專利名稱：并網(wǎng)太陽(yáng)能系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于發(fā)電的太陽(yáng)能電池板(solar panel)。更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明針對(duì)一種用于把由多個(gè)太陽(yáng)能電池板生成的電流并入電網(wǎng)系統(tǒng)中的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)以及用于對(duì)其進(jìn)行控制的方法。
背景技術(shù)：
光伏(PV)電池陣是太陽(yáng)能電池板(模塊)的聯(lián)結(jié)集合，其由通過(guò)光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換成直流電(DC)的多個(gè)互連的太陽(yáng)能電池制成。但是大多數(shù)商業(yè)和住宅電力應(yīng)用需要通常通過(guò)由發(fā)電設(shè)施利用煤炭、核材料或者水提供的交流電(AC)。在生成交流電時(shí)，發(fā)電設(shè)施將所生成的交流電輸送到電網(wǎng)系統(tǒng)中。為了使得大多數(shù)商業(yè)和住宅用戶利用由太陽(yáng)能電池板生成的電力，來(lái)自太陽(yáng)能電池板的直流電通常被變換成交流電。這是通過(guò)被稱作逆變器的電氣器件而實(shí)現(xiàn)的，其輸出隨后被并入電網(wǎng)系統(tǒng)。接著，通過(guò)電網(wǎng)系統(tǒng)將交流電配送到商業(yè)和住宅地點(diǎn)。當(dāng)前在美國(guó)，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池板串(string)(其例如由碲化鎘(CdTe)或非晶硅構(gòu)成)包括串聯(lián)布線的六個(gè)太陽(yáng)能電池板，其中每一個(gè)這樣的太陽(yáng)能電池板串固有地操作在近似372 VDC的電壓下，其中操作電流為0.87安培。隨后將一組串聯(lián)太陽(yáng)能電池板串并聯(lián)布線以形成一行，其中一組所述行形成產(chǎn)生所期望的總電流的太陽(yáng)能電池陣(solar array)0一般來(lái)說(shuō)，關(guān)于一般公眾的電氣安全性，對(duì)于公眾的暴露受到美國(guó)國(guó)家電氣規(guī)范 (NEC)的管制，其中人們不應(yīng)當(dāng)進(jìn)來(lái)接觸超過(guò)42伏特(V)的電壓，并且設(shè)施不應(yīng)當(dāng)具有高于 600V的電壓。因此，許多組件(例如電線、保險(xiǎn)絲和開(kāi)關(guān))被額定于高達(dá)并包括600V極限的操作。另一方面，美國(guó)國(guó)家電氣安全規(guī)范(NESC)管制發(fā)電和配電設(shè)施，其中這樣的設(shè)施中的熟練工人可能會(huì)暴露于可能超出600伏特的高壓。雖然已經(jīng)做了許多工作來(lái)通過(guò)太陽(yáng)能電池板生成直流電并且隨后將直流電逆變成交流電以便并入電網(wǎng)，但是太陽(yáng)能工業(yè)仍然受到與通過(guò)逆變器將太陽(yáng)光能量轉(zhuǎn)換成可用交流電相關(guān)聯(lián)的總體低功率效率比的阻礙。希望開(kāi)發(fā)出一種將太陽(yáng)能電池陣并入電網(wǎng)的并網(wǎng)系統(tǒng)以及一種控制并網(wǎng)系統(tǒng)的方法，其中所述系統(tǒng)和方法通過(guò)選擇性地激活系統(tǒng)的逆變器而使得低光級(jí)條件下的能量收獲以及系統(tǒng)可靠性得到最大化。

發(fā)明內(nèi)容
依照并根據(jù)本發(fā)明，令人吃驚地發(fā)現(xiàn)了一種用于將太陽(yáng)能電池陣并入電網(wǎng)的并網(wǎng)系統(tǒng)以及一種控制并網(wǎng)系統(tǒng)的方法，其中所述系統(tǒng)和方法通過(guò)選擇性地激活系統(tǒng)的逆變器而使得低光級(jí)條件下的能量收獲以及系統(tǒng)可靠性得到最大化。在一個(gè)實(shí)施例中，一種并網(wǎng)系統(tǒng)包括多個(gè)太陽(yáng)能電池板；多個(gè)逆變器，其中每一個(gè)逆變器與至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板電氣通信以便將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，其中每一個(gè)逆變器具有活動(dòng)狀態(tài)(active state)和非活動(dòng)狀態(tài)(inactive state)，并且至少其中一個(gè)逆變器包括用以跟蹤至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)的跟蹤組件；以及控制器， 其與至少其中一個(gè)逆變器通信，以便在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間切換所述至少其中一個(gè)逆變器。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種并網(wǎng)系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池陣，其包括彼此并行電氣通信的多個(gè)電池板串，其中每一個(gè)電池板串包括多個(gè)太陽(yáng)能電池板；與每一個(gè)串聯(lián)布線的電池板串電氣通信的直流電傳導(dǎo)總線；多個(gè)逆變器，其與直流電總線環(huán)電氣通信以便接收由太陽(yáng)能電池陣生成的直流電并且將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，其中每一個(gè)逆變器具有活動(dòng)狀態(tài)和非活動(dòng)狀態(tài)，并且至少其中一個(gè)逆變器跟蹤至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)；控制器，其與每一個(gè)逆變器通信，以便接收來(lái)自每一個(gè)逆變器的反饋信號(hào)并且基于對(duì)每一個(gè)反饋信號(hào)的分析而在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間切換至少其中一個(gè)逆變器，其中反饋信號(hào)包括關(guān)于相關(guān)聯(lián)的其中一個(gè)逆變器的操作特性的信息。本發(fā)明還包括控制并網(wǎng)系統(tǒng)的方法。一種方法包括以下步驟提供多個(gè)太陽(yáng)能電池板；提供多個(gè)逆變器，其中每一個(gè)逆變器與至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板電氣通信以便從其接收直流電并且將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，其中每一個(gè)逆變器具有活動(dòng)狀態(tài)和非活動(dòng)狀態(tài)，并且至少其中一個(gè)逆變器跟蹤至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)；生成包括關(guān)于至少其中一個(gè)逆變器的操作特性的信息的反饋信號(hào)；分析反饋信號(hào)；以及響應(yīng)于對(duì)反饋信號(hào)的分析而在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間切換至少其中一個(gè)逆變器。


當(dāng)根據(jù)附圖考慮時(shí)，從下面對(duì)于優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)容易認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點(diǎn)，其中
