本发明专利技术提供了一种用于优化从多个能量发生器进行能量收集的系统和方法，所述多个能量发生器具有不同的IV特性且由此定义了高性能和低性能能量发生器。能量收集的优化是通过提供被电连接到多个电连接的能量发生器的功率再分配单元来实现的。功率再分配单元包括总线连接器和至少两个可电连接到总线连接器的电耦合组件。每个电耦合组件与一个或多个能量发生器相关联，并且被配置为可控地操作用于根据预定的时间模式提供总线连接器与所述至少两个能量发生器之间的选择性电耦合，以使得在系统工作期间始终有至少一个耦合组件与相应的一个或多个能量发生器保持电连接，从而实现所述至少两个能量发生器之间的功率再分配并优化能量收集。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及从具有不同功率输出量的功率发生器的阵列进行能量收集。具体而言，本专利技术非常适合用于光伏系统或电池组来优化收集多个光伏单元或电池单元所生成的功率的方式。
技术介绍
很多电能产生技术(能量生成/转换技术)利用包括以串联或并联连接的方式彼此相互连接的多个电能产生单元的能量生成模块。一般而言，单元的操作依据该单元的电流-电压曲线(即I-V曲线)特征。I-V曲线表征针对给定单元(例如，如果是光伏单元， 由单元的尺寸和材料来限定，所述材料例如单晶/多晶硅，无定形硅，CDTE和其他材料)以及该单元的特定操作条件的能量产生单元的操作，所述操作条件例如是由光伏单元的操作温度(可能会影响该光伏单元的效率)和要由该光伏单元转换成电能的输入能量的量来决定的。彼此串联的多个能量产生单元(通常被称为单元串(cell string)或串)提供具有特定电流的电输出，该单元串的所有单元内的电流都等于所述特定电流。这样的单元串的输出电压是每个单元根据其相应的ι-v曲线和流经单元串的单元的所述特定电流所生成的电压的总和。换言之，每个单元被限定为工作在其I-V曲线上根据所述特定电流的值所确定的特定固定点上。所述特定电流又取决于整个单元串上的电负载。典型的能量发生模块包括彼此以并联连接方式布置的多个单元串的排列，以使得来自彼此连接的单元串的输出电流被累加。图I示意性地图示了公知的太阳能系统(模块)100的“集中式逆变器” (centralinverter)配置。系统100包括分别包括多个彼此串联电连接的光伏单元的两个单元串107a和107b，所述光伏单元在文中也被称为太阳能面板101。每个单元串(107a，107b)中的单元101的数目被设计以使得从每个单元串(107a，107b)提供足够高的输出电压。这是因为从单元(101)所产生的DC电力到典型的标准网络AC电压(例如大约100V，120V，240V或480V AC)的高效转换需要相对高的输入DC电压(大约几百伏的DC电压应当被提供作为逆变器的输入)。典型的单元串包括多个太阳能板，并且太阳能板的数量和类型被选择以从单元串提供高DC输出电压(大约400或600伏)。单元串107a和107b以并联的方式被电连接，形成具有作为单元串的总电流的输出电流的并联排列107。该排列中的单元串的数目由所需要的太阳能系统100的电流输出来决定。这样的能量生成模块100具有与模块中的所有单元串的I-V曲线相关联的相应的I-V曲线，而单元串的I-V曲线与各个单元的I-V曲线以及单元串的单元之间的电连接特性相关联。在这样的模块中，由于单元串之间的并联连接，单元串被迫工作在相似的输出电压下。理想情况下，当所有单元都工作在其最大功率点时从多个单元收集到最大功率(能量)。根据“集中式逆变器”体系结构，单元串的排列107通过最大功率点跟踪器(MPPT)单元105被连接到DC到AC逆变器103。MPPT单元105的目的在于最大化模块的总输出功率。通常，单个MPPT单元被用于通过控制模块在其I-V曲线上的工作点(操作点)来最大化整个模块的能量输出量，所述工作点是通过控制单元串上的负载(电阻)并从而控制它们的共同输出电压和流经的总输出电流来控制的。每个单元串的输出电压是单元串中单元的输出电压的总和。单元串中的每个单元与旁路二极管109相关联，旁路二极管109使得单元串上的电流绕过与该旁路二极管109相关联的单元。