太陽能轉(zhuǎn)換器和控制太陽能轉(zhuǎn)換器的方法
【專利摘要】一種控制器（306）執(zhí)行控制太陽能轉(zhuǎn)換器（20，300）的方法（400），該太陽轉(zhuǎn)換器經(jīng)連接以從太陽能源（10）接收輸出功率。該方法包含：測量（430）太陽能源的斷路電壓（VOC）；確定太陽能源所輸出的短路電流（ISC）；利用（440）所測量的斷路電壓（VOC）和所測量的短路電流（ISC）來確定太陽能源的電壓最大功率點(diǎn)（VMPP）的估計(jì)，該電壓最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)于用于將輸出功率從太陽能源傳送至負(fù)載的最大功率點(diǎn)（MPP）；從所估計(jì)的VMPP開始執(zhí)行（450）擾動(dòng)觀察算法（500），以確定用于將輸出功率從太陽能源傳送至負(fù)載的實(shí)際VMPP；以及在實(shí)際VMPP處或近似于實(shí)際VMPP處操作（470）太陽能轉(zhuǎn)換器。
【專利說明】太陽能轉(zhuǎn)換器和控制太陽能轉(zhuǎn)換器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及太陽能轉(zhuǎn)換器和控制太陽能轉(zhuǎn)換器的方法。更特別地，本文公開的多種創(chuàng)造性方法和裝置涉及用于從太陽能產(chǎn)生設(shè)備最大化功率轉(zhuǎn)換的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能源被用于多種應(yīng)用。隨著傳統(tǒng)化石燃料能源的成本的增加并且由于環(huán)境影響而使這些能源受到更少的關(guān)注，太陽能源的使用持續(xù)擴(kuò)展。
[0003]采用太陽能面板、能量傳送設(shè)備、能量存儲(chǔ)設(shè)備的太陽能系統(tǒng)變得廣泛用于地面能量系統(tǒng)中，包括并網(wǎng)和離網(wǎng)的太陽能系統(tǒng)。在太陽能產(chǎn)生系統(tǒng)中，太陽能面板被用來通過光伏效應(yīng)產(chǎn)生電。太陽能輻射是太陽能系統(tǒng)的輸入，并且能量存儲(chǔ)設(shè)備(諸如一個(gè)或多個(gè)電池)是太陽能系統(tǒng)的輸出。太陽能系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，其獨(dú)立于任何電力分布網(wǎng)絡(luò)并且可用于固定器件和移動(dòng)器件二者中。
[0004]通常，來自太陽能源的輸出功率具有特性曲線，其中輸出功率在本文限定為電壓最大功率點(diǎn)(VMPP)的特定輸出電壓處達(dá)到最大功率，該最大功率在本文限定為最大功率點(diǎn)(MPP)。在MPP以外的任何其他點(diǎn)處從太陽能源傳送功率將比在MPP處操作時(shí)效率更低。
[0005]然而通常，太陽能源的MPP將從一個(gè)太陽能源到另一個(gè)太陽能源變化。此外，給定太陽能源的MPP將隨時(shí)間變化，特別地由于改變環(huán)境條件，并且特別地由于太陽能源所接收的太陽能的量因?yàn)樗邮盏年柟饬康母淖兌淖儭?br> [0006]因此，可能期望的是提供一種方法和裝置，其可從具有可變輸出功率的能源(諸如太陽能源)提供最大功率傳送。進(jìn)一步可能有利的是提供這樣的方法和裝置，其可相對(duì)快速且準(zhǔn)確地收斂于(converge on)最大功率點(diǎn)而無需采用復(fù)雜算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本公開涉及用于太陽能轉(zhuǎn)換器的創(chuàng)造性方法和裝置，以及操作太陽能轉(zhuǎn)換器的方法。例如，在某些實(shí)施例中，太陽能轉(zhuǎn)換器采用最大功率點(diǎn)追蹤算法，該算法采用從太陽能源的斷路電壓和短路電流來對(duì)最大功率點(diǎn)進(jìn)行初始估計(jì)。