圖IA是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的并網(wǎng)系統(tǒng)的示意性表示；
圖IB是圖IA的并網(wǎng)系統(tǒng)的俯視圖IC是圖IA的并網(wǎng)系統(tǒng)的透視圖2是圖IA — IC的并網(wǎng)系統(tǒng)的串聯(lián)串的示意性表示；
圖3是圖IA — IC的并網(wǎng)系統(tǒng)的斷路箱的示意性表示；
圖4是圖IA — IC的并網(wǎng)系統(tǒng)的第一箝位電路的示意性表示；
圖5是圖IA — IC的并網(wǎng)系統(tǒng)的第二箝位電路的示意性表示；
圖6是圖IA — IC的并網(wǎng)系統(tǒng)的第三箝位電路的示意性表示；
圖7是在“一個(gè)太陽(yáng)”照度期間的太陽(yáng)能電池板的電氣特性的圖形表示；圖8是在變化照度期間的太陽(yáng)能電池板的電氣特性的圖形表示； 圖9是圖IA — IC的并網(wǎng)系統(tǒng)的電氣特性的圖形表示，其示出了多個(gè)逆變器的動(dòng)態(tài)切
換；
圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的并網(wǎng)系統(tǒng)的示意性表示； 圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的并網(wǎng)系統(tǒng)的示意性表示； 圖12A是圖11的并網(wǎng)系統(tǒng)的變壓器的透視圖；以及圖12B是圖12A的變壓器的側(cè)面立視圖。
具體實(shí)施例方式下面的詳細(xì)描述和附圖描述并說(shuō)明了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。該描述和附圖用來(lái)使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制作及使用本發(fā)明，而不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍。關(guān)于所公開(kāi)的方法，所給出的步驟實(shí)質(zhì)上是示例性的，并且因此各步驟的順序不是必要的或者關(guān)鍵的。圖IA — IC和2圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于收獲太陽(yáng)能量的并網(wǎng)系統(tǒng)10 (其也被稱作并網(wǎng)太陽(yáng)能系統(tǒng)或并網(wǎng)光伏(PV)系統(tǒng))。如所示，系統(tǒng)10包括兩個(gè)部分 12a、12b，其中每一個(gè)部分都包括多個(gè)行14，其中各行14被共同地稱為太陽(yáng)能電池陣。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，每一行14包括多個(gè)串聯(lián)串16。如圖2中更加清楚地示出的那樣，每一個(gè)串16包括串聯(lián)布線在一起的多個(gè)太陽(yáng)能電池板18。構(gòu)成每一行14的各串16并聯(lián)布線在一起。在某些實(shí)施例中，每一串16包括六個(gè)串聯(lián)布線的太陽(yáng)能電池板18，以便近似操作在372 VDC的電壓、0. 87安培的操作電流和500 VDC的開(kāi)路電壓下。在某些實(shí)施例中，每一串16包括八個(gè)串聯(lián)布線的太陽(yáng)能電池板 18，以便近似操作在496 VDC的電壓、1. 16安培的操作電流和672 VDC的開(kāi)路電壓下。在某些實(shí)施例中，每一串16包括十個(gè)太陽(yáng)能電池板18，以便近似操作在620 VDC的電壓、2. 03 安培的電流和840 VDC的開(kāi)路電壓下。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任意數(shù)目的串16和電池板 18來(lái)形成太陽(yáng)能電池陣。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，每一個(gè)部分lh、12b包括四十四行14，每一行14包括二十個(gè)串16，并且每一串16包括八個(gè)太陽(yáng)能電池板18。相應(yīng)地，系統(tǒng)10包括八十八行14， 其中每一行14包括一百六十個(gè)電池板18。但是，除非以其他方式表明，否則本發(fā)明不受電池陣部分12a、12b、行14、串16或電池板18的數(shù)目或配置的限制。系統(tǒng)10還包括與每一串16電氣通信的直流電傳導(dǎo)總線20 (DC總線)，與DC總線 20電氣通信的多個(gè)逆變器22，其中每一個(gè)逆變器22具有活動(dòng)狀態(tài)和非活動(dòng)狀態(tài)，與其中每一個(gè)逆變器22電氣通信的交流電傳導(dǎo)總線M (AC總線);與AC總線M通信以便從其接收交流電并且逐步增加AC輸出電壓以匹配AC電網(wǎng)28的配電線的電力變壓器沈，以及與至少其中一個(gè)逆變器22通信以便在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間選擇性地切換所述至少其中一個(gè)逆變器22的控制器30。在圖IA - IC中所示的實(shí)施例中，DC總線20基本上是線性的。但是，可以使用諸如環(huán)狀之類(lèi)的其他配置。每一行14在并聯(lián)配置中電氣連接到DC總線20，以便通過(guò)該DC總線20輸送DC電流。但是，可以使用其他電氣配置。逆變器22電氣耦合到DC總線20以便接收DC電流(輸入)，并且把DC電流轉(zhuǎn)換成輸出AC電流，其中AC電流被輸送到AC總線24。在某些實(shí)施例中，從DC總線20到每一個(gè)逆變器22的DC輸入的連接不超過(guò)十英尺(三米)，并且從每一個(gè)逆變器22的輸出到AC總線M的布線是通過(guò)近似十英尺的“引出端(pig tail)”線纜。但是，可以使用逆變器22、 DC總線20和AC總線M之間的利用任何長(zhǎng)度的布線的任何配置。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，至少其中一個(gè)逆變器22包括最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT) 31，以便跟蹤至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板18的最大功率點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解的是，MPPT 31可以是用以調(diào)節(jié)逆變器的設(shè)定的任何類(lèi)型的控制電路、器件或邏輯，以便搜索最大功率點(diǎn)并且允許至少其中一個(gè)逆變器22提取可從相關(guān)聯(lián)的器件(即行14、串16、電池板18等等)獲得的最大功率。逆變器22在按需的基礎(chǔ)上被利用來(lái)轉(zhuǎn)換DC輸入并且輸送輸出功率。通過(guò)控制器 30 (例如可編程邏輯控制器(PLC))在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間選擇性地切換任意數(shù)目的逆變器22。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，控制器30通過(guò)一個(gè)或多個(gè)RS485串行通信協(xié)議連接器 (Si — S7)與每一個(gè)逆變器22進(jìn)行信號(hào)通信?？梢允褂闷渌B接器和協(xié)議。作為另一個(gè)非限制性實(shí)例，每一個(gè)逆變器22包括用于進(jìn)行熱管理的進(jìn)氣口 32。AC總線M基本上是線性的。但是，可以使用其他配置。每一個(gè)逆變器22在并聯(lián)配置中電氣連接到AC總線M，以便通過(guò)AC總線M輸送AC電流。但是，可以使用其他電氣配置。