專利名稱：具有電壓平衡器的光伏系統(tǒng)及光伏模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光伏(photovoltaic)系統(tǒng),尤其涉及一種采用一個或多個電壓平衡器來平衡光伏模塊或其子模塊的輸出電壓的光伏系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光伏(PV)模塊越來越多地用于從入射到太陽能電池上的太陽光能生成電能。典型地，PV模塊是用多個串聯(lián)連接的太陽能電池10形成的，多個太陽能電池10可以分組成多個串聯(lián)連接的子模塊20。例如，如圖10所示，有3個串聯(lián)連接的子模塊，在每一個子模塊中有18-20個串聯(lián)連接的太陽能電池?；赑V系統(tǒng)的期望輸出電壓和功率范圍，通過設(shè)置多個串聯(lián)成串的PV模塊、且有時通過并行設(shè)置多個串聯(lián)連接的PV模塊串而能夠形成PV系統(tǒng)。實踐中，例如，由于子模塊被臨時遮擋、一個或多個太陽電池受到污染、或者甚至由于太陽能電池的性能可能隨著年深日久而惡化的蔓延，不同的子模塊20中的單個太陽能電池10的輸出功率之間存在差異。由于太陽能電池的電流源型(current-source-type)性能，以及由于每個電池的太陽能電流值依賴于入射光量，因此，不是所有的在PV模塊內(nèi)串聯(lián)連接的電流源都可以具有相同的值。為了防止最弱的電池的電流決定整個PV模塊的輸出電流，典型地，在PV模塊內(nèi)使用旁路二極管30。如圖10所示，每一個旁路二極管30并聯(lián)連接到各自的子模塊20。一旦一個子模塊20被部分遮擋，則子模塊20中的旁路二極管30將相應(yīng)地處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而為模塊電流Io提供通路。然而，使用旁路二極管的缺點在于PV模塊的相關(guān)缺省風(fēng)險(default-risk)和該模塊不再是相反極性(reverse-polarity)的事實。二極管會被極性損壞。因此，迄今為止在本領(lǐng)域中存在亟待解決上述不足和缺陷的需求，而該需求尚未解決。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的一個方面涉及一種光伏(PV)模塊。在一個實施例中，該模塊包括N個子模塊，N為大于I的整數(shù)，每一個子模塊均具有正端子和負端子，所述N個子模塊彼此串聯(lián)電連接，從而使得除了最后一個子模塊之外，任意一個子模塊的所述負端子均電連接到緊跟其后的子模塊的所述正端子。該模塊還包括N-I個電壓平衡器。每一個電壓平衡器均具有第一端子、第二端子和第三端子，除了最后一個電壓平衡器之外，任意一個電壓平衡器的所述第二端子均電連接到緊跟其后的電壓平衡器的所述第三端子；除了最后一個電壓平衡器之外，任意一個電壓平衡器的所述第三端子均電連接到緊跟其后的電壓平衡器的所述第一端子；第一個電壓平衡器的所述第一端子電連接到第一個子模塊的所述正端子；最后一個電壓平衡器的所述第二端子電連接到最后一個子模塊的所述負端子；以及第j個電壓平衡器的所述第三端子電連接到第j個子模塊的所述負端子和第(j+Ι)個子模塊的所述正端子這兩者，j = 1,2,3， ...... ， (N-I)。在一個實施例中，每一個電壓平衡器均包括第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，電耦接在所述第一端子與第二端子之間；第一二極管Dl和第二二極管D2，每一個二極管均并聯(lián)電耦接到各自的開關(guān)；電感器L，電耦接在所述第一開關(guān)和第二開關(guān)的結(jié)合處與所述第三端子之間；以及電耦接在所述第一端子與第三端子之間的第一電容器Cl和電耦接在所述第二端子與第三端子之間的第二電容器C2。此外，每一個電壓平衡器還包括脈沖發(fā)生器，電耦接到所述第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，用于提供驅(qū)動所述第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2的一個或多個驅(qū)動信號，其中所述一個或多個驅(qū)動信號具有補償?shù)?0%占空比。在一個實施例中，每一個電壓平衡器還包括使能邏輯電路，電耦接在所述脈沖發(fā)生器與所述第一端子和第三端子之間，其中所述使能邏輯電路用于感測輸入電壓Vl和V2，從而使得當(dāng)所述輸入電壓Vl和V2的差值低于預(yù)定閾值時，所述使能邏輯電路禁用所述脈沖發(fā)生器并關(guān)閉所述電壓平衡器，其中所述輸入電壓Vl和V2分別是所述第一端子和第三端子處的電壓。PV模塊還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器，具有正輸入端、負輸入端、正輸出端和負輸出端，其中所述正輸入端和負輸入端分別電耦接到第一個子模塊的所述正端子和最后一個子模塊的所述負端子。