[0008]—般而言,在一個(gè)方面，提供一種用于控制太陽能轉(zhuǎn)換器的方法，該太陽能轉(zhuǎn)換器經(jīng)連接以從太陽能源接收輸出功率。該方法包括:測量太陽能源的斷路電壓(V0C);跨太陽能源的輸出應(yīng)用短路；在跨太陽能源的輸出應(yīng)用短路的同時(shí)，確定太陽能源所輸出的短路電流(ISC);從跨太陽能源的輸出移除短路；利用所測量的斷路電壓(VOC)和所測量的短路電流(ISC)來確定太陽能源的電壓最大功率點(diǎn)(VMPP)的初始估計(jì)，該電壓最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)于用于將輸出功率從太陽能源傳送至負(fù)載的最大功率點(diǎn)(MPP);從所估計(jì)的VMPP開始執(zhí)行擾動(dòng)觀察算法，以確定用于將輸出功率從太陽能源傳送至負(fù)載的實(shí)際VMPP ;以及在該實(shí)際VMPP處或近似于該實(shí)際VMPP處操作太陽能轉(zhuǎn)換器。
[0009]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括重復(fù)該測量、應(yīng)用、確定、移除、利用和執(zhí)行步驟，以隨環(huán)境條件的改變來更新實(shí)際VMPP，從而導(dǎo)致實(shí)際VMPP的改變。[0010]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括周期性地重復(fù)該測量、應(yīng)用、確定、移除、利用和執(zhí)行步驟，以周期性地更新實(shí)際VMPP。
[0011]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，利用所測量的VOC和所測量的ISC來確定所估計(jì)的VMPP包括求解參數(shù)方程，該參數(shù)方程將太陽能源的輸出電流與太陽能源的輸出電壓關(guān)聯(lián)起來，并且將太陽能源的輸出電壓與太陽能源的輸出功率關(guān)聯(lián)起來。
[0012]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，利用所測量的VOC和所測量的ISC來確定所估計(jì)的VMPP包括將所測量的VOC和所測量的ISC擬合到預(yù)定曲線，該預(yù)定曲線將太陽能源的輸出電流與太陽能源的輸出電壓關(guān)聯(lián)起來，并且將太陽能源的輸出電壓與太陽能源的輸出功率關(guān)聯(lián)起來。
[0013]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，從所估計(jì)的VMPP開始執(zhí)行擾動(dòng)觀察算法以確定用于將輸出功率從太陽能源傳送至負(fù)載的實(shí)際VMPP包括控制升降壓轉(zhuǎn)換器，以將太陽能源的輸出電壓轉(zhuǎn)換成被提供至負(fù)載的太陽能轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。
[0014]根據(jù)這些實(shí)施例的一個(gè)可選特征，控制升降壓轉(zhuǎn)換器包括調(diào)整該升降壓轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)設(shè)備的占空因數(shù)和開關(guān)頻率中的至少一個(gè)，以在執(zhí)行擾動(dòng)觀察算法時(shí)在實(shí)際MPP處或近似于實(shí)際MPP處將輸出功率從太陽能源傳送至負(fù)載。
[0015]根據(jù)這些實(shí)施例的另一可選特征，執(zhí)行擾動(dòng)觀察算法包括在將輸出功率從太陽能源傳送至負(fù)載的同時(shí)，重復(fù)地測量太陽能源的輸出電壓和太陽能源的輸出電流。
[0016]一般而言，在另一方面，一種裝置包括:輸入端口，其被配置成接收太陽能源的輸出電壓；輸出端口，其被配置成連接至負(fù)載；短路，其被配置成跨輸入端口可選擇地連接和斷開連接；電流測量設(shè)備；電壓測量設(shè)備；傳送設(shè)備，其被配置成將太陽能源的輸出電壓轉(zhuǎn)換成負(fù)載處的負(fù)載電壓；以及控制器，其被配置成控制該裝置。該控制器被配置成使該裝置執(zhí)行算法，該算法包含:利用電壓測量設(shè)備測量太陽能源的斷路輸出電壓(VOC);跨輸入端口連接短路；在跨輸入端口連接短路的同時(shí)，確定太陽能源所輸出的短路電流(ISC);從跨輸入端口移除短路；利用所測量的斷路電壓(VOC)和所測量的短路電流(ISC)來確定太陽能源的電壓最大功率點(diǎn)(VMPP)的初始估計(jì)，該電壓最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)于用于將功率從太陽能源傳送至負(fù)載的最大功率點(diǎn)(MPP);從所估計(jì)的VMPP開始執(zhí)行擾動(dòng)觀察算法，以確定用于將功率從太陽能源傳送至負(fù)載的實(shí)際VMPP ；以及在實(shí)際VMPP處或近似于實(shí)際VMPP處操作傳送設(shè)備。