AC總線M包括將AC電流傳導(dǎo)到變壓器沈的接觸器/斷路器33。應(yīng)當(dāng)理解的是， 可以使用其他開(kāi)關(guān)和繼電器來(lái)把AC電流傳導(dǎo)到變壓器26。變壓器沈逐步增加輸入電壓， 從而使得AC輸出電壓與AC電網(wǎng)28的配電線匹配。此外，變壓器沈?qū)⒛孀兤?2與AC電網(wǎng)28電絕緣，這提供針對(duì)孤島效應(yīng)的保護(hù)。雖然圖IA - IC中所示的實(shí)施例包括其中一個(gè)變壓器26，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任意數(shù)目的變壓器沈。還應(yīng)當(dāng)理解的是，可以將變壓器26電氣集成在系統(tǒng)10中的任意位置處(例如負(fù)載側(cè))。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，多個(gè)斷路箱34和多個(gè)箝位電路36a、36b、36c被布置在各行14與DC總線20之間。具體來(lái)說(shuō)，每一個(gè)斷路箱34被布置在箝位電路36a、36b、36c的至少一個(gè)與DC總線20之間。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任意數(shù)目的斷路箱34。如圖3中更加清楚地示出的那樣，每一個(gè)斷路箱34包括插入在箝位電路36a、36b、 36c與DC總線20之間的雙刀雙擲開(kāi)關(guān)38。每一個(gè)斷路箱34包括多個(gè)保護(hù)器件。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，斷路箱34通過(guò)多條保險(xiǎn)絲F1J2提供過(guò)電流保護(hù)，并且通過(guò)多個(gè)金屬氧化物變阻器MOVl、M0V2提供雷電保護(hù)。應(yīng)當(dāng)理解的是，將斷路箱34放置在每一行14的輸出處會(huì)最小化如傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池陣所需要的那樣在每一個(gè)串聯(lián)串16中布置保險(xiǎn)絲的需求。還應(yīng)當(dāng)理解的是，斷路箱34允許在任意時(shí)間將任一行14從DC總線環(huán)20斷開(kāi)以供服務(wù)或維護(hù)。箝位電路36a、36b、36c中的至少一個(gè)可以被布置在行14與DC總線20之間，以便防止置于太陽(yáng)能電池板18內(nèi)的組件兩端的高于600 VDC的電壓(例如當(dāng)AC電網(wǎng)28在晴天中間“停運(yùn)”的情形)。一般來(lái)說(shuō)，可以人工發(fā)起電壓箝位以便例如對(duì)單獨(dú)的其中一行14執(zhí)行維護(hù)，或者當(dāng)一行或多行14沒(méi)有產(chǎn)生足夠的DC輸出時(shí)人工發(fā)起電壓箝位。此外，還可以例如由控制器30自動(dòng)命令箝位。應(yīng)當(dāng)理解的是，例如箝位電路36a、36b、36c可以被配置成將電壓箝位到任何預(yù)定電壓，比如600 VDC和1000 VDC。
圖4圖示了包括雙刀雙擲開(kāi)關(guān)40的第一箝位電路36a。在短路位置中，雙刀雙擲開(kāi)關(guān)40的接觸件將來(lái)自相關(guān)聯(lián)的其中一行14的輸出的傳入正端子短路到傳入負(fù)端子，以便把所述相關(guān)聯(lián)的其中一行14置于短路狀況下。所述短路狀況例如保護(hù)電池板18的總體電路免于過(guò)電壓狀況。隨后，當(dāng)將要把所述相關(guān)聯(lián)的其中一行14帶回“聯(lián)線(on-line)” 時(shí)，(或者通過(guò)電氣方式從控制器30或者通過(guò)機(jī)械裝置)接收到用以切換開(kāi)關(guān)40的控制信號(hào)，以便允許該行14的DC輸出電流通過(guò)其中一個(gè)斷路箱34流到DC總線20。圖5圖示了包括柵極關(guān)斷(GTO)晶閘管42的第二箝位電路36b，所述柵極關(guān)斷 (GTO)晶閘管42的尺寸被確定成適合于由其中一行14生成的DC電流Iop的量值。利用晶閘管42的柵極G上的控制信號(hào)(例如來(lái)自控制器30)，所述行14的輸出如前面對(duì)于第一箝位電路3 所描述的那樣被短路，但是在晶閘管42兩端有1到3 VDC的電壓降。相反，如果在柵極G上沒(méi)有控制信號(hào)，則所述行14的DC電流輸出被給到相關(guān)聯(lián)的其中一個(gè)斷路箱 38的輸入。當(dāng)晶閘管42導(dǎo)通時(shí)，二極管Dl防止整個(gè)系統(tǒng)10通過(guò)DC總線環(huán)20短路，從而將可能損壞晶閘管42。圖6圖示了包括與開(kāi)關(guān)40非常相像的雙刀雙擲開(kāi)關(guān)44的第三箝位電路34c。但是，取代將相關(guān)聯(lián)的其中一行14的傳入輸出的正端子直接短路到傳入負(fù)端子，第三箝位電路36c包括布置在其間的電阻器R。因此，第三箝位電路36c的功能類(lèi)似于第一箝位電路 36a的功能，但是在電阻器R兩端存在電壓降以便限制將從其流過(guò)的電流。隨后，如果(例如從控制器30或通過(guò)機(jī)械裝置)接收到控制信號(hào)，則雙刀雙擲開(kāi)關(guān)44的接觸件將所述行14 的DC電流輸出給到斷路箱34的輸入。雖然看起來(lái)違反直觀，但是在把其中一行14從向系統(tǒng)10提供電流斷開(kāi)時(shí)，更好的做法是使得太陽(yáng)能電池板18短路而不是開(kāi)路。因此，例如對(duì)各串16的其中一行14的箝位會(huì)最小化當(dāng)所述串16經(jīng)歷開(kāi)路狀況時(shí)受到高于600 VDC的電壓(這一點(diǎn)被涵蓋在NEC下) 的風(fēng)險(xiǎn)。但是，在只有熟練公用事業(yè)工人能夠訪問(wèn)的完全安全的太陽(yáng)能電池陣中，不需要保持600 VDC的最大電壓。在這種情況下，應(yīng)用NESC標(biāo)準(zhǔn)。此外，在世界上的其他地方(例如在歐洲)，太陽(yáng)能電池陣可能具有更高電壓電平，比如高達(dá)1000 VDC0因此，取決于太陽(yáng)能電池的材料組成及其對(duì)較大電壓的容限，可能不需要電壓箝位。在使用中，系統(tǒng)10生成DC電流，其通過(guò)斷路箱34和箝位電路36a、36b、36c而被輸送到逆變器22。逆變器22將DC電流轉(zhuǎn)換成輸出AC電流，其通過(guò)AC總線M而被輸送到變壓器26。變壓器沈?qū)τ谒邮盏降哪孀兤?2的輸出提供電絕緣和電壓逐步增加(從標(biāo)稱360V AC到通常為12500V AC的配電電壓)。在某些實(shí)施例中，變壓器沈?qū)τ诿恳粋€(gè)逆變器22提供單獨(dú)的阻抗平衡初級(jí)繞組。應(yīng)當(dāng)理解的是，將來(lái)自每一個(gè)斷路箱34的累積操作電流通過(guò)DC總線20傳導(dǎo)到被切換到“活動(dòng)”狀態(tài)的逆變器22。具體來(lái)說(shuō)，控制器30確定DC輸出電流通過(guò)與逆變器22 協(xié)作來(lái)回傳遞信息的路徑，從而選擇性地確定哪些逆變器22將被接通及關(guān)斷?？刂破?0 有效地將DC電流導(dǎo)向所選數(shù)目的逆變器22以便將DC電流變換到AC電流，從而最大化系統(tǒng)10的功率輸出并且減少系統(tǒng)10內(nèi)的功率損耗。被切換到“非活動(dòng)”狀態(tài)的逆變器22通常從AC總線M和AC電網(wǎng)28斷開(kāi)以便最小化靜態(tài)損耗，從而最大化并網(wǎng)系統(tǒng)10的效率。圖7 — 8圖示了其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板18的典型電氣特性的特性曲線46，其中I是電流，V是電壓，Isc是短路電流，Iop是操作電流，V。p是操作電壓，V。。