在一個實施例中，該DC/DC轉(zhuǎn)換器包括一對開關(guān)，電連接在所述正端子與負端子之間；電感器，電耦接在所述正輸出端與所述一對開關(guān)的結(jié)合處之間；以及一對電容器，一個電容器電耦接在所述正輸入端與所述負輸入端之間，另一個電容器電耦接在所述正輸出端與所述負輸出端之間；其中，所述負輸出端電連接到所述負輸入端。在一個實施例中，每一個子模塊均包括彼此串聯(lián)電連接的多個PV電池。本發(fā)明的另一方面涉及一種PV系統(tǒng)。一個實施例的PV系統(tǒng)包括多個PV模塊，每一個所述PV模塊如上所述，所述多個PV模塊彼此串聯(lián)電連接，從而使得除了最后一個PV模塊之外，任意一個PV模塊的所述負端子均電連接到緊跟其后的PV模塊的所述正端子。該PV系統(tǒng)還包括逆變器，具有電連接到第一個PV模塊的所述正端子的第一輸入端、電連接到最后一個PV模塊的所述負端子的第二輸入端、以及電連接到電網(wǎng)或負載的第一輸出端和第二輸出端，其中，所述逆變器具有最大功率點追蹤(MPPT)功能。本發(fā)明的又一方面涉及一種PV模塊。在一個實施例中，該PV模塊包括N個子模塊，N為大于2的整數(shù)，每一個子模塊均具有正端子和負端子，所述N個子模塊彼此串聯(lián)電連接，從而使得除了最后一個子模塊之外，任意一個子模塊的所述負端子均電連接到緊跟其后的子模塊的所述正端子；以及N個電壓平衡器，每一個電壓平衡器均具有第一端子、第二端子和第三端子，其中，除了最后一個電壓平衡器之外，任意一個電壓平衡器的所述第二端子均電連接到緊跟其后的電壓平衡器的所述第三端子；除了最后一個電壓平衡器之外，任意一個電壓平衡器的所述第三端子均電連接到緊跟其后的電壓平衡器的所述第一端子；第一個電壓平衡器的所述第一端子電連接到第一個子模塊的所述正端子；最后一個電壓平衡器的所述第二端子和第三端子分別電連接到最后一個子模塊的B-out端子和所述負端子；以及第j個電壓平衡器的所述第三端子電連接到第j個子模塊的所述負端子和第(j+Ι)個
子模塊的所述正端子這兩者，j = 1,2,3,......，(N-I);以及第一個電壓平衡器的所述第
三端子電連接到B-in端子。
在一個實施例中，每一個電壓平衡器均具有第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，電耦接在所述第一端子與第二端子之間；第一二極管Dl和第二二極管D2，每一個二極管均并聯(lián)電耦接到各自的開關(guān)；電感器L，電耦接在所述第一開關(guān)和第二開關(guān)的結(jié)合處與所述第三端子之間；以及電耦接在所述第一端子與第三端子之間的第一電容器Cl和電耦接在所述第二端子與第三端子之間的第二電容器C2。此外，每一個電壓平衡器還包括脈沖發(fā)生器，電耦接到所述第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，用于提供驅(qū)動所述第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2的一個或多個驅(qū)動信號，其中所述一個或多個驅(qū)動信號具有補償?shù)?0%占空比。在一個實施例中，每一個電壓平衡器還包括使能邏輯電路，電耦接在所述脈沖發(fā)生器與所述第一端子和第三端子之間，其中所述使能邏輯電路被配置為感測輸入電壓Vl和V2，從而使得當(dāng)所述輸入電壓Vl和V2的差值低于預(yù)定閾值時，所述使能邏輯電路禁用所述脈沖發(fā)生器并關(guān)閉所述電壓平衡器，其中所述輸入電壓Vl和V2分別是所述第一端子和第三端子處的電壓。在一個實施例中，每一個子模塊均包括彼此串聯(lián)電連接的多個PV電池。本發(fā)明的再一方面涉及一種PV系統(tǒng)。在一個實施例中，該PV系統(tǒng)包括多個PV模塊，每一個PV模塊如上所述，所述多個PV模塊彼此電連接，從而使得除了最后一個PV模塊之外，任意一個PV模塊的所述負端子和B-OUt端子均分別電連接到緊跟其后的PV模塊的所述正端子和B-in端子；以及逆變器，具有電連接到第一個PV模塊的所述正端子的第一輸入端、電連接到最后一個PV模塊的所述負端子的第二輸入端、電連接到電網(wǎng)或負載的第一輸出端和第二輸出端，其中，所述逆變器具有MPPT功能。本發(fā)明的又一方面涉及一種PV系統(tǒng)。在一個實施例中，該PV系統(tǒng)包括多個PV模塊，每一個PV模塊均包括正端子和負端子，所述多個PV模塊彼此串聯(lián)電連接，從而使得除了最后一個PV模塊之外，任意一個PV模塊的所述負端子均電連接到緊跟其后的PV模塊的所述正端子；以及一個或多個電壓平衡器，每一個電壓平衡器均具有第一端子、第二端子和第三端子；以及逆變器，具有電連接到第一個PV模塊的所述正端子的第一輸入端、電連接到最后一個PV模塊的所述負端子的第二輸入端、以及電連接到電網(wǎng)或負載的第一輸出端和第二輸出端，其中，所述逆變器具有MPPT功能。