光伏组件功率优化电路及其通信方法技术

本发明专利技术主要涉及到光伏组件功率优化电路，采用了在每个单体光伏组件中都使用了多级功率优化电路的方案，光伏组件配置有与其电池串数量一致的多级电压转换电路，其中与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中，每一级电压转换电路均用于对该任意一个光伏组件中的一个相应的电池串单独执行最大功率追踪。功率优化电路可以利用电力载波信号的方式向外发送数据，除了使每个光伏组件中的每一个光伏电池串都对应由一个功率优化电路执行最大功率追踪之外还集成了通讯功能。

【技术实现步骤摘要】
光伏组件功率优化电路及其通信方法
本专利技术主要涉及到光伏发电
，确切地说，采用了在每个单体光伏组件中都使用了多级功率优化电路的方案，而且功率优化电路可以利用电力载波信号的方式向外发送数据，除了使每个光伏组件中的每一个光伏电池串都对应由一个功率优化电路执行最大功率追踪之外还集成了通讯功能，确保整个光伏组件输出功率的优化和实现数据通信。
技术介绍
随着传统化工能源如石油、煤炭、天然气等的不可再生性，及化工能源造成的负面环境问题变得日趋严重，寻找一种取之不尽、周而复始的可再生能源来取代资源有限、对环境有污染的传统化工能源，成为了新能源领域迫切需要解决的重要命题。以新技术和新材料为基础的科技发展，使得可再生能源得到现代化的开发和利用，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等，环保和能够持续性发展的新能源在世界各国和地区得到了越来越广泛的应用。由于光伏发电这种新能源具备清洁、安全可靠、运行费用少而且日常维护简单和任意地点随处可用等优势，使光伏发电成为世界各国普遍关注和重点发展的新型产业，光伏发电产业在世界范围内也得到了迅速的发展，尤其是在解决能源短缺和偏远地区的用电问题上发挥着不可或缺的作用。光伏电池的输出特性受到外界温度、光照辐射强度的影响而发生很大的变化，在当前的光伏发电系统中，为了使整个发电系统更安全可靠的运行，最好是能够及时发现各种潜在的威胁，例如阴影遮挡造成的热斑效应就是一种负面的威胁，它可能会让某些电池从电源转换成负载而引起电池板发热至起火烧毁，所以监控光伏电池的电压、电流、功率及温度等工作参数是光伏发电系统中很重要的一个环节。光伏电池的工作参数监控在实际的应用场合更多的是采用了电力线载波作为通讯手段，依靠电力载波很容易就能将光伏电池的参数作为通信数据传递到光伏电池提供光伏电压的电力线上，再从电力线上进行载波信号的解码即可撷取光伏电池的实时参数。电力线不同于普通的数据通信线路，其初衷是为了进行电能而并非是数据的传输，对于数据通信而言，其信道并不理想，是一个非常不稳定的传输信道，这具体表现为噪声显著且信号衰减严重。为克服不稳定的问题，电力线宽带载波技术采用了扩频、正交频分复用等调制技术，而事实证明，多载波正交频分复用是目前为止解决在电力线上传输干扰问题的一种有效方法，电力线宽带通信采用正交频分复用技术能有效的抵抗多径干扰，使受干扰的信号仍能可靠接收。采样类似这样的手段来提高信号的可靠性仅仅是一方面，但在光伏电池和载波同时应用的场合，由于光伏电池自身的电压水准受到周遭环境温度、光辐射强度的影响会发生大幅度的变化，所以在电力线上的载波信号自身传播的畸变再加上电池这种输出特性容易波动的特征混合在一起，导致接收端期望撷取的真实载波信号并不精准、误码率高，而且光伏电池串组叠加的电压也受到载波干扰导致整个串组上的实际电压可能并不在预期的范围内。在当前的光伏功率优化方式中，几乎都是在光伏组件级执行优化，其大体上是一个优化模块来优化一个或多个光伏组件，但是实际上每个光伏组件通常会包括多个由电池来串联连接构成的电池串，按照现有技术，在光伏组件级进行优化意味着不会单独对每一个独立的电池串进行优化。当出现同一串电池因为制造工艺等问题造成单体电池之间产品一致性问题不好，或发生污垢、云层等外部阴影遮挡事件导致部分电池不能正常发电时，整串的光伏电池的效率损失很严重，而且逆变器尤其是集中式的逆变器在接入的光伏组件阵列数量很多时，会致使各个组串的电池板不能够在自己的最大功率点运行，这些情况都会造成发电量的极大损失，是我们极力要避免发生的。本申请在后文介绍的功率优化电路主要就是解决或者说是缓解这些问题，实现在电池串级别而不是组件级别进行功率优化，来为每个光伏电池串执行主动式功率优化，导入最大功率点追踪以确保每个光伏组件的功率最大优化。另外我们监测光伏组件的工作参数是很重要的一个环节，在大型光伏电站或分布式电站中对每个光伏组件的优劣好坏的评判标准就是参考光伏组件的参数，例如电压电流及功率和温度等，当前如何撷取光伏组件的参数并将其从组件侧可靠地发送出去来实现通信也是我们要解决的问题之一。