是開(kāi)路電壓，并且Pmax 是最大功率點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，圖7示出了其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板18在“一個(gè)太陽(yáng)”(即以其來(lái)額定傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板的標(biāo)準(zhǔn))照度下的IV (電流/電壓)曲線48。應(yīng)當(dāng)理解的是，在IV 曲線上只存在一個(gè)點(diǎn)(即最大功率點(diǎn))，在此處電壓與電流的乘積(即功率)被最大化。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，操作電壓(V。p)比開(kāi)路電壓(V。。)更小大約20%。圖8圖示了變化照度下的圖7中所表示的相同的其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板18的圖形表示50。電流與太陽(yáng)能級(jí)成正比地變化。但是開(kāi)路電壓保持恒定。多條IV曲線52當(dāng)中的每一條具有一個(gè)點(diǎn)(即最大功率點(diǎn))，該點(diǎn)處的電壓與電流的乘積被最大化。當(dāng)被帶到聯(lián)線時(shí)，逆變器22利用分布式控制基于接收自相關(guān)聯(lián)的一定數(shù)目的串 16的DC功率來(lái)計(jì)算單獨(dú)的最大功率點(diǎn)(MPP)。舉例來(lái)說(shuō)，逆變器22基于傳統(tǒng)的“擾動(dòng)和觀測(cè)”算法而被控制。當(dāng)所連接的一定數(shù)目的串聯(lián)串16的DC功率輸出超出在特定時(shí)間所連接的逆變器22的總體容量時(shí)，則控制器30將更多逆變器22切換到“活動(dòng)”狀態(tài)。接著，被切換到“活動(dòng)”狀態(tài)的每一個(gè)逆變器22又確定被該特定的其中一個(gè)逆變器22所利用的單獨(dú)MPP，同時(shí)把已經(jīng)聯(lián)線的各逆變器22的其他逆變器實(shí)質(zhì)上留在其最大電流點(diǎn)Imax處。這樣，最后一個(gè)聯(lián)線的逆變器22 (通過(guò)DC總線20)管制系統(tǒng)10的操作電壓，而其余的逆變器 22繼續(xù)逆變來(lái)自DC總線20的其對(duì)應(yīng)部分的最大電流。其結(jié)果是，每一個(gè)逆變器22在任何給定時(shí)間確定并安全地處理其自身的電流，同時(shí)最小化傳入電流的電阻性損耗。此外，每一個(gè)逆變器22還提供其自身的抗孤島效應(yīng)保護(hù)。作為一個(gè)說(shuō)明性實(shí)例，圖9示出了針對(duì)基于俄亥俄州的托萊多的夏日的逆變器22 的動(dòng)態(tài)切換的描繪。多條虛線代表對(duì)于每一個(gè)逆變器22的85%功率電平，其中至少一對(duì)逆變器22成比例地共享負(fù)載。隨著總體各行14的DC功率輸出在一天之中改變，可以在“活動(dòng)”狀態(tài)與“非活動(dòng)”狀態(tài)之間切換任意數(shù)目的逆變器22以便共享負(fù)載。與具有直接布線到單獨(dú)各行的逆變器的傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池陣相比，DC總線20允許按照幾乎等同的方式利用逆變器22的任意組合，以便將各行14的總體DC輸出電流逆變成被傳導(dǎo)到AC總線M的AC電流。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于較高電壓下的較低電流傳輸，從而使得所需的布線和連接器件的規(guī)格最小化，這隨后又使得構(gòu)造和維護(hù)成本最小化。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，所述串16包括CdTe串聯(lián)布線的太陽(yáng)能電池板18 (其例如由亞利桑那州的菲尼克斯的First Solar公司制造)，并且具有大約496 VDC的標(biāo)稱操作電壓以產(chǎn)生大約575W的功率。其中每一行14包括二十個(gè)串16，其中每一串16包括八個(gè)串聯(lián)布線的電池板18，以便生成大約23A DC的電流和11. 5KW的功率。因此，將為變壓器沈給出360 VAC的三相電壓，其在變壓器沈的公用事業(yè)側(cè)(即在電網(wǎng)28側(cè))被變換到 12470V/7200V三相。應(yīng)當(dāng)理解的是，系統(tǒng)10的輸出與將給出277 VAC三相的傳統(tǒng)的串聯(lián)布線的六電池板不同。作為另一個(gè)實(shí)例，在每一串16包括十個(gè)電池板18的情況下，標(biāo)稱操作電壓將是大約620 VDC，從而將產(chǎn)生大約719W的功率。在每一行14包括十六個(gè)串聯(lián)串16的情況下，輸出電流將是大約18. 6A DC并且功率將是11. 5KW。變壓器沈?qū)⒔o出480 VAC三相電壓，其在變壓器26的公用事業(yè)(即電網(wǎng)28)側(cè)被變換到12470V/7200V三相。雖然前面的具體實(shí)例是針對(duì)CdTe串聯(lián)串16，但是所提到的相同的趨勢(shì)和極限對(duì)于在串聯(lián)/并聯(lián)串16、16’中布線的任何類(lèi)型的太陽(yáng)能電池板18 (比如非晶硅電池板)都
將存在。圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的并網(wǎng)系統(tǒng)100，其也被稱作并網(wǎng)太陽(yáng)能系統(tǒng)或并網(wǎng)光伏(PV)系統(tǒng)，除了本文下面所描述的那些之外所述并網(wǎng)系統(tǒng)100與系統(tǒng)10類(lèi)似。如所示，系統(tǒng)100包括兩個(gè)部分10加、10213，其中的每一個(gè)都包括多行104。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，每一行104包括多個(gè)串聯(lián)串106。每一串106包括串聯(lián)布線在一起的多個(gè)太陽(yáng)能電池板108。構(gòu)成每一行104的各串106被并聯(lián)布線在一起。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任意數(shù)目的串106和電池板108來(lái)形成太陽(yáng)能電池陣。太陽(yáng)能電池陣100還包括與每一個(gè)串聯(lián)布線的電池板串106電氣通信的直流電傳導(dǎo)總線Iio (DC總線)，與DC總線110相鄰布置并且與之電氣耦合的多個(gè)逆變器112，其中每一個(gè)逆變器112具有活動(dòng)狀態(tài)和非活動(dòng)狀態(tài)，與每一個(gè)逆變器112電氣通信的交流電傳導(dǎo)總線114 (AC總線);與AC總線114通信以便從其接收交流電并且逐步增加AC輸出電壓從而匹配AC電網(wǎng)118的配電線的電力變壓器116 ；以及與至少其中一個(gè)逆變器112通信以便在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間選擇性地切換所述至少其中一個(gè)逆變器112的控制器 120。DC總線110基本上呈環(huán)狀。但是，可以使用諸如環(huán)狀之類(lèi)的其他配置。其中每一行104在并聯(lián)配置中電氣連接到DC總線110，以便通過(guò)DC總線110輸送DC電流。但是，可以使用其他電氣配置。逆變器112電氣耦合到DC總線110以便接收DC電流(輸入)并且把DC電流轉(zhuǎn)換成輸出AC電流。