在一個實施例中，每一個電壓平衡器均具有第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，電耦接在所述第一端子與第二端子之間；第一二極管Dl和第二二極管D2，每一個二極管均并聯(lián)電耦接到各自的開關(guān)；電感器L，電耦接在所述第一開關(guān)和第二開關(guān)的結(jié)合處與所述第三端子之間；以及電耦接在所述第一端子與第三端子之間的第一電容器Cl和電耦接在所述第二端子與第三端子之間的第二電容器C2。此外，每一個電壓平衡器還包括脈沖發(fā)生器，電耦接到所述第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，用于提供驅(qū)動所述第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2的一個或多個驅(qū)動信號，其中所述一個或多個驅(qū)動信號具有補償?shù)?0%占空比。在一個實施例中，每一個電壓平衡器還包括使能邏輯電路，電耦接在所述脈沖發(fā)生器與所述第一端子和第三端子之間，其中所述使能邏輯電路用于感測輸入電壓Vl和V2，從而使得當(dāng)所述輸入電壓Vl和V2的差值低于預(yù)定閾值時，所述使能邏輯電路禁用所述脈沖發(fā)生器并關(guān)閉所述電壓平衡器，其中所述輸入電壓Vl和V2分別是所述第一端子和第三
7端子處的電壓。在一個實施例中，每個子模塊均包括彼此串聯(lián)電連接的多個PV電池。在一個實施例中，每一個PV模塊均包括彼此串聯(lián)電連接的多個子模塊，每一個子模塊均包括彼此串聯(lián)電連接的多個PV電池。對于本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)，如果一個PV子模塊被部分遮擋，則從該子模塊輸出的電流可能下降，然而電壓Vl和V2由于電壓平衡器VBk而保持相同。即使在部分遮擋情況下，PV模塊100仍然使得每一個子模塊能接近于最大輸出功率而運行。下面將結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例進行描述，本發(fā)明的這些和其他方面將因所述描述而變得清楚，盡管在不脫離本文公開的新穎概念的精神和范圍的情況下可以對其進行各種變型和修改。


附圖用來示出本發(fā)明的一個或多個實施例，且書面說明書用于解釋本發(fā)明的原理。只要可能，所有附圖中用相同的附圖標(biāo)記指代實施例中相同或相似的元件，其中圖I示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光伏(PV)模塊；圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的PV模塊中用到的電壓平衡器；圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的PV模塊中用到的電壓平衡器；圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的PV模塊；圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的PV模塊中用到的DC/DC轉(zhuǎn)換器；圖6示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的包括多個PV模塊的PV系統(tǒng)；圖7示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的PV模塊；圖8示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的包括多個PV模塊的PV系統(tǒng)；圖9示意性地示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的包括多個PV模塊的PV系統(tǒng)；以及圖10示意性地示出現(xiàn)有的PV模塊。
具體實施例方式下文將參照附圖更為充分地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以以多種不同形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)當(dāng)理解為局限于本文列出的實施例。更確切地說，這些實施例的提供使得公開內(nèi)容將會詳盡而完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表明本發(fā)明的范圍。全文中相似的附圖標(biāo)記指代相似的元件。本文使用的術(shù)語只是為了描述特定實施例的目的，并不是為了限制本發(fā)明。除非上下文中清楚地指出，否則本文用到的單數(shù)形式的“一”、“一個”和“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)本文使用詞語“包含(comprise) ”和/或“包含(comprising) ”,或者“包括(includes) ”和 / 或“包括(including) ”,或者“有(has)”和 / 或“具有(having)”時，其明確所陳述的特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但并不排除一個或多個其他特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或追加。除非另有定義，否則本文用到的所有詞語(包括技術(shù)和科學(xué)用語)都與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中一個普通技術(shù)人員通常理解的含義相同。還應(yīng)當(dāng)理解，例如在常用詞典中定義的詞語應(yīng)當(dāng)被理解為具有與它們在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域和本文的上下文中一致的含義，并且除非本文明確定義，否則不應(yīng)當(dāng)被理想化或過于形式化地理解。