[0017]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，控制器被進(jìn)一步配置成使該裝置重復(fù)該測量、應(yīng)用、確定、移除、利用和執(zhí)行步驟，以隨環(huán)境條件的改變來更新實(shí)際VMPP，從而導(dǎo)致實(shí)際VMPP的改變。
[0018]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，控制器被進(jìn)一步配置成使該裝置周期性地重復(fù)該測量、應(yīng)用、確定、移除、利用和執(zhí)行步驟以周期性地更新實(shí)際VMPP。
[0019]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，控制器利用所測量的VOC和所測量的ISC以通過求解參數(shù)方程來確定所估計(jì)的VMPP，該參數(shù)方程將太陽能源的輸出電流與太陽能源的輸出電壓關(guān)聯(lián)起來，并且將太陽能源的輸出電壓與太陽能源的輸出功率關(guān)聯(lián)起來。
[0020]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，控制器利用所測量的VOC和所測量的ISC以通過將所測量的VOC和所測量的ISC擬合到預(yù)定曲線來確定所估計(jì)的VMPP，該預(yù)定曲線將太陽能源的輸出電流與太陽能源的輸出電壓關(guān)聯(lián)起來，并且將太陽能源的輸出電壓與太陽能源的輸出功率關(guān)聯(lián)起來。
[0021 ] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，傳送設(shè)備包括升降壓轉(zhuǎn)換器。
[0022]根據(jù)這些實(shí)施例的一個(gè)可選特征，升降壓轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)開關(guān)設(shè)備，其中控制器被配置成調(diào)整升降壓轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)設(shè)備的占空因數(shù)和開關(guān)頻率中的至少一個(gè)，以使傳送設(shè)備在執(zhí)行擾動(dòng)觀察算法時(shí)在實(shí)際MPP處或近似于實(shí)際MPP處將功率從太陽能源傳送至負(fù)載。
[0023]根據(jù)這些實(shí)施例的另一可選特征，升降壓轉(zhuǎn)換器被配置成在輸入端口處所接收的太陽能源的輸出電壓小于負(fù)載電壓時(shí)操作于升壓轉(zhuǎn)換模式中，并且在輸入端口處所接收的太陽能源的輸出電壓大于負(fù)載電壓時(shí)操作于降壓轉(zhuǎn)換模式中。
[0024]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，該裝置包括太陽能源。根據(jù)這些實(shí)施例的一個(gè)可選特征，該裝置進(jìn)一步包括負(fù)載，其中該負(fù)載包括電池和光源中的至少一個(gè)。
[0025]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行擾動(dòng)觀察算法包括在該裝置將功率從太陽能源傳送至負(fù)載的同時(shí)，利用電壓測量設(shè)備重復(fù)地測量太陽能源的輸出電壓并利用電流測量設(shè)備重復(fù)地測量太陽能源的輸出電流。