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，至少其中一個(gè)逆變器112包括最大功率點(diǎn)跟蹤器 (MPPT) 121，以便跟蹤至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板108的最大功率點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解的是，MPPT 121可以是任何類(lèi)型的控制電路或邏輯，以便來(lái)搜索最大功率點(diǎn)并且允許至少其中一個(gè)逆變器112提取可從相關(guān)聯(lián)的器件(即行104、串106、電池板108等等)獲得的最大功率。逆變器112在按需的基礎(chǔ)上被利用來(lái)轉(zhuǎn)換DC輸入并且輸送輸出功率。在某些實(shí)施例中，通過(guò)控制器120 (例如可編程邏輯控制器(PLC))在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間選擇性地切換任意數(shù)目的逆變器112。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，控制器120通過(guò)RS485串行通信協(xié)議連接器(Si - S8)與每一個(gè)逆變器112進(jìn)行信號(hào)通信?？梢允褂闷渌B接器和協(xié)議。 應(yīng)當(dāng)理解的是，通過(guò)把逆變器112居中定位在DC總線110的環(huán)內(nèi)，被用于逆變器112與DC 總線110之間的互連的線材規(guī)格被最小化。AC總線114基本上呈馬蹄狀。但是，可以使用諸如環(huán)狀之類(lèi)的其他配置。每一個(gè)逆變器112在并聯(lián)配置中電氣連接到AC總線114，以便通過(guò)AC總線114輸送AC電流。但是，可以使用其他電氣配置。AC總線114包括將AC電流傳導(dǎo)到變壓器116的接觸器/斷路器122。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用其他開(kāi)關(guān)和繼電器來(lái)把DC電流傳導(dǎo)到變壓器116。變壓器116逐步增加輸入電壓，從而使得AC輸出電壓與AC電網(wǎng)118的配電線匹配。取代如傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池陣所需的多個(gè)變壓器(即在每一個(gè)傳統(tǒng)逆變器的輸出上有一個(gè)變壓器)，單個(gè)大效用率變壓器116逐步增加AC輸出電壓，以便匹配AC電網(wǎng)118的配電線。此外，單個(gè)變壓器116將逆變器112 從AC電網(wǎng)118電絕緣，從而提供針對(duì)孤島效應(yīng)的保護(hù)。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，多個(gè)斷路箱IM和多個(gè)箝位電路126a、U6b、126c被布置在各行104與DC總線110之間。具體來(lái)說(shuō)，每一個(gè)斷路箱1 被布置在箝位電路U6a、126b, 126c的至少一個(gè)與DC總線110之間。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任意數(shù)目的斷路箱124。應(yīng)當(dāng)理解的是，將斷路箱1 放置在每一行104的輸出處會(huì)最小化如傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池陣所需要的那樣在每一個(gè)串聯(lián)串106中布置保險(xiǎn)絲的需求。還應(yīng)當(dāng)理解的是，斷路箱IM允許在任意時(shí)間將任一行104從DC總線環(huán)110斷開(kāi)以供服務(wù)或維護(hù)。箝位電路12^、lMb、12k可以被布置在行104與DC總線110之間，以便防止置于太陽(yáng)能電池板108內(nèi)的組件兩端的高于600 VDC的開(kāi)路電壓，比如當(dāng)AC電網(wǎng)118在晴天的中間“停運(yùn)”時(shí)的情況。一般來(lái)說(shuō)，可以人工發(fā)起電壓箝位以便例如對(duì)單獨(dú)一行執(zhí)行維護(hù)， 或者當(dāng)其中一行104沒(méi)有產(chǎn)生足夠的DC輸出時(shí)人工發(fā)起電壓箝位。此外，還可以例如由控制器120自動(dòng)命令箝位。在某些實(shí)施例中，斷路箱被布置在箝位電路12^、lMb、12k與DC 總線110之間。在使用中，太陽(yáng)能電池板108響應(yīng)于暴露于太陽(yáng)能量而生成DC電壓。至少其中一個(gè)逆變器112感測(cè)所生成的DC電壓的存在并且吸取電流，從而導(dǎo)致至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板108的DC電壓下降。在非?？斓臅r(shí)間線上(例如每?jī)擅?，所述至少一個(gè)逆變器112執(zhí)行“擾動(dòng)和觀測(cè)”例程以便定位至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板108的最大功率點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解的是，“擾動(dòng)和觀測(cè)”例程可以包括改變電壓并且測(cè)量結(jié)果所得到的電流的改變。還應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任何“擾動(dòng)和觀測(cè)”例程或算法。一旦確定最大功率點(diǎn)之后，所述至少其中一個(gè)逆變器112就通過(guò)保持電壓與電流比而“鎖定”到該最大功率點(diǎn)，這在傳統(tǒng)上被稱作最大功率點(diǎn)跟蹤。逆變器112將DC電流轉(zhuǎn)換成輸出AC電流，其被輸送到變壓器112。變壓器116對(duì)所接收到的逆變器112的輸出提供電絕緣和電壓逐步增加(從標(biāo)稱360V AC逐步增加到通常為12500V AC的配電電壓)。在某些實(shí)施例中，變壓器116對(duì)于每一個(gè)逆變器 112提供單獨(dú)的阻抗平衡初級(jí)繞組。圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能電池陣200，其也被稱作并網(wǎng)太陽(yáng)能系統(tǒng)或并網(wǎng)光伏(PV)系統(tǒng)。并網(wǎng)系統(tǒng)200包括多個(gè)太陽(yáng)能電池板202 (其例如被串聯(lián)安排以形成太陽(yáng)能串)。在某些實(shí)施例中，各太陽(yáng)能電池板202并聯(lián)連接到DC總線204，并且與多個(gè)逆變器206電氣通信。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任意數(shù)目的太陽(yáng)能電池板202和逆變器206。還應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任意電氣配置。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，太陽(yáng)能電池板202和逆變器206以類(lèi)似于系統(tǒng)10或系統(tǒng)100的配置的配置來(lái)安排。逆變器206電氣耦合到太陽(yáng)能電池板202以便接收DC電流(輸入)并且把DC電流轉(zhuǎn)換成輸出AC電流。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，至少其中一個(gè)逆變器206包括最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT)207，以便跟蹤至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板202的最大功率點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解的是， MPPT 207可以是任何類(lèi)型的控制電路或邏輯，以便搜索最大功率點(diǎn)并且允許至少其中一個(gè)逆變器206提取可從相關(guān)聯(lián)的器件(即任意數(shù)目的太陽(yáng)能電池板202)獲得的最大功率。