技术实现思路
在本专利技术中披露了一种光伏组件功率优化电路，任意一个光伏组件均具有多级电池串，其中每一个光伏组件均配置有与其电池串的数量一致的多级电压转换电路；与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中：每一级电压转换电路均用于对该任意一个光伏组件中的一个相应的电池串单独执行最大功率追踪；以及与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路设置成并联连接，使它们各自输出的电压共同输出在与该任意一个光伏组件所对应的一个输出电容上。上述的光伏组件功率优化电路，由多个光伏组件串联连接构成一个电池组串，每个电池组串的总电压等于它上面串联的光伏组件各自所对应的输出电容上的电压的叠加值。上述的光伏组件功率优化电路，与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中：每个电压转换电路的第一和第二输入节点对应分别连接到该任意一个光伏组件中相应的一个电池串的正极和负极；以及每个电压转换电路的第一和第二输出节点对应分别连接到该任意一个光伏组件所对应的一个输出电容的第一端和第二端。上述的光伏组件功率优化电路，该电压转换电路是升压型的电压转换电路，每个电压转换电路的第一输入节点和第一输出节点之间串联有电感和第一开关以及第二输入节点耦合到第二输出节点，其中电感的一端耦合到第一输入节点而相对的另一端和第一输出节点之间设置第一开关，电感和第一开关之间的互连节点与第二输入节点或第二输出节点之间设置第二开关。上述的光伏组件功率优化电路，在每个电压转换电路的第一输入节点与电池串的正极之间或在其第二输入节点与电池串的负极之间设置有断路模块；或者在每个电压转换电路的第一输出节点与输出电容的第一端之间或在其第二输出节点与输出电容的第二端之间设置有断路模块。上述的光伏组件功率优化电路，在与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中定义一个预设的电压转换电路；其中在该预设的电压转换电路的第一输出节点与输出电容的第一端之间设置有断路模块；与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中，除了预设的电压转换电路之外余下的其他各个电压转换电路各自的第一输出节点均耦合到该预设的电压转换电路的第一输出节点；或者在预设的电压转换电路的第二输出节点与输出电容的第二端之间设置有断路模块；与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中，除了预设的电压转换电路之外余下的其他各个电压转换电路各自的第二输出节点均耦合到该预设的电压转换电路的第二输出节点。上述的光伏组件功率优化电路，在与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中定义一个预设的电压转换电路；其中在该预设的电压转换电路的第二输入节点和与该预设的电压转换电路唯一对应的一个电池串的负极之间设置一个断路模块；以及与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中，除了预设的电压转换电路之外余下的其他各个电压转换电路各自的第二输出节点也通过该断路模块连到其他各个电压转换电路各自唯一对应的一个电池串的负极。上述的光伏组件功率优化电路，由多个光伏组件串联连接构成一个电池组串，每个电池组串中光伏组件各自的输出电容相互串联连接；在每一个光伏组件所对应的一个输出电容的第一端和第二端之间连接有与输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏组件功率优化电路，任意一个光伏组件均具有多级电池串，其特征在于：每一个光伏组件均配置有与其电池串数量一致的多级电压转换电路；其中与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中：每一级电压转换电路均用于对该任意一个光伏组件中的一个相应的电池串单独执行最大功率追踪；以及与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路设置成并联连接，使它们各自输出的电压共同输出在与该任意一个光伏组件所对应的一个输出电容上。

【技术特征摘要】
