可重配置光伏模块制造技术

本发明专利技术涉及一种光伏模块(1)，包括光伏电池的网格、形成电池串(5)的非可重配置互连、以及可重配置互连(6)。每一个电池串(5)包括串联连接的至少四个电池，第一电池和最后一个电池位于网格的同一条边上，最后一个电池与相邻电池串的第一电池相邻和/或反之亦然。可重配置互连(6)被适配用于互连电池串(5)使得可建立由电串联连接的电池串(5)组成的全局光伏串，并且建立至少两个相邻电池串(5)的并联电路。可重配置互连(6)被适配用于从控制器接收控制信号，以形成电池串(5)的并联、串联和/或混合连接，以群集非均匀照射下的匹配电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏能源收集领域。更具体地，本专利技术涉及光伏模块、光伏系统以及用于操作这种光伏模块的方法。
技术介绍
光伏面板可被有利地用于现场的、清洁能源生产。本领域中已知的是将模块串联连接以形成模块级串，模块级串进而被并联连接以形成光伏(PV)阵列，例如诸如用于商业光伏设施。光伏系统因此使用许多个相互连接的太阳能电池来将太阳光转换成电能。光伏系统可包含其他组件，诸如机械和/或电气连接器和配件、电压调节器、用于修改或调制电气输出的其他装置、以及用于调整相对于太阳的朝向的跟踪装置。该阵列可以被例如连接到例如配备了最大功率点跟踪器(MPPT)的逆变器以最大化发电功率。尽管这样的光伏系统可能例如最优地在均匀光照条件下操作，但是实践中遇到的各种条件和/或变化的条件可能会导致PV阵列中的不利的失配效应。由于静物(诸如例如树木或烟囱)或者由于动态遮蔽情形(例如由于云或面板表面的污物)，可能产生对光伏系统的部分遮蔽。此外，不可预知的事件(诸如移动的车辆或物体，例如鸟类或树叶，以及云层)可能导致偶发的阴影。这样的阴影的方向、形状和密度简档是不可预测的，即使可能存在时间和空间上的部分相关。本领域中已知的是不可预知的阴影事件可能会临时地导致电池之间的强烈差异。当PV系统被以不均匀方式照射时，可观察到明显的功率损耗。这一功率损耗不一定是与所投射的阴影(例如阴影面积和/或阴影密度)线性相关的。例如，未被遮蔽的电池(例如被完全照射的电池)的操作可能也受到阴影影响，例如由于与至少被部分遮蔽的另一电池串联所导致。此外，局部热点可能威胁系统的正确操作，甚至可能造成永久性的损害。本领域中已知有几种解决随机遮蔽的办法：(i)旁路、(ii)全局MPPT、(iii)分散MPPT、(iv)并联解决方案、以及(v)互连拓扑优化。需要注意，在理想的情况下，在比较这些技术的优势时，除了电力生成以外的其它因素也应被考虑，诸如安装成本和复杂性。在旁路办法中，二极管被放置在各组电池上以隔离被严重遮蔽的电池，使得电流完全绕过它们，例如旁路二极管可被放在各组电池上以传递过量的电流以防止损坏。虽然这种办法有其缺点，但是却以一种简单和优雅、但是不幸的是非最佳的方式来处理由于随机效应导致的失配。在非均匀的操作条件下，旁路二极管的存在因为创造了局部极大值而影响了阵列的IV输出的曲线。取决于以往的工作点(例如对于工作电压的选择)，简单的MPPT算法可能无法有效检测GMPP。全局MPPT(GMPPT)指的是一类旨在在例如集中转换器设置下在多个局部极大值中找出阵列的P-V曲线中的全局最大值的技术。即使GMPPT可以胜过传统的MPPT技术，但是它仍然不能收获所有可用的功率，因为有些电池被旁路和/或较低的电流被施加在阵列的其余部分。这些损耗可以被证明在典型的动态遮蔽条件下是不可忽略的。以上提到的第三类技术是分散MPPT。在这类分散MPPT中，系统的每一部分可以在其局部MPP下工作。不同层级的控制分布是本领域已知的，如在阵列、串、模块、被旁路的部分或电池等层级的MPPT。一般来说，粒度较为精细的MPPT可能对于功率采集是有利的。上文称为并联解决方案的第四类解决方案提供了一种用于通过存储能量并随后将能量分发给被遮蔽的电池来恢复被遮蔽面板的对称性的方法。