如所示，電路208被插入在至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板202與至少其中一個(gè)逆變器206之間。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，電路208包括斷路箱(未示出)，其類(lèi)似于系統(tǒng)10的斷路箱34。作為另一個(gè)非限制性實(shí)例，電路208包括箝位電路(未示出)，其類(lèi)似于系統(tǒng)10 的箝位電路36a、36b、36c的其中一個(gè)。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任意數(shù)目的電路208。逆變器206在按需的基礎(chǔ)上被利用來(lái)轉(zhuǎn)換DC輸入并且輸送輸出功率。在某些實(shí)施例中，通過(guò)控制器209 (例如可編程邏輯控制器(PLC))在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間選擇性地切換任意數(shù)目的逆變器206。如所示，并網(wǎng)系統(tǒng)200還包括耦合到每一個(gè)逆變器206的輸出的至少一個(gè)變壓器 210。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，變壓器210是delta-wye絕緣變壓器，其具有多個(gè)電氣并聯(lián)的 delta初級(jí)繞組和wye次級(jí)繞組。每一個(gè)delta初級(jí)繞組電氣耦合到其中一個(gè)逆變器206 的AC輸出，并且次級(jí)繞組電氣耦合到配電線。在某些實(shí)施例中，變壓器210類(lèi)似于在美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61Λ67，192中所示出并描述的公用事業(yè)變壓器。圖9A和9B圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變壓器210。如所示，變壓器210是 delta-wye絕緣變壓器，其具有多個(gè)電氣并聯(lián)的delta初級(jí)繞組和wye次級(jí)繞組。每一個(gè) delta初級(jí)繞組通過(guò)多個(gè)初級(jí)連接器214中的至少一個(gè)電氣耦合到其中一個(gè)逆變器206的 AC輸出。次級(jí)繞組通過(guò)多個(gè)次級(jí)連接器216中的至少一個(gè)電氣耦合到配電線。應(yīng)當(dāng)理解的是，逆變器、變壓器以及配電線到電網(wǎng)之間的各種電氣連接可以提供各種逐步增加的變換。在使用中，太陽(yáng)能電池板202響應(yīng)于暴露于太陽(yáng)能量而生成DC電壓。至少其中一個(gè)逆變器206感測(cè)所生成的DC電壓的存在并且吸取電流，這導(dǎo)致至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板202的DC電壓下降。在預(yù)定時(shí)間線上(例如每?jī)擅?，所述至少一個(gè)逆變器206執(zhí)行“擾動(dòng)和觀測(cè)”例程以便定位太陽(yáng)能電池板202的最大功率點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解的是，擾動(dòng)和觀測(cè)例程可以包括改變電壓并且測(cè)量結(jié)果所得到的電流的改變。還應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任何擾動(dòng)和觀測(cè)例程或算法。一旦確定最大功率點(diǎn)之后，所述至少其中一個(gè)逆變器206就通過(guò)保持電壓與電流比而“鎖定”到該最大功率點(diǎn)，這在傳統(tǒng)上被稱作最大功率點(diǎn)跟蹤。在某些實(shí)施例中，響應(yīng)于預(yù)定的和可變的功率電平在“按需”的基礎(chǔ)上將逆變器 206從非活動(dòng)狀態(tài)切換到活動(dòng)狀態(tài)。在理想情況下，只有其中一個(gè)逆變器206管理整個(gè)系統(tǒng)200的最大功率點(diǎn)，正如前面所描述的那樣?？刂破?09選擇性地將其中一個(gè)逆變器206 (其被稱作主逆變器212)切換到活動(dòng)狀態(tài)。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，每一個(gè)逆變器206包括與控制器209通信的嵌入組件(例如控制電路)，以便向控制器209輸送具有與相關(guān)聯(lián)的其中一個(gè)逆變器206的操作特性或歷史有關(guān)的信息的反饋信號(hào)。作為另一個(gè)實(shí)例，所述反饋信號(hào)包括與以下各項(xiàng)有關(guān)的信息逆變器“聯(lián)線時(shí)間”；逆變器模式(其可從控制器209進(jìn)行控制，所示逆變器模式包括最大功率點(diǎn)跟蹤模式或特定電流輸出)；電流輸出讀數(shù)；DC電壓輸入讀數(shù)；AC電壓輸入讀數(shù)；逆變器所經(jīng)歷的錯(cuò)誤/故障；年初至今所產(chǎn)生的功率；以及所產(chǎn)生的功率(以月、日、小時(shí)、分鐘等計(jì))。應(yīng)當(dāng)理解的是，為了建立對(duì)于逆變器的選擇的分層結(jié)構(gòu)14，控制器209查詢每一個(gè)逆變器206，接收來(lái)自其的反饋信號(hào)，并且分析由反饋信號(hào)所代表的信息以便從所查詢的各逆變器206當(dāng)中選擇主逆變器。通常來(lái)說(shuō)，控制器209被預(yù)先編程為選擇具有最低“聯(lián)線時(shí)間”的其中一個(gè)逆變器206。但是，控制器209可以被編程為基于任何參數(shù)或分析來(lái)選擇主逆變器212。一旦被選擇之后，主逆變器212就是在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)管理對(duì)于系統(tǒng)200的最大功率點(diǎn)的其中一個(gè)逆變器206。當(dāng)各逆變器206中的附加逆變器(其被稱作非主逆變器213) 被切換到活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，附加的非主逆變器213吸取電流；但是主逆變器212繼續(xù)跟蹤太陽(yáng)能電池板202的最大功率點(diǎn)。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，管理最大功率點(diǎn)(MPP)的主逆變器212能夠運(yùn)行到 150KVA的極限(在MOA下)。主逆變器212被驅(qū)動(dòng)直到達(dá)到MOA極限的近似80%為止。在該點(diǎn)處，處于所述分層結(jié)構(gòu)中的下一個(gè)非主逆變器213(其通常是基于由控制器209進(jìn)行的查詢而確定的)被切換到活動(dòng)狀態(tài)，并且被驅(qū)動(dòng)到相關(guān)聯(lián)的電流極限(240A)的近似80%。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以把電流或功率極限的任何百分比用作閾值。與此同時(shí)，主逆變器212被調(diào)節(jié)到MO A極限的近似20%，以便維持對(duì)MPP的管理。主逆變器212繼續(xù)跟蹤最大功率點(diǎn)， 直到主逆變器212再次被驅(qū)動(dòng)到MO A極限的近似80%為止。在該點(diǎn)處，處于所述分層結(jié)構(gòu)中的下一個(gè)非主逆變器213被切換到活動(dòng)狀態(tài)，并且被驅(qū)動(dòng)到相關(guān)聯(lián)的極限的近似80%。 