[0026]如出于本公開的目的而在本文中使用的，術(shù)語“LED”應(yīng)理解為包括任何電致發(fā)光二極管，或者能夠響應(yīng)于電信號(hào)而產(chǎn)生輻射的載流子注入/基于結(jié)的其他類型系統(tǒng)。因此，術(shù)語LED包括但不限于響應(yīng)于電流而發(fā)光的多種基于半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、發(fā)光聚合物、有機(jī)發(fā)光二極管(0LED)、電致發(fā)光帶等。特別地，術(shù)語LED指所有類型的發(fā)光二極管(包括半導(dǎo)體和有機(jī)發(fā)光二極管)，其可被配置成產(chǎn)生在紅外光譜、紫外光譜、和可見光譜的各部分(通常包括從大概380納米到大概780納米的輻射波長)中的一個(gè)或多個(gè)中的輻射。LED的某些示例包括但不限于多種類型的紅外LED、紫外LED、紅色LED、藍(lán)色LED、綠色LED、黃色LED、琥珀色LED、橙色LED、和白色LED (以下進(jìn)一步討論)。還應(yīng)理解，LED可被配置和/或控制成產(chǎn)生具有給定光譜(例如，窄帶寬、寬帶寬)的各種帶寬(例如，半高全寬，或FWHM)，和給定一般顏色分類中的多個(gè)主要波長的輻射。
[0027]例如，被配置成產(chǎn)生基本上白色光的LED (例如，白色LED)的一個(gè)實(shí)現(xiàn)可包括多個(gè)管芯，其分別發(fā)射不同的電致發(fā)光譜，這些電致發(fā)光譜通過組合而混合形成基本上白色光。在另一實(shí)現(xiàn)，白色光LED可與磷光體材料相關(guān)聯(lián),該磷光體材料將具有第一光譜的電致發(fā)光轉(zhuǎn)換成不同的第二光譜。在該實(shí)現(xiàn)的一個(gè)示例中，具有相對(duì)短波長和窄帶寬光譜的電致發(fā)光“泵浦”磷光體材料，該磷光體材料繼而輻射具有略微更寬光譜、更長波長的輻射。還應(yīng)理解，術(shù)語LED不限制LED的物理和/或電學(xué)封裝類型。例如，如上所討論的，LED可指具有多個(gè)管芯的單個(gè)發(fā)光設(shè)備，該多個(gè)管芯被配置成分別發(fā)射不同的輻射譜。
[0028]術(shù)語“光源”應(yīng)理解為是指多種輻射源中的任何一個(gè)或多個(gè)，其包括但不限于基于LED的源(包括如上所限定的一個(gè)或多個(gè)LED)、白熾光源(例如，白熾燈、鹵鎢燈)、熒光源、磷光源、高強(qiáng)度放電源(例如，鈉蒸汽燈、汞蒸汽燈、和金屬鹵化物燈)、激光、其他類型的電致發(fā)光源、焦致發(fā)光源(例如，火焰)、燭光源(例如，氣燈罩、碳弧輻射源)、光致發(fā)光源(例如，氣體放電源)、使用電子飽和的陰極發(fā)光源、流電發(fā)光源、結(jié)晶發(fā)光源、運(yùn)動(dòng)發(fā)光源、熱發(fā)光源、摩擦發(fā)光源、聲納發(fā)光源、輻射發(fā)光源及發(fā)光聚合物。
[0029]術(shù)語“控制器”在本文中通常用來描述涉及功率轉(zhuǎn)換器的操作的各種裝置。控制器可以多種方式(例如，諸如使用專用硬件)實(shí)現(xiàn)以執(zhí)行本文所討論的各種功能?！疤幚砥鳌睘榭刂破鞯囊粋€(gè)示例，其采用可使用軟件(例如，微代碼)編程的一個(gè)或多個(gè)微處理器來執(zhí)行本文所討論的各種功能。這樣的微代碼可存儲(chǔ)在與處理器相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)設(shè)備(例如，靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備)中?？稍诓捎没虿徊捎锰幚砥鞯那闆r下實(shí)現(xiàn)控制器，并且控制器也可實(shí)現(xiàn)為執(zhí)行一些功能的專用硬件與執(zhí)行其它功能的處理器的組合(例如，一個(gè)或多個(gè)編程的微處理器及相關(guān)電路)?？稍诒竟_的多種實(shí)施例中采用的控制器組件的示例包括但不限于常規(guī)微處理器、專用集成電路(ASIC)、以及現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)?？刂破鬟€可包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)設(shè)備，諸如驅(qū)動(dòng)器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、比較器等。
[0030]應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)元件被稱為“連接”或“耦合”至另一元件時(shí)，其可直接連接或耦合至另一元件或者可能存在中間元件。相反地，當(dāng)元件被稱為“直接連接”或“直接耦合”至另一元件時(shí)，不存在中間元件。