这使得单元串即使在其中至少一个单元出现故障(例如，具有高电阻的单元或者工作在背光条件下从而不能够提供所需电流的单元)的情况下也能够工作。旁路二极管实际上是操作用于完全中立故障或“薄弱”单元(不能够产生单元串上所流经的电流值的单元)。为了避免当并联连接的单元串产生不同的电压时出现反向电流，每个单元串在每个串联单元串末端与阻流二极管106相关联。MPPT 105操作用于选择产生最大DC功率的并联排列107的I/V工作点。MPPT单元可以与个体单元和/或个体单元串相关联(而不是将单个MPPT用于如上所述的所有单元串)。例如，美国专利公布2008/0143188公开了一种用于利用分别与DC功率源相关联的MPPT单元来合并来自DC功率源的功率的系统和方法。在该系统中，每个 功率源被耦接到转换器。每个转换器通过监视并保持输入功率在最大功率点来将输入功率转换为输出功率。基本上所有输入功率都被转换为输出功率，并且其控制是通过允许转换器的输出电压变化来实现的。转换器被串联耦接。逆变器与串联连接的转换器并联连接，并将到达转换器的DC输入反变换为AC输出。逆变器通过改变从转换器流下的电流量来将逆变器输入处的电压保持为所需要的电压。转换器的电流和输出功率决定每个转换器的输出电压。
技术实现思路
在本领域中需要从具有不同功率输出量(具有不同I-V曲线)的多个功率发生器进行有效的能量收集。本专利技术通过提供一种新的能量收集系统和一种用于由多个功率发生器所构成的能量发生系统的方法来解决上述需求，所述多个功率发生器不可避免地具有“不相同”的I-V曲线。具体而言，本专利技术可以用于光伏系统或电池组来优化从系统中读取(收集)多个光伏单元或多个单元电池组所生成的功率的方式，并且因此在下文中参考该特定应用来进行描述。然而，应当理解本专利技术并不仅限于该应用，并且任何其它适合的功率发生器(例如电池)都可以被考虑。从多个光伏单元进行能量收集的现有方法所存在的问题与以下几个方面相关联如上所述，功率发生器(单元)通常是彼此电连接，形成一个或多个多单元串。人们公知可利用MPPT单元以可控的方式来最大化来自多单元或多单元串功率发生系统的输出功率。然而，这种方法需要控制功率优化的过程，并且还受到以下缺点的困扰。利用单个MPPT (见图I)来优化多单元模块的操作和功率输出量通常与某些未被提取的未获取能量相关联。这主要是因为每个单元串通常与不同于其它单元串的I-V曲线的I-V曲线相关联，并且因而与不同的具有最佳电压输出值的最大功率点相关联。因为单元串彼此并联连接，它们被限制为工作在同一输出电压上，该输出电压不一定等于各个单元串的最佳电压(在最佳电压处可从单元串获取最大功率)。利用单元串专用MPPT模块使得每个单元串能够工作在与该单元串的特定I-V曲线相关联的其自己的最大功率点上。然而，也是在这种配置下，仍然存在大量未获取或丢失的能量。这主要是因为单元串中的每个单元通常具有不同的I-V曲线。因此，利用单元串专用MPPT仍然不能使得每个单元工作在(它们各自I-V曲线的)MPP处，因为这些单元被限制为工作在统一流经相应的单元串的相等电流上。至于使用单元专用MPPT(即，包括配置诸如太阳能板或电池组之类的每个单元组(阵列)的专用MPPT)，这需要使用专用电压转换器。然而，专用电压转换器会受到效率低的困扰，尤其是当处理低电压时。因而，现有的用于从多个能量发生器(单元)进行能量收集的方法受到以下事实的困扰，即多个能量产生单元的排列(电互连)限制单元工作在共同的输出电压或共同的输出电流上。因此，大部分单元没有工作在它们的MP点上并且整个多单元功率系统的效率很低。本专利技术基于以下理解多单元光伏面板(构成电能发生器阵列)的全部潜在性能实际上并没有被实现，因为以串联和并联配置的组合形式连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：诺莫·克比尔特·诺伊，
申请(专利权)人：瓦茨更多有限公司，
类型：发明
国别省市：
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