1.一种光伏组件功率优化电路，任意一个光伏组件均具有多级电池串，其特征在于：每一个光伏组件均配置有与其电池串数量一致的多级电压转换电路；其中与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中：每一级电压转换电路均用于对该任意一个光伏组件中的一个相应的电池串单独执行最大功率追踪；以及与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路设置成并联连接，使它们各自输出的电压共同输出在与该任意一个光伏组件所对应的一个输出电容上。2.根据权利要求1所述的光伏组件功率优化电路，其特征在于，由多个所述的光伏组件串联连接构成一个电池组串，每个电池组串的总电压等于它上面串联的光伏组件各自所对应的输出电容上的电压的叠加值。3.根据权利要求1所述的光伏组件功率优化电路，其特征在于，与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中：每个电压转换电路的第一和第二输入节点对应分别连接到该任意一个光伏组件中相应的一个电池串的正极和负极；以及每个电压转换电路的第一和第二输出节点对应分别连接到该任意一个光伏组件所对应的一个输出电容的第一端和第二端。4.根据权利要求3所述的光伏组件功率优化电路，其特征在于，该电压转换电路是升压型的电压转换电路，每个电压转换电路的第一输入节点和第一输出节点之间串联有电感和第一开关以及第二输入节点耦合到第二输出节点，其中电感的一端耦合到第一输入节点而相对的另一端和第一输出节点之间设置第一开关，电感和第一开关之间的互连节点与第二输入节点或第二输出节点之间设置第二开关。5.根据权利要求3所述的光伏组件功率优化电路，其特征在于，在每个电压转换电路的第一输入节点与电池串的正极之间或在其第二输入节点与电池串的负极之间设置有断路模块；或者在每个电压转换电路的第一输出节点与输出电容的第一端之间或在其第二输出节点与输出电容的第二端之间设置有断路模块。6.根据权利要求3所述的光伏组件功率优化电路，其特征在于，在与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中定义一个预设的电压转换电路；其中在该预设的电压转换电路的第一输出节点与输出电容的第一端之间设有断路模块；与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中，除了预设的电压转换电路之外余下的其他各个电压转换电路各自的第一输出节点均耦合到该预设的电压转换电路的第一输出节点；或者在该预设的电压转换电路的第二输出节点与输出电容的第二端之间设有断路模块；与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中，除了预设的电压转换电路之外余下的其他各个电压转换电路各自的第二输出节点均耦合到该预设的电压转换电路的第二输出节点。7.根据权利要求3所述的光伏组件功率优化电路，其特征在于，在与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中定义一个预设的电压转换电路；其中在该预设的电压转换电路的第二输入节点和与该预设的电压转换电路唯一对应的一个电池串的负极之间设置一个断路模块；以及与任意一个光伏组件对应的多级电压转换电路中，除了预设的电压转换电路之外余下的其他各个电压转换电路各自的第二输出节点也通过该断路模块连到其他各个电压转换电路各自唯一对应的一个电池串的负极。8.根据权利要求3所述的光伏组件功率优化电路，其特征在于，由多个光伏组件串联连接构成一个电池组串，每个电池组串中光伏组件各自的输出电容相互串联连接；在每一个光伏组件所对应的一个输出电容的第一端和第二端之间连接有与输出电容并联的载波发送模块，以及在第一端和第二端之间设置有与输出电容串联的控制开关；在一个指定的光伏组件所对应的一个载波发送模块向将电池组串中所有输出电容串接起来的传输线上发送载波信号的阶段，与该指定的光伏组件对应的输出电容串联在一起的控制开关处于关断状态，而电池组串中除了该指定的光伏组件之外其他的光伏组件所对应的控制开关处于接通状态以构成载波信号的传播通路。9.根据权利要求3所述的光伏组件功率优化电路，其特征在于，由多个光伏组件串联连接构成一个电池组串，每个电池组串中多个光伏组件各自对应的输出电容通过传输线路而相互串联连接；在每一个光伏组件对应的多级电压转换电路具有的一个输出电容的第一端和第二端...

【专利技术属性】
技术研发人员：应剑东，张永，
申请(专利权)人：丰郅上海新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31