本文用到的“左右”、“大約”或者“近似”應(yīng)當(dāng)通常是指落在給定數(shù)值或范圍的百分之二十以內(nèi)，優(yōu)選為百分之十以內(nèi)，更優(yōu)選為百分之五以內(nèi)。本文給出的數(shù)量是近似值，意味著如果沒有明確說明，則詞語“左右”、“大約”或“約”是能夠被推及的。將結(jié)合附圖1-9來描述本發(fā)明的實施例。根據(jù)本發(fā)明的目的，如同本文所具體表達和廣泛描述的那樣，本發(fā)明的一個方面涉及一種PV模塊及其應(yīng)用，其使用一個或多個電壓平衡器來平衡PV模塊的PV子模塊的輸出電壓。參照圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的PV模塊100。PV模塊100具有正極性(+)的第一輸出端口 102和負極性㈠的第二輸出端口 104。PV模塊100包括N個子模塊，
{PVj}, j = 2,3,4,......,N, N為大于I的整數(shù)。每一個子模塊PVj均包括多個彼此串聯(lián)
電連接的PV電池，從而一端具有正端子(+)而另一端具有負端子(_)。N個子模塊{PVj}彼此串聯(lián)電連接，從而使得除了最后一個子模塊之外，任意一個子模塊的負端子(_)均電連接到緊跟其后的子模塊的正端子(+)。在圖I示出的示例性實施例中，N = 3。第一個子模塊PV⑴的負端子㈠電連接到第二個子模塊PV (2)的正端子⑴；第二個子模塊PV2的負端子(_)電連接到第三個子模塊PV3的正端子(+)。第一個子模塊PVl的正端子(+)電連接到PV模塊100的第一輸出端口 102，而第三個子模塊PV3的負端子㈠電連接到PV模塊100的第二輸出端口 104。PV 模塊 100 還包括(N-I)個電壓平衡器，{VBk}，k = 1,2,3,......，(N-I) 0 每一
個電壓平衡器VBk均具有第一端子(+)、第二端子(_)和第三端子(B)。除了最后一個電壓平衡器之外，任意一個電壓平衡器的第二端子(_)均電連接到緊跟其后的電壓平衡器的第三端子(B)。除了最后一個電壓平衡器之外，任意一個電壓平衡器的第三端子(B)均電連接到緊跟其后的電壓平衡器的第一端子(+)。此外，第一個電壓平衡器VBl的第一端子(+)電連接到第一個子模塊PVl的正端子(+)。最后一個電壓平衡器VB(N-I)的第二端子(_)電連接到最后一個子模塊PVN的負端子(_)。第k個電壓平衡器VBk的第三端子⑶電連接到第k個子模塊PVk的負端子㈠和第(k+Ι)個子模塊PV(k+l)的正端子⑴這兩者。例如，如圖I所示，第一個電壓平衡器VBl的第二端子(_)電連接到第二個電壓平衡器VB2的第三端子(B);第一個電壓平衡器VBl的第三端子(B)電連接到第二個電壓平衡器VB2的第一端子(+)。此外，第一個電壓平衡器VBl的第一端子(+)電連接到第一個子模塊PVl的正端子(+)。第二個電壓平衡器VB2的第二端子(_)電連接到第三個子模塊PV3的負端子(_)。第一個電壓平衡器VBl的第三端子(B)電連接到第一個子模塊PVl的負端子(_)和第二個子模塊PV2的正端子(+)這兩者。第二個電壓平衡器VB2的第三端子(B)電連接到第二個子模塊PV2的負端子㈠和第三個子模塊PV3的正端子⑴這兩者。VBl為PVl和PV2提供平衡功能，VB2為PV2和PV3提供平衡功能。參照圖2，在一個實施例中，每一個電壓平衡器VBk均具有第一開關(guān)SI、第二開關(guān)S2、第一二極管D1、第二二極管D2、電感器L、第一電容器Cl和第二電容器C2。第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2被電耦接在第一端子(+)與第二端子(_)之間。第一和第二開關(guān)SI和S2可以是任意類型的開關(guān)，例如，可以是薄膜晶體管(TFT)。第一二極管Dl和第二二極管Dl的每一個均被并聯(lián)電耦接到各自的開關(guān)。電感器L電耦接在第一和第二開關(guān)SI和S2的結(jié)合處與第三端子(B)之間。第一電容器Cl電耦接在第一端子(+)和第三端子(B)之間。第二電容器C2電耦接在第二端子(_)和第三端子(B)之間。第一和第二電容器Cl和C2提