通过使用电池组型解决方案导致的功率输出增加可能是明显的，但是所需的控制方案是复杂的，所需的额外的硬件组件意味着附加成本，并且这种类型的办法不提供容易的重配置。本领域中已知的第五类办法通过在模块内的电池级或者在面板之间的PV阵列级将更精细粒度的MPPT与改进的互连拓扑结构相结合来处理随机遮蔽。在这种办法中，电池或面板被基于相似的特性组合在一起并且用专用的MPPT来控制。在PV阵列级，本领域中已知的是动态电气阵列重配置(EAR)策略，该策略基于面向工厂的配置来作用于连接到电网的PV系统的光伏发电机，以提高在太阳能面板的工作条件不同时的能量生成。在PV发电机和中央逆变器之间的可控开关矩阵允许可用PV模块的电气重连。此外，已知的是在被遮蔽的PV场内的各模块之间的互连的变化可能影响其MPP。基于遮蔽模式，几种互连方案受到青睐。在部分遮蔽可在PV阵列级被处理的情况下(如以上提到的诸多现有技术办法)，电池互连的逐面板重配置可能会提供更精细粒度的控制，并且可能更能保证从被遮蔽的电池中提取更高的能量，例如接近于最大的可能能量。US2008/0135084中介绍了每一个模块上具有多个转换器的概念，每个转换器连接到一组类似的太阳能电池。这一布置允许高效的MPP跟踪和最大的能量收获。然而，除了这串联和并联方案都可被需要以获得最佳结果，没有公开实现电池互连的细节。在WO2008/076301中，公开了一种用于配置电池互连的架构。在该架构中，在面板的各电池之间布置了一种完全规则且均匀的精细粒度的网格状的互连网络，从而允许以任何顺序和任何配置(例如串联或并联)来将电池互连。这种网络配置可以在制造时执行，或者在现场操作时执行，如果提供了开关和控制器的话。然而，以上引用的该专利文献所公开的配置可能因为均匀且高度精细粒度的应用而导致高的实现成本。EP2771753公开了一种具有可重配置的光伏电池布置的模块，其中光伏电池被可连接到至少一个DC-DC转换器。各电池被不可分地以至少两个电池的子串形式串联在一起。该布置具有初始拓扑结构和运行时拓扑结构，这两者都是不均匀的。该布置还包括用于通过形成并联和/或串联和/或混合连接的子串来在运行时重配置该布置的装置，其中并非所有的并联或串联连接都可通过可重配置布置达成。可重置布置是对因子串的不均匀的重新布置而导致的不均匀的光子刺激的响应。电池串可包括成列或成行的模块，从而在一个方向上提供模块的响应适应性。此外，在对应于子串的朝向的方向上的垂直拆分可被应用以允许在两个方向上的重配置的一定的灵活性。然而，这种双向的重配置可能具有与其相关联的不利成本。例如，垂直划分可能需要在模块内的开关，这可能明显增加成本。
技术实现思路
本专利技术的实施例的一个目标是提供光伏电池和模块的良好且高效的配置。本专利技术的实施例的一个优点是使用智能的光伏模块技术来高效地获得非均匀遮蔽和/或光照条件下的良好的能量产出。本专利技术的实施例的一个优点是为光伏电池布置提供了高度非均匀的技术，同时维持了动态的模块内电池编组的许多益处。本专利技术的实施例的一个优点是可提供可配置的模块，例如具有可控的模块内开关，从而允许模块内部的分布式控制。本专利技术的实施例的一个优点是可提供可配置模块以用于提供模块内部以及PV模块上下文中以及在PV模板和/或系统中的各模块之间的分布式控制。本专利技术的实施例的一个优点是以有利的低组件成本开销来提供良好的最大功率收获能力。上述目标通过根据本专利技术的方法和设备来实现。本专利技术涉及一种光伏模块，其包括被布置成具有逻辑行和列的网格的多个光伏电池；电互连所述多个光伏电池的子集以形成多个电池串的多个非可重配置互连；以及多个可重配置互连；其中每个电池串包括从第一电池电串联连接到最后一个电池的至少四个光伏电池，所述第一电池和所述最后一个电池位于所述网格的同一条边上，其中所述最后一个电池与相邻电池串的第一电池相邻和/或所述第一电池与相邻电池串的最后一个电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏模块(1)，包括：被布置成具有逻辑行