述能量接收源的輸出阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括通信部件，用于收集有關(guān)于所述能量接收部件的信息，所述通信部件通過(guò)產(chǎn)生表示數(shù) 字信號(hào)的射頻信號(hào)來(lái)經(jīng)由電力線傳送信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中由所述通信部件收集的所述信息包括下列各項(xiàng)中 的至少一項(xiàng)所述能量接收部件的溫度、電壓、功率、電流、效率以及診斷信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述通信部件接收來(lái)自用戶的輸入。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，所述通信部件包括用于向所述轉(zhuǎn)換器部件傳送指令的裝置，以便響應(yīng)于用戶輸入、來(lái)自所述逆變器的使 能信號(hào)的丟失、與所述DC母線的斷連、以及所述逆變器與所述DC母線的斷連中的任一種， 去激活所述轉(zhuǎn)換器部件的輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述能量接收部件包括太陽(yáng)能電池板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述能量接收部件接收來(lái)自太陽(yáng)能、風(fēng)能、水電 能、燃料電池以及電池中的至少一種的能量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述逆變器還包括使用無(wú)線傳輸來(lái)傳送有關(guān)于所述系統(tǒng)的信息的通信部件。
11.一種用于從多個(gè)能源收獲能量的方法，該方法包括下列步驟 使用多個(gè)能量接收部件來(lái)獲取能量，所述能量包括直流電(DC)； 升壓轉(zhuǎn)換器上變換來(lái)自所述能量接收部件的所述DC ；最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)部件通過(guò)改變所述升壓轉(zhuǎn)換器的工作點(diǎn)來(lái)匹配來(lái)自所述能量 接收部件的所述DC的所述阻抗，確定所述能量接收部件的輸出阻抗；DC母線將所述DC傳送到逆變器，其中所述多個(gè)能量接收部件與所述DC母線并聯(lián)連接；所述逆變器將所述DC逆變成交流電(AC)；以及 所述逆變器將所述AC傳送到電力獲取源。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟使用輸入濾波器對(duì)電磁干擾濾波，并且減小從所述DC反饋到所述能量接收部件的電 壓和電流波紋；使用切換網(wǎng)絡(luò)將來(lái)自所述能量接收部件的所述DC電壓上變換到DC母線電壓； 使用輸出濾波器對(duì)電磁干擾濾波，并且減小對(duì)于所述DC母線的所述DC電壓和電流波紋；使用或運(yùn)算部件來(lái)防止來(lái)自所述DC母線的反饋進(jìn)入所述轉(zhuǎn)換器部件；以及 使用共模扼流圈來(lái)促成借助于疊加在所述DC母線上的射頻(RF)信號(hào)的電力線通信。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟 使用MPPT控制器來(lái)為所述DC電壓產(chǎn)生最大功率點(diǎn)；以及使用脈沖寬度調(diào)制器來(lái)使所述轉(zhuǎn)換器部件的輸入阻抗匹配于所述能量接收源的輸出 阻抗。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟使用通信部件來(lái)收集有關(guān)于所述能量接收部件的信息，所述通信部件通過(guò)產(chǎn)生表示數(shù) 字信號(hào)的射頻信號(hào)來(lái)經(jīng)由電力線傳送信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中由所述通信部件收集的所述信息包括所述能量 接收部件的溫度、電壓、功率、電流、效率以及診斷信息中的至少一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟 所述通信部件接收來(lái)自用戶的輸入。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括以下步驟響應(yīng)于用戶輸入、來(lái)自所述逆變器的使能信號(hào)的丟失、與所述DC母線的斷連、以及所 述逆變器與所述DC母線的斷連中的任一種，使用所述通信部件向所述轉(zhuǎn)換器部件傳送指 令，以去激活所述轉(zhuǎn)換器部件的輸出。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述能量接收部件包括太陽(yáng)能電池板。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟使用所述能量接收部件來(lái)從太陽(yáng)能、風(fēng)能、水電能、燃料電池以及電池中的至少一種接收能量。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟使用所述通信部件并通過(guò)無(wú)線傳 輸來(lái)傳送有關(guān)于所述系統(tǒng)的信息。
全文摘要
DC電源的電力被結(jié)合到DC母線上，使得每一個(gè)源獨(dú)立于附著于母線上的任何其他源來(lái)工作。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器模塊附著于多個(gè)太陽(yáng)能光伏電池板中的每一個(gè)，并且其輸出以并聯(lián)的方式附著到構(gòu)成DC AC逆變器的輸入端的公共母線。該轉(zhuǎn)換器模塊包括最大功率點(diǎn)追蹤部件，該部件使電池板的輸出阻抗匹配于轉(zhuǎn)換器模塊的輸入阻抗。該轉(zhuǎn)換器還包括向中央逆變器提供參數(shù)數(shù)據(jù)和標(biāo)識(shí)的通信部件。由每一個(gè)轉(zhuǎn)換器模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都會(huì)經(jīng)由電力線或是通過(guò)無(wú)線方式傳送，并且會(huì)在逆變器處收集該數(shù)據(jù)，以及將其轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)收集和報(bào)告系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G05F1/00GK101981524SQ200880123996
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者尤金·奎齊溫斯基, 特洛伊·斯皮爾斯, 詹姆斯·艾倫 申請(qǐng)人:西姆帕吉斯技術(shù)有限公司