9供過濾功能，以防止開關(guān)頻率波動電流穿過子模塊{PVk}。此外，每一個電壓平衡器VBk還具有脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器電耦接到第一和第二開關(guān)SI和S2，用于提供具有補償?shù)?0%占空比且用于驅(qū)動第一和第二開關(guān)SI和S2的一個或多個驅(qū)動信號。電壓平衡器VBk給與其連接到的子模塊{PVk}提供平衡器功能。在圖3所示的一個實施例中，每一個電壓平衡器VBk還包括使能邏輯電路，該使能邏輯電路電耦接在脈沖發(fā)生器與第一端子⑴和第三端子⑶之間。使能邏輯電路決定電壓平衡器VBk的打開或關(guān)閉。使能邏輯電路被配置為感測輸入電壓Vl和V2，從而使得當(dāng)輸入電壓Vl和V2之間的差值低于預(yù)定閾值時，使能邏輯電路禁用(disable)所述脈沖發(fā)生器并關(guān)閉電壓平衡器VBk。輸入電壓Vl和V2分別是第一端子(+)和第三端子(B)處的電壓，分別自耦接到電壓平衡器VBk的相應(yīng)子模塊PVk和PV (k+Ι)輸出。對于這種結(jié)構(gòu)，如果一個子模塊被部分遮擋，則從該子模塊輸出的電流可能下降，然而電壓Vl和V2由于電壓平衡器VBk而保持相同。即使在被部分遮擋情況下，PV模塊100仍然使得每一個子模塊能接近于最大輸出功率而運行。參照圖4和圖5，在一個實施例中，PV模塊100還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器。電壓平衡器{VBk}用于保持所有子模塊{PVj}的電壓平衡，而DC/DC轉(zhuǎn)換器適用于追蹤PV模塊100的最大輸出功率。如圖5所示，DC/DC轉(zhuǎn)換器具有正輸入端口 102、負輸入端口 104、正輸出端口 102’以及負輸出端口 104’。正和負輸入端口 102和104分別電耦接到第一個子模塊PVl的正端子(+)和第四個(最后一個)子模塊PV4的負端子㈠。DC/DC轉(zhuǎn)換器包括電連接在正和負輸入端口 102和104之間的一對開關(guān)SI和S2 ;電耦接在正輸出端口 102’與一對開關(guān)SI和S2的結(jié)合處之間的電感器L ;以及一對電容器Cl和C2。一個電容器Cl電耦接在正和負輸入端口 102和104之間，另一個電容器C2電耦接在正和負輸出端口 102’和104’之間。負輸出端口 104’電連接到負輸入端口 104。圖6示意性地示出了包括如上定義的多個PV模塊100的PV系統(tǒng)600。多個PV模塊100彼此串聯(lián)電連接，從而使得除了最后一個PV模塊100之外，任意一個PV模塊100的負端子(-)均電連接到緊跟其后的PV模塊100的正端子(+)。PV系統(tǒng)600還包括逆變器610，該逆變器610具有電連接到第一個PV模塊100的正端子(+)的第一輸入端口 612、電連接到最后一個PV模塊100的負端子(_)的第二輸入端口 614。逆變器610具有用于輸出功率到電網(wǎng)(grid)/負載的輸出端口 615。逆變器610具有用于優(yōu)化PV系統(tǒng)600的功率輸出的最大功率點追蹤(MPPT)功能。參照圖7，示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的PV模塊700。PV模塊700基本上類似于圖1-5中所示的PV模塊100，只是PV模塊700具有B_in端子和B_out端子，并
且包括N個電壓平衡器{VBk}，k= 1,2,3,......，N。除了最后一個電壓平衡器之外，任意
一個電壓平衡器的第二端子(_)均電連接到緊跟其后的電壓平衡器的第三端子(B)。除了最后一個電壓平衡器之外，任意一個電壓平衡器的第三端子(B)均電連接到緊跟其后的電壓平衡器的第一端子(+)。第一個電壓平衡器的第一端子(+)電連接到第一個子模塊PVl的正端子(+)。最后一個電壓平衡器的第二端子(_)和第三端子(B)分別電連接到最后一個子模塊PVN的B-out端子和負端子(_)。第j個電壓平衡器的第三端子⑶電連接到第
j個子模塊的負端子(_)和第(j+Ι)個子模塊的正端子這兩者，j = 1,2,3,......，(N-I)。
第一個電壓平衡器PVl的第三端子(B)電連接到B-in端子。
對于PV模塊700，第一個、第二個和第三個電壓平衡器VBl、VB2和VB3用于平衡三個子模塊PV1、PV2和PV3的電壓，同時第三個電壓平衡器VB3適用于保持PV系統(tǒng)中PV模塊700的第二個子模塊PV2和緊跟其后的PV模塊的第一個子模塊PVl之間的電壓平衡。圖8示意性地示出了具有上面列出的多個PV模塊700的PV系統(tǒng)800的一個實施例。多個PV模塊700彼此電連接，從而使得除了最后一個PV模塊之外，任意一個PV模塊的負端子(_)和B-o ut端子均分別電連接到緊跟其后的PV模塊的正端子(+)和B-in端子。PV系統(tǒng)800還包括逆變器810，該逆變器810具有電連接到第一個PV模塊100的正端子(+)的第一輸入端口 812、電連接到最后一個PV模塊100的負端子(_)的第二輸入端口 814。該逆變器810具有用于輸出功率到電網(wǎng)或負載的輸出端口 815。逆變器810具有用于優(yōu)化PV系統(tǒng)800的功率輸出的MPPT功能。參照圖9,示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的PV系統(tǒng)900。該PV系統(tǒng)包括