(3)和列(4)的网格的多个光伏电池(2)；电互连所述多个光伏电池的子集以形成多个电池串(5)的多个非可重配置互连；以及多个可重配置互连(6)；其中每个电池串(5)包括从第一电池电串联连接到最后一个电池的至少四个光伏电池，所述第一电池和所述最后一个电池位于所述网格的同一条边上，其中所述最后一个电池与相邻电池串的第一电池相邻和/或所述第一电池与相邻电池串的最后一个电池相邻，其中所述多个可重配置互连(6)被适配用于将所述多个电池串(5)电互连，使得能够可控地建立由所述多个电池串(5)的电串联连接组成的全局光伏串，其中所述多个可重配置互连(6)被进一步适配用于可控地连接电并联的相邻电池串，从而建立具有由至少两个相邻的电池串(5)形成的并联电路分支的至少一个并联电路，其中所述光伏模块被进一步适配用于将所述多个电池串连接到至少一个DC‑DC转换器(7)，所述至少一个DC‑DC转换器(7)用于通过输出线提供输出电功率，以及其中所述多个可重配置互连(6)被适配用于接收来自至少一个控制器的至少一个控制信号，所述至少一个控制器用于在工作时形成所述多个电池串(5)的并联、串联和/或混合连接以响应于非均匀光子刺激来群集匹配的光伏电池。...

【技术特征摘要】
2015.09.12 EP 15184967.61.一种光伏模块(1)，包括：被布置成具有逻辑行(3)和列(4)的网格的多个光伏电池(2)；电互连所述多个光伏电池的子集以形成多个电池串(5)的多个非可重配置互连；以及多个可重配置互连(6)；其中每个电池串(5)包括从第一电池电串联连接到最后一个电池的至少四个光伏电池，所述第一电池和所述最后一个电池位于所述网格的同一条边上，其中所述最后一个电池与相邻电池串的第一电池相邻和/或所述第一电池与相邻电池串的最后一个电池相邻，其中所述多个可重配置互连(6)被适配用于将所述多个电池串(5)电互连，使得能够可控地建立由所述多个电池串(5)的电串联连接组成的全局光伏串，其中所述多个可重配置互连(6)被进一步适配用于可控地连接电并联的相邻电池串，从而建立具有由至少两个相邻的电池串(5)形成的并联电路分支的至少一个并联电路，其中所述光伏模块被进一步适配用于将所述多个电池串连接到至少一个DC-DC转换器(7)，所述至少一个DC-DC转换器(7)用于通过输出线提供输出电功率，以及其中所述多个可重配置互连(6)被适配用于接收来自至少一个控制器的至少一个控制信号，所述至少一个控制器用于在工作时形成所述多个电池串(5)的并联、串联和/或混合连接以响应于非均匀光子刺激来群集匹配的光伏电池。2.如权利要求1所述的光伏模块(1)，其特征在于，包括经由所述多个可重配置互连(6)电连接到所述多个电池串(5)的所述至少一个DC-DC转换器(7)。3.如权利要求2所述的光伏模块(1)，其特征在于，所述至少一个DC-DC转换器(7)包括多个DC-DC转换器，并且所述多个可重配置互连(6)包括位于所述DC-DC转换器之间的用于在工作中动态地选择要被活动地使用的DC-DC转换器的数量的至少一个开关。4.如权利要求3所述的光伏模块(1)，其特征在于，所述至少一个DC-DC转换器(7)包括以电压增量配置互连的至少两个DC-DC转换器和/或以电流累积配置互连的至少两个DC-DC转换器。5.如权利要求4所述的光伏模块(1)，其特征在于，所述多个DC-DC转换器(7)包括以并联配置互连的至少两个DC-DC转换器，或者其中所述多个DC-DC转换器(7)包括以并联配置互连的至少两个DC-DC转换器以及进一步的DC-DC转换器(9)，其中所述至少两个DC-DC转换器的联合输出被连接作为所述进一步的DC-DC转换器(9)的输入。6.如权利要求1或权利要求2所述的光伏模块(1)，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·卡特霍尔，MI·巴卡，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：比利时;BE