[0031]如本文所使用的，詞語“近似”應(yīng)意指在±2%以內(nèi)。如本文所使用的，當(dāng)?shù)谝恢当环Q為“大約為”第二值時(shí)，應(yīng)意指第一值在第二值的土 10%以內(nèi)。
[0032]應(yīng)當(dāng)了解，前述概念與下文更詳細(xì)地討論的附加概念的所有組合(假如這些概念并非相互不一致)被預(yù)期為本文所公開的創(chuàng)造性主題的一部分。特別地，出現(xiàn)在本公開結(jié)尾處的所要求保護(hù)的主題的所有組合被預(yù)期為本文所公開的創(chuàng)造性主題的一部分。還應(yīng)了解，在本文中明確采用的并且也可出現(xiàn)在通過引用而并入的任何公開內(nèi)容中的術(shù)語應(yīng)被賦予與本文所公開的特定概念最一致的含義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]在附圖中，相同參考字符在不同視圖中通常是指相同部分。另外，附圖未必按比例繪制，替代地通常加有強(qiáng)調(diào)以圖示本發(fā)明的原理。
[0034]圖1圖示了太陽能系統(tǒng)的示例性布置。
[0035]圖2圖示了太陽能源的示例性性能曲線。
[0036]圖3為太陽能轉(zhuǎn)換器的示例性實(shí)施例的功能框圖。
[0037]圖4為圖示操作太陽能轉(zhuǎn)換器的方法的示例性實(shí)施例的流程圖。
[0038]圖5為圖示可在圖4所示方法中采用的擾動(dòng)觀察算法的示例性實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]如上所討論的，通常來自太陽能源的輸出功率具有特性曲線，其中輸出功率在本文限定為電壓最大功率點(diǎn)(VMPP)的特定輸出電壓處達(dá)到最大功率，該最大功率在本文限定為最大功率點(diǎn)(MPP)。在MPP以外的任何其他點(diǎn)處從太陽能源傳送功率將比在MPP處操作時(shí)效率更低。
[0040]因此，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)并理解到可能有利的是提供一種方法和裝置，其能夠在最大功率點(diǎn)處或近似于最大功率點(diǎn)處將功率從太陽能源傳送至負(fù)載。進(jìn)一步可能有利的是提供這樣的方法和裝置，其可相對(duì)快速且準(zhǔn)確地收斂于最大功率點(diǎn)而無需采用復(fù)雜算法。
[0041]鑒于以上所述，本發(fā)明的多種實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)涉及用于在太陽能源的最大功率點(diǎn)處或其附近將功率從太陽能源傳送至負(fù)載的方法和裝置。
[0042]圖1圖示了太陽能系統(tǒng)100的示例性布置。太陽能系統(tǒng)100包括太陽能源10、太陽能轉(zhuǎn)換器20、和負(fù)載30。太陽能源10從光源(通常為太陽)接收太陽能，并且響應(yīng)于此而產(chǎn)生輸出電壓和輸出電流，該輸出電壓和輸出電流一起限定輸出功率。在某些實(shí)施例中，太陽能源10包括一個(gè)或多個(gè)太陽能電池，包括例如一個(gè)太陽能電池或太陽能電池陣列，諸如一個(gè)或多個(gè)太陽能面板。太陽能電池(常常稱為光伏電池或光電池)通常為固態(tài)電氣設(shè)備，其通過光伏效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)換成電。
[0043]太陽能轉(zhuǎn)換器20控制輸出功率從太陽能源10至負(fù)載30的傳送。太陽能轉(zhuǎn)換器20的示例性實(shí)施例將在下文更詳細(xì)地描述，特別地結(jié)合圖3-5描述。
[0044]在某些實(shí)施例中，負(fù)載30包括電池系統(tǒng),其包括一個(gè)或多個(gè)電池，該電池可通過經(jīng)由太陽能轉(zhuǎn)換器20而從太陽能源10提供的功率來充電。在某些實(shí)施例中，替代于或附加于電池系統(tǒng)，負(fù)載30可附加地或替代性地包括一個(gè)或多個(gè)光源。這些光源可包含一個(gè)或多個(gè)固態(tài)光源，諸如基于發(fā)光二極管(LED)的光源。