多個PV模塊{PVj}, j = 1,2,3,......，N。每一個PV模塊PVj均具有正端子⑴和負端
子(_)。多個PV模塊{PVj}彼此串聯(lián)電連接，從而使得除了最后一個PV模塊之外，任意一個PV模塊的負端子(-)均電連接到緊跟其后的PV模塊的正端子(+)。在圖9所示的示例性實施例中，PV系統(tǒng)900還具有兩個電壓平衡器VBl和VB2。每一個電壓平衡器均具有第一端子(+)、第二端子(_)和第三端子(B)。第一個電壓平衡器VBl的第一端子(+)電連接到第一個PV模塊PVl和第二個PV模塊PV2的結(jié)合點；第一個電壓平衡器VBl的第三端子⑶電連接到第二個PV模塊PV2和第三個PV模塊PV3的結(jié)合點；并且第一個電壓平衡器VBl的第二端子(_)電連接到第三個PV模塊PV3和第四個PV模塊PV4的結(jié)合點。相應(yīng)地，第一個電壓平衡器VBl用于平衡PV模塊PV2和PV3的電壓。類似地，第二個電壓平衡器VB2用于平衡PV模塊PV4和PV5的電壓。此實施例中，第二個PV模塊PV2被遮擋。此外，PV系統(tǒng)900包括逆變器910，該逆變器910具有電連接到第一個PV模塊100的正端子(+)的第一輸入端口 912、電連接到最后一個PV模塊100的負端子(_)的第二輸入端口 914。逆變器910具有用于輸出功率到電網(wǎng)或負載的輸出端口 915。逆變器910具有用于優(yōu)化PV系統(tǒng)900的功率輸出的MPPT功能。綜上所述，除了其他方面之外，本發(fā)明記載了一種使用一個或多個電壓平衡器來平衡PV模塊的PV子模塊的輸出電壓的PV模塊及其應(yīng)用。本發(fā)明的示例性實施例的前述描述只是用于解釋和描述的目的，并不意欲排除或者將本發(fā)明限制到所公開的具體形式?；谏鲜龅慕虒?dǎo)可以有各種修改和變型。所選擇并描述的實施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，從而促使本領(lǐng)域其他技術(shù)人員使用本發(fā)明和各種實施例以及適用于所考慮到的特定應(yīng)用的各種變型。對本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，不脫離本發(fā)明的精神和范圍的各種可替代的實施例將是明顯的。相應(yīng)地，本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求界定的，而不是由前述說明書和其中所描述的示例性實施例界定的。
權(quán)利要求
1.一種光伏(PV)模塊，包括(a)N個子模塊，N為大于I的整數(shù)，每一個子模塊均具有正端子和負端子，所述N個子模塊彼此串聯(lián)電連接，使得除了最后一個子模塊之外，任意一個子模塊的所述負端子均被電連接到緊跟其后的子模塊的所述正端子；以及(b)N-I個電壓平衡器，每一個電壓平衡器均具有第一端子、第二端子和第三端子，其中，除了最后一個電壓平衡器之外，任意一個電壓平衡器的所述第二端子均被電連接到緊跟其后的電壓平衡器的所述第三端子；除了最后一個電壓平衡器之外，任意一個電壓平衡器的所述第三端子均被電連接到緊跟其后的電壓平衡器的所述第一端子；第一個電壓平衡器的所述第一端子被電連接到第一個子模塊的所述正端子；最后一個電壓平衡器的所述第二端子被電連接到最后一個子模塊的所述負端子；以及第j個電壓平衡器的所述第三端子被電連接到第j個子模塊的所述負端子和第(j+1)個子模塊的所述正端子這兩者，j = 1,2,3,......，(N-I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PV模塊，其中，每一個電壓平衡器均包括(a)第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，被電耦接在所述第一端子與第二端子之間；(b)第一二極管Dl和第二二極管D2，每一個二極管均被并聯(lián)電耦接到各自的開關(guān)；(c)電感器L，被電耦接在所述第一開關(guān)和第二開關(guān)的結(jié)合處與所述第三端子之間；以及(d)第一電容器Cl和第二電容器C2,該第一電容器Cl被電稱接在所述第一端子與第三端子之間，而該第二電容器C2被電耦接在所述第二端子與第三端子之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PV模塊，其中，每一個電壓平衡器還包括脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器被電耦接到所述第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，用于提供驅(qū)動所述第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2的一個或多個驅(qū)動信號，其中所述一個或多個驅(qū)動信號具有補償?shù)?0%占空比。