主逆變器212繼續(xù)管理MPP，而各活動(dòng)的非主逆變器213與主逆變器212協(xié)作來(lái)管理或“消化”可用電流。隨著主逆變器212達(dá)到電流極限的近似80%，其中一個(gè)活動(dòng)的非主逆變器 213 (例如各逆變器206中將被激活的第二個(gè)逆變器)被驅(qū)動(dòng)到電流極限的接近100%，監(jiān)測(cè) MPP，并且通過(guò)改變至少其中一個(gè)非主逆變器213的輸出來(lái)修改主逆變器212的電平。應(yīng)當(dāng)理解的是，在具有間歇云覆蓋的一天中，太陽(yáng)功率將在該天之中改變。相應(yīng)地，引入一個(gè)時(shí)間常數(shù)或閾值以消除對(duì)于逆變器206的過(guò)多切換和開(kāi)關(guān)。對(duì)“活動(dòng)”逆變器206進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便接收DC電流，將DC電流轉(zhuǎn)換成輸出AC電流， 以及將AC電流輸送到變壓器210。變壓器210將兩項(xiàng)功能組合到一個(gè)封裝中。變壓器210 的主要功能是對(duì)于所接收到的逆變器210的輸出提供電絕緣和電壓逐步增加(從標(biāo)稱360 VAC逐步增加到通常為12500 VAC的配電電壓)。變壓器210的第二功能是為每一個(gè)逆變器 206提供單獨(dú)的阻抗平衡初級(jí)繞組。包括控制器209的并網(wǎng)系統(tǒng)200有效地“輪轉(zhuǎn)”各逆變器206，以便在系統(tǒng)200內(nèi)的每一個(gè)逆變器206之間保持接近相等的運(yùn)行小時(shí)。相應(yīng)地，并網(wǎng)系統(tǒng)200和控制該系統(tǒng) 200的方法在低光級(jí)條件下最大化能量收獲；通過(guò)在“按需”基礎(chǔ)上選擇性地切換每一個(gè)逆變器206而最大化可靠性；以及在其中一個(gè)逆變器206發(fā)生故障的情況下改道輸送功率。在發(fā)電和配電領(lǐng)域內(nèi)，暴露于600V或更高的情況受到NESC的管制，并且在其中設(shè)施可以超出600V極限(例如1000 VDC)的國(guó)家中，串聯(lián)布線的八個(gè)或十個(gè)太陽(yáng)能電池板提供比傳統(tǒng)并網(wǎng)太陽(yáng)能系統(tǒng)更高近似30%的電壓，其轉(zhuǎn)換成較低規(guī)格線材尺寸下的更高效率(即與傳統(tǒng)的六個(gè)串聯(lián)布線的電池板串所需的情況相比更小至少一個(gè)AWG銅線尺寸)。此外，其他導(dǎo)體項(xiàng)的容量相對(duì)較低/較小，這是因?yàn)閮H僅需要它們應(yīng)對(duì)較低的電流(即系統(tǒng)材料成本較低并且所經(jīng)歷的電氣損耗較低)，從而可從系統(tǒng)10、100、200產(chǎn)生近似相同的AC功率輸出(例如1MW、250KW、125KW等等)，在所述系統(tǒng)中通常提供太陽(yáng)能電池陣以根據(jù)歐姆定律(P=I χ V)產(chǎn)生所設(shè)定的功率量。在本發(fā)明中，由于逆變器22、112、206可以在按需的基礎(chǔ)上被接通和關(guān)斷，因此每一個(gè)逆變器22、112、206的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間被大大縮短。舉例來(lái)說(shuō)，在俄亥俄州的托萊多之類(lèi)的地區(qū)(在那里有大量陰天和部分多云天氣)內(nèi)，本發(fā)明的每一個(gè)逆變器22、112、206在太陽(yáng)能電池陣的20年使用壽命當(dāng)中可能僅被利用7. 5年，這一點(diǎn)與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池陣的逆變器的使用壽命不同，逆變器的使用壽命通常在傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池陣的整個(gè)使用壽命期間都連續(xù)。此外，在本發(fā)明中，如果逆變器22、112、206發(fā)生故障，則剩余的逆變器22、112、206將獲得輸出電流。在傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池陣中，如果一個(gè)逆變器存在缺陷，則必須替換該逆變器以便從布線到該特定逆變器的各行收集輸出電流。還要知道，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)逆變器運(yùn)行在其峰值額定功率下或其峰值額定功率附近時(shí)的效率最高。對(duì)于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池陣，逆變器僅僅以10%的額定功率操作，逆變器可能只有85%的效率。在本發(fā)明中，當(dāng)前將被接通的逆變器22、112、206將始終在96%或更高的效率下遞送能量。在按需的基礎(chǔ)上操作逆變器22、112、206會(huì)降低成本并且導(dǎo)致改進(jìn)逆變器效用率，例如可以在夜間令逆變器離線。此外，級(jí)間和逆變器間的變壓器不與本發(fā)明的逆變器 22、112、206 —起布置，從而導(dǎo)致降低了裝備、安裝和維護(hù)成本。簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明導(dǎo)致減少了系統(tǒng)10、100、200內(nèi)的組件，這轉(zhuǎn)換成更高的功率效率。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從前面的描述可以很容易確定本發(fā)明的實(shí)質(zhì)特性，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對(duì)本發(fā)明做出許多改變和修改，從而將其適配于各種用途和條件。
權(quán)利要求
1.一種并網(wǎng)系統(tǒng)，包括多個(gè)太陽(yáng)能電池板；多個(gè)逆變器，其中每一個(gè)逆變器與至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板電氣通信以便將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，其中每一個(gè)逆變器具有活動(dòng)狀態(tài)和非活動(dòng)狀態(tài)，并且至少其中一個(gè)逆變器包括用以跟蹤至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)的跟蹤組件；以及控制器，其與至少其中一個(gè)逆變器通信，以便在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間選擇性地切換所述至少其中一個(gè)逆變器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的并網(wǎng)系統(tǒng)，還包括與每一個(gè)太陽(yáng)能電池板和每一個(gè)逆變器電氣通信的直流電傳導(dǎo)總線，以便提供至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板與至少其中一個(gè)逆變器之間的電氣通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的并網(wǎng)系統(tǒng)，還包括布置在至少其中一個(gè)逆變器與至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板之間的斷路箱，以便提供其間的選擇性電氣通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的并網(wǎng)系統(tǒng)，還包括布置在至少其中一個(gè)逆變器與至少其中一個(gè)電池板串之間的箝位電路，以便限制至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板兩端的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的并網(wǎng)系統(tǒng)，其中，所述箝位電路包括雙刀雙擲開(kāi)關(guān)和晶閘管中的至少一個(gè)，以便將所述電路切換到短路狀況。