[0045]如上所述，通常來自太陽能源10的輸出功率具有特性曲線，其中輸出功率在本文限定為電壓最大功率點(diǎn)(VMPP)的特定輸出電壓處達(dá)到最大功率，該最大功率在本文限定為最大功率點(diǎn)(MPP)。
[0046]圖2圖示了太陽能源(諸如太陽能系統(tǒng)100中的太陽能源10)的示例性性能曲線200。特別地，圖2圖示了曲線210，其繪出太陽能源10的輸出電流(I)作為輸出電壓(V)的函數(shù)(即，I對(duì)V的關(guān)系)，并且圖示了曲線220，其繪出太陽能源10的輸出功率(P)作為輸出電壓(V)的函數(shù)(即，P對(duì)V的關(guān)系)。此處輸出功率P理解為輸出電壓V和輸出電流I的乘積:P=V*I。如圖2所示，當(dāng)輸出電壓為零時(shí)所發(fā)生的短路電流標(biāo)為ISC，并且當(dāng)輸出電流為零時(shí)所發(fā)生的斷路電壓標(biāo)為V0C。
[0047]如圖2所示，曲線220在點(diǎn)222處呈現(xiàn)最大值，其在本文稱為最大功率點(diǎn)(MPP)。該點(diǎn)為太陽能源10輸出最大輸出功率(本文稱為功率最大功率點(diǎn)(PMPP))的操作點(diǎn)，并且因此所有其他等價(jià)替代表示太陽能系統(tǒng)100的最有效操作點(diǎn)。圖2還示出了電壓最大功率點(diǎn)(VMPP)，其為對(duì)應(yīng)于最大功率點(diǎn)的輸出電壓V的值。圖2還示出了在短路電流點(diǎn)ISC(V=O)和斷路電壓點(diǎn)VOC (I=O)兩處的輸出功率為零。
[0048]如圖2還圖示的，曲線210具有其中輸出電壓V等于VMPP的點(diǎn)212，在該點(diǎn)處輸出電流I等于電流最大功率點(diǎn)(頂PP)，其為對(duì)應(yīng)于最大功率點(diǎn)的輸出電流I的值。即:PMPP=VMPP*IMPPO
[0049]如上所述，通常太陽能源10的MPP將從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備變化。此外，給定太陽能源10的MPP將隨時(shí)間變化，特別地由于改變環(huán)境條件，并且特別地由于太陽能源所接收的太陽能的量因?yàn)樗邮盏年柟饬康淖兓兓?br> [0050]因此，期望的是太陽能轉(zhuǎn)換器20定位并追蹤太陽能轉(zhuǎn)換器10的MPP，并且控制輸出功率從太陽能轉(zhuǎn)換器20至負(fù)載30的傳送以在MPP處操作。這在本文中被稱為最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)。
[0051]多種不同方案已被考慮用于控制太陽能轉(zhuǎn)換器。這些方案有:(I)恒壓控制技術(shù)(CVT);(2)擾動(dòng)觀察(P&0)技術(shù)；以及(3)電導(dǎo)增量技術(shù)(IncCond)。這些技術(shù)的多種組合也已被考慮。這些技術(shù)中的每一個(gè)呈現(xiàn)特定的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，如下文表I所示。
[0052]表I
【權(quán)利要求】
1.一種控制太陽能轉(zhuǎn)換器(20，300)的方法(400)，所述太陽能轉(zhuǎn)換器經(jīng)連接以從太陽能源(10)接收輸出功率，所述方法包括: 測量(430)所述太陽能源(10)的斷路電壓(VOC)； 跨所述太陽能源的輸出應(yīng)用(430)短路； 在跨所述太陽能源的輸出應(yīng)用短路的同時(shí)，確定(430)所述太陽能源(10)輸出的短路電流(ISC)； 從跨所述太陽能源的輸出移除(430)短路； 利用(440)所測量的斷路電壓(VOC)和所測量的短路電流(ISC)來確定所述太陽能源的電壓最大功率點(diǎn)(VMPP)的估計(jì)，所述電壓最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)于用于將輸出功率從所述太陽能源傳送至負(fù)載(30)的最大功率點(diǎn)(MPP)； 從所估計(jì)的VMPP開始執(zhí)行(450)擾動(dòng)觀察算法(500)，以確定(460)用于將輸出功率從所述太陽能源傳送至所述負(fù)載的實(shí)際VMPP ;以及 在實(shí)際VMPP處或近似于實(shí)際VMPP處操作(470)所述太陽能轉(zhuǎn)換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括重復(fù)所述測量、應(yīng)用、確定、移除、利用和執(zhí)行步驟，以隨環(huán)境條件的變化來更新實(shí)際VMPP，從而導(dǎo)致實(shí)際VMPP的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括周期性地重復(fù)所述測量、應(yīng)用、確定、移除、利用和執(zhí)行步驟，以周期性地更新實(shí)際VMPP。