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PV模塊，其中，每一個電壓平衡器還包括使能邏輯電路，該使能邏輯電路被電耦接在所述脈沖發(fā)生器與所述第一端子與第三端子之間，其中所述使能邏輯電路被配置為感測輸入電壓Vl和V2，使得當(dāng)所述輸入電壓Vl和V2的差值低于預(yù)定閾值時，所述使能邏輯電路禁用所述脈沖發(fā)生器并關(guān)閉所述電壓平衡器，其中所述輸入電壓Vl和V2分別是所述第一端子和第三端子處的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PV模塊，還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器，該DC/DC轉(zhuǎn)換器具有正輸入端、負輸入端、正輸出端和負輸出端，其中所述正輸入端和負輸入端分別被電I禹接到第一個子模塊的所述正端子和最后一個子模塊的所述負端子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PV模塊，其中，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器包括(a)一對開關(guān)，被電連接在所述正端子與負端子之間；(b)電感器,被電稱接在所述正輸出端與所述一對開關(guān)的結(jié)合處之間；以及(C) 一對電容器,一個電容器電被稱接在所述正輸入端與所述負輸入端之間，另一個電容器被電耦接在所述正輸出端與所述負輸出端之間；其中，所述負輸出端被電連接到所述負輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PV模塊，其中，每一個子模塊均包括彼此串聯(lián)電連接的多個PV電池。
8.—種PV系統(tǒng),包括(a)多個PV模塊，每一個PV模塊如權(quán)利要求I所述，所述多個PV模塊彼此串聯(lián)電連接，使得除了最后一個PV模塊之外，任意一個PV模塊的所述負端子均電連接到緊跟其后的PV模塊的所述正端子；以及(b)逆變器，具有被電連接到第一個PV模塊的所述正端子的第一輸入端、被電連接到最后一個PV模塊的所述負端子的第二輸入端、以及被電連接到電網(wǎng)或負載的第一輸出端和第二輸出端，其中，所述逆變器具有最大功率點追蹤(MPPT)功能。
9.一種光伏(PV)模塊，包括(a)N個子模塊，N為大于2的整數(shù)，每一個子模塊均具有正端子和負端子，所述N個子模塊彼此串聯(lián)電連接，使得除了最后一個子模塊之外，任意一個子模塊的所述負端子均被電連接到緊跟其后的子模塊的所述正端子；以及(b)N個電壓平衡器，每一個電壓平衡器均具有第一端子、第二端子和第三端子，其中，除了最后一個電壓平衡器之外，任意一個電壓平衡器的所述第二端子均被電連接到緊跟其后的電壓平衡器的所述第三端子；除了最后一個電壓平衡器之外，任意一個電壓平衡器的所述第三端子均被電連接到緊跟其后的電壓平衡器的所述第一端子；第一個電壓平衡器的所述第一端子被電連接到第一個子模塊的所述正端子；最后一個電壓平衡器的所述第二端子和第三端子分別被電連接到最后一個子模塊的B-out端子和所述負端子；以及第j個電壓平衡器的所述第三端子被電連接到第j個子模塊的所述負端子和第(j+1)個子模塊的所述正端子這兩者，j = 1,2,3,......，(N-I)；以及第一個電壓平衡器的所述第三端子被電連接到B-in端子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的PV模塊，其中，每一個電壓平衡器均包括(a)第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，被電耦接在所述第一端子與第二端子之間；(b)第一二極管Dl和第二二極管D2，每一個二極管均被并聯(lián)電耦接到各自的開關(guān)；(c)電感器L，被電耦接在所述第一開關(guān)和第二開關(guān)的結(jié)合處與所述第三端子之間；以及(d)第一電容器Cl和第二電容器C2,該第一電容器Cl被電稱接在所述第一端子與第三端子之間，而該第二電容器C2被電耦接在所述第二端子與第三端子之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的PV模塊，其中，每一個電壓平衡器還包括脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器被電耦接到所述第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，用于提供驅(qū)動所述第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2的一個或多個驅(qū)動信號，其中所述一個或多個驅(qū)動信號具有補償?shù)?0%占空比。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的PV模塊，其中，每一個電壓平衡器還包括使能邏輯電路，該使能邏輯電路被電耦接在所述脈沖發(fā)生器與所述第一端子和第三端子之間，其中所述使能邏輯電路被配置為感測輸入電壓Vl和V2，使得當(dāng)所述輸入電壓Vl和V2的差值低于預(yù)定閾值時，所述使能邏輯電路禁用所述脈沖發(fā)生器并關(guān)閉所述電壓平衡器，其中所述輸入電壓Vl和V2分別是所述第一端子和第三端子處的電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的PV模塊，其中，每一個子模塊均包括彼此串聯(lián)電連接的多個PV電池。