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的并網(wǎng)系統(tǒng)，還包括電力變壓器，其與電網(wǎng)和各逆變器通信以便接收來(lái)自逆變器的交流電并且將電壓逐步增加以與電網(wǎng)的電壓相匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的并網(wǎng)系統(tǒng)，還包括與變壓器和每一個(gè)逆變器的輸出電氣通信的交流電總線，以便在逆變器與變壓器之間輸送交流電。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的并網(wǎng)系統(tǒng)，其中，至少其中一個(gè)逆變器執(zhí)行“擾動(dòng)和觀測(cè)”例程，以便跟蹤至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的并網(wǎng)系統(tǒng)，其中，至少其中一個(gè)逆變器向控制器輸送反饋信號(hào)，所述反饋信號(hào)代表所述至少其中一個(gè)逆變器的操作特性，并且其中控制器基于對(duì)每一個(gè)反饋信號(hào)的分析而在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間切換所述至少其中一個(gè)逆變器。
10.一種并網(wǎng)系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能電池陣，其包括彼此并行電氣通信的多個(gè)電池板串，其中每一個(gè)電池板串包括多個(gè)太陽(yáng)能電池板；直流電傳導(dǎo)總線，其與每一個(gè)串聯(lián)布線的電池板串電氣通信；多個(gè)逆變器，其與直流電總線環(huán)電氣通信以便接收由太陽(yáng)能電池陣生成的直流電并且將所述直流電轉(zhuǎn)換成交流電，其中每一個(gè)逆變器具有活動(dòng)狀態(tài)和非活動(dòng)狀態(tài)，并且至少其中一個(gè)逆變器跟蹤至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)；以及控制器，其與每一個(gè)逆變器通信，以便接收來(lái)自每一個(gè)逆變器的反饋信號(hào)并且基于對(duì)每一個(gè)反饋信號(hào)的分析而在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間切換至少其中一個(gè)逆變器，其中反饋信號(hào)包括關(guān)于相關(guān)聯(lián)的其中一個(gè)逆變器的操作特性的信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的并網(wǎng)系統(tǒng)，還包括布置在至少其中一個(gè)逆變器與至少其中一個(gè)電池板串之間的斷路箱，以便提供其間的選擇性電氣通信。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的并網(wǎng)系統(tǒng)，還包括布置在至少其中一個(gè)逆變器與至少其中一個(gè)電池板串之間的箝位電路，以便限制由至少其中一個(gè)電池板串生成的電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的并網(wǎng)系統(tǒng)，還包括電力變壓器，其與電網(wǎng)和各逆變器通信以便接收來(lái)自逆變器的交流電并且將電壓逐步增加以與電網(wǎng)的電壓相匹配。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的并網(wǎng)系統(tǒng)，其中，所述變壓器包括對(duì)于每一個(gè)逆變器的單獨(dú)的阻抗平衡初級(jí)繞組。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的并網(wǎng)系統(tǒng)，其中，至少其中一個(gè)逆變器執(zhí)行“擾動(dòng)和觀測(cè)”例程， 以便定位至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的并網(wǎng)系統(tǒng)，其中，所述直流電傳導(dǎo)總線總體上呈環(huán)狀，并且至少其中一個(gè)逆變器被布置在直流電傳導(dǎo)總線的環(huán)形形狀內(nèi)。
17.—種控制并網(wǎng)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟 提供多個(gè)太陽(yáng)能電池板；提供多個(gè)逆變器，其中每一個(gè)逆變器與至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板電氣通信以便從其接收直流電并且將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，其中每一個(gè)逆變器具有活動(dòng)狀態(tài)和非活動(dòng)狀態(tài)， 并且至少其中一個(gè)逆變器跟蹤至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)； 生成包括關(guān)于至少其中一個(gè)逆變器的操作特性的信息的反饋信號(hào)； 分析反饋信號(hào)；以及響應(yīng)于對(duì)反饋信號(hào)的分析而在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間切換至少其中一個(gè)逆變器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括以下步驟提供與每一個(gè)太陽(yáng)能電池板和各逆變器電氣通信的直流電傳導(dǎo)總線，以便提供太陽(yáng)能電池板與逆變器之間的電氣互相通信。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括對(duì)交流電進(jìn)行變換以與電網(wǎng)的電壓相匹配的步馬聚ο
20.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中，至少其中一個(gè)逆變器執(zhí)行“擾動(dòng)和觀測(cè)”例程，以便定位至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)。
全文摘要
一種并網(wǎng)系統(tǒng)包括多個(gè)太陽(yáng)能電池板；多個(gè)逆變器，其中每一個(gè)逆變器與至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板電氣通信以便將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，其中每一個(gè)逆變器具有活動(dòng)狀態(tài)和非活動(dòng)狀態(tài)，并且至少其中一個(gè)逆變器包括用以跟蹤至少其中一個(gè)太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)的跟蹤組件；以及控制器，其與至少其中一個(gè)逆變器通信，以便在活動(dòng)狀態(tài)與非活動(dòng)狀態(tài)之間選擇性地切換所述至少其中一個(gè)逆變器。
文檔編號(hào)H02M7/44GK102449896SQ201080024079
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者R. 費(fèi)爾特納 D., F. 格爾哈丁格 P., J. 西蒙斯 R., L. 阿什頓 R. 申請(qǐng)人:內(nèi)克斯特羅尼克斯公司