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用所測量的VOC和所測量的ISC來確定所估計(jì)的VMPP包括求解參數(shù)方程，所述參數(shù)方程將所述太陽能源的輸出電流與所述太陽能源的輸出電壓(301)關(guān)聯(lián)起來，并且將所述太陽能源的輸出電壓與所述太陽能源的輸出功率關(guān)聯(lián)起來。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用所測量的VOC和所測量的ISC來確定所估計(jì)的VMPP包括將所測量的VOC和所測量的ISC擬合到預(yù)定曲線(210，220)，所述預(yù)定曲線將所述太陽能源的輸出電流與所述太陽能源的輸出電壓(301)關(guān)聯(lián)起來，并且將所述太陽能源的輸出電壓與所述太陽能源的輸出功率關(guān)聯(lián)起來。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所估計(jì)的VMPP開始執(zhí)行擾動(dòng)觀察算法以確定用于將輸出功率從所述太陽能源傳送至所述負(fù)載的實(shí)際VMPP包括控制升降壓轉(zhuǎn)換器(304)，以將所述太陽能源的輸出電壓(301)轉(zhuǎn)換成被提供至所述負(fù)載的所述太陽能轉(zhuǎn)換器的輸出電壓(308)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中控制所述升降壓轉(zhuǎn)換器包括調(diào)整所述升降壓轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)設(shè)備的占空因數(shù)和開關(guān)頻率中的至少一個(gè)，以在執(zhí)行擾動(dòng)觀察算法時(shí)在實(shí)際MPP處或近似于實(shí)際MPP處將輸出功率從所述太陽能源傳送至所述負(fù)載。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中執(zhí)行擾動(dòng)觀察算法包括在將輸出功率從所述太陽能源傳送至所述負(fù)載的同時(shí)，重復(fù)地測量所述太陽能源的輸出電壓和所述太陽能源的輸出電流。
9.一種裝置(300)，包括: 輸入端口(310)，其被配置成接收太陽能源(10)的輸出電壓(301)； 輸出端口(320)，其被配置成連接至負(fù)載(30)； 短路(302 )，其被配置成跨所述輸入端口可選擇地連接和斷開連接；電流測量設(shè)備(307)； 電壓測量設(shè)備(307); 傳送設(shè)備(304)，其被配置成將所述太陽能源的輸出電壓轉(zhuǎn)換成所述負(fù)載處的負(fù)載電壓(308);以及 控制器(306 )，其被配置成使所述裝置執(zhí)行算法，所述算法包括: 利用所述電壓測量設(shè)備測量(430)所述太陽能源的斷路輸出電壓(VOC); 跨所述輸入端口連接(430)短路； 在跨所述輸入端口連接短路的同時(shí)，確定(430)所述太陽能源輸出的短路電流(ISC); 從跨所述輸入端口移除(430)短路； 利用(440)所測量的斷路電壓(VOC)和所測量的短路電流(ISC)來確定所述太陽能源的電壓最大功率點(diǎn)(VMPP)的初始估計(jì)，所述電壓最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)于用于將功率從所述太陽能源傳送至所述負(fù)載的最大功率點(diǎn)(MPP)； 從所估計(jì)的VMPP開始執(zhí)行(450)擾動(dòng)觀察算法(500)，以確定(460)用于將功率從所述太陽能源傳送至所述負(fù)載的實(shí)際VMPP ;以及 