14.一種PV系統(tǒng),包括(a)多個PV模塊，每一個PV模塊如權(quán)利要求9所述，所述多個PV模塊彼此電連接，使得除了最后一個PV模塊之外，任意一個PV模塊的所述負端子和B-out端子均分別被電連接到緊跟其后的PV模塊的所述正端子和B-in端子；以及(b)逆變器，具有被電連接到第一個PV模塊的所述正端子的第一輸入端、被電連接到最后一個PV模塊的所述負端子的第二輸入端、以及被電連接到電網(wǎng)或負載的第一輸出端和第二輸出端，其中，所述逆變器具有最大功率點追蹤(MPPT)功能。
15.一種PV系統(tǒng)，包括(a)多個PV模塊，每一個PV模塊均包括正端子和負端子，所述多個PV模塊彼此串聯(lián)電連接，使得除了最后一個PV模塊之外，任意一個PV模塊的所述負端子均被電連接到緊跟其后的PV模塊的所述正端子；以及(b)一個或多個電壓平衡器，每一個電壓平衡器均具有被耦接到各PV模塊的第一端子、第二端子和第三端子，用于平衡各PV模塊的電壓；以及(c)逆變器，具有被電連接到第一個PV模塊的所述正端子的第一輸入端、被電連接到最后一個PV模塊的所述負端子的第二輸入端、以及被電連接到電網(wǎng)或負載的第一輸出端和第二輸出端，其中，所述逆變器具有最大功率點追蹤(MPPT)功能。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的PV系統(tǒng)，其中，每一個電壓平衡器均包括(a)第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，被電耦接在所述第一端子與第二端子之間；(b)第一二極管Dl和第二二極管D2，每一個二極管均被并聯(lián)電耦接到各自的開關(guān)；(c)電感器L，被電耦接在所述第一開關(guān)和第二開關(guān)的結(jié)合處與所述第三端子之間；以及(d)第一電容器Cl和第二電容器C2,該第一電容器Cl被電稱接在所述第一端子與第三端子之間，該第二電容器C2被電耦接在所述第二端子與第三端子之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的PV系統(tǒng)，其中，每一個電壓平衡器還包括脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器被電耦接到所述第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2，用于提供驅(qū)動所述第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2的一個或多個驅(qū)動信號，其中所述一個或多個驅(qū)動信號具有補償?shù)?0%占空比。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的PV系統(tǒng)，其中，每一個電壓平衡器還包括使能邏輯電路，該使能邏輯電路被電耦接在所述脈沖發(fā)生器與所述第一端子和第三端子之間，其中所述使能邏輯電路被配置為感測輸入電壓Vl和V2，使得當(dāng)所述輸入電壓Vl和V2的差值低于預(yù)定閾值時，所述使能邏輯電路禁用所述脈沖發(fā)生器并關(guān)閉所述電壓平衡器，其中所述輸入電壓Vl和V2分別是所述第一端子和第三端子處的電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的PV系統(tǒng)，其中，每一個PV模塊均包括彼此串聯(lián)電連接的多個子模塊，每一個子模塊均包括彼此串聯(lián)電連接的多個PV電池。
全文摘要
一種光伏模塊及系統(tǒng)，該模塊包括彼此串聯(lián)電連接的N個子模塊，任意一個子模塊(最后一個除外)的負端子均電連接到緊跟其后的子模塊的正端子；N-1個電壓平衡器，每個平衡器均具有第一、第二和第三端子。任意一個平衡器(最后一個除外)的第二端子均電連接到緊跟其后的平衡器的第三端子，任意一個平衡器(最后一個除外)的第三端子均電連接到緊跟其后的平衡器的第一端子；第一個平衡器的第一端子電連接到第一個子模塊的正端子；最后一個平衡器的第二端子電連接到最后一個子模塊的負端子。第j個平衡器的第三端子電連接到第j個子模塊的負端子和第(j+1)個子模塊的正端子，j＝1，2，3，......，(N-1)。本發(fā)明每個子模塊均能接近于最大輸出功率而運行。
文檔編號H02N6/00GK102916614SQ20111022142
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者黃貴松, 熊雅紅, 黃杰 申請人:臺達電子企業(yè)管理(上海)有限公司