在實(shí)際VMPP處或近似于實(shí)際VMPP處操作(470)所述傳送設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述控制器被進(jìn)一步配置成使所述裝置重復(fù)所述測量、應(yīng)用、確定、移除、利用和執(zhí)行步驟，以隨環(huán)境條件的變化來更新實(shí)際VMPP，從而導(dǎo)致實(shí)際VMPP的變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述控制器被進(jìn)一步配置成使所述裝置周期性地重復(fù)所述測量、應(yīng)用、確定、移除、利用和執(zhí)行步驟，以周期性地更新實(shí)際VMPP。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述控制器利用所測量的VOC和所測量的ISC以通過求解參數(shù)方程來確定所估計(jì)的VMPP，所述參數(shù)方程將所述太陽能源的輸出電流與所述太陽能源的輸出電壓關(guān)聯(lián)起來，并且將所述太陽能源的輸出電壓與所述太陽能源的輸出功率關(guān)聯(lián)起來。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述控制器利用所測量的VOC和所測量的ISC以通過將所測量的VOC和所測量的ISC擬合到預(yù)定曲線來確定所估計(jì)的VMPP，所述預(yù)定曲線將所述太陽能源的輸出電流與所述太陽能源的輸出電壓關(guān)聯(lián)起來，并且將所述太陽能源的輸出電壓與所述太陽能源的輸出功率關(guān)聯(lián)起來。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述傳送設(shè)備包括升降壓轉(zhuǎn)換器(304)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述升降壓轉(zhuǎn)換器包含至少一個(gè)開關(guān)設(shè)備，并且其中所述控制器被配置成調(diào)整所述升降壓轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)設(shè)備的占空因數(shù)和開關(guān)頻率中的至少一個(gè)，以使所述傳送設(shè)備在執(zhí)行擾動(dòng)觀察算法時(shí)在實(shí)際MPP處或近似于實(shí)際MPP處將功率從所述太陽能源傳送至所述負(fù)載。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述升降壓轉(zhuǎn)換器被配置成在所述輸入端口處所接收的太陽能源的輸出電壓小于負(fù)載電壓時(shí)操作于升壓轉(zhuǎn)換模式中，并且在所述輸入端口處所接收的太陽能源的輸出電壓大于負(fù)載電壓時(shí)操作于降壓轉(zhuǎn)換模式中。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，進(jìn)一步包括所述太陽能源(10)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，進(jìn)一步包括所述負(fù)載(30)，其中所述負(fù)載包含電池和光 源中的至少一個(gè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，進(jìn)一步包括所述負(fù)載，其中所述負(fù)載包含一個(gè)或多個(gè)電池。
20.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中執(zhí)行擾動(dòng)觀察算法包括在所述裝置將功率從所述太陽能源傳送至所述負(fù)載的同時(shí)，利用所述電壓測量設(shè)備重復(fù)地測量所述太陽能源的輸出電壓并利用 所述電流測量設(shè)備重復(fù)地測量所述太陽能源的輸出電流。
【文檔編號(hào)】G05F1/67GK104040454SQ201380005285
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月11日
【發(fā)明者】王洪波, 徐建林, 陳執(zhí)權(quán), Z.周 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司