專(zhuān)利名稱(chēng)：能量收集系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從具有不同功率輸出量的功率發(fā)生器的陣列進(jìn)行能量收集。具體而言，本發(fā)明非常適合用于光伏系統(tǒng)或電池組來(lái)優(yōu)化收集多個(gè)光伏單元或電池單元所生成的功率的方式。
背景技術(shù)：
很多電能產(chǎn)生技術(shù)(能量生成/轉(zhuǎn)換技術(shù))利用包括以串聯(lián)或并聯(lián)連接的方式彼此相互連接的多個(gè)電能產(chǎn)生單元的能量生成模塊。一般而言，單元的操作依據(jù)該單元的電流-電壓曲線(即I-V曲線)特征。I-V曲線表征針對(duì)給定單元(例如，如果是光伏單元， 由單元的尺寸和材料來(lái)限定，所述材料例如單晶/多晶硅，無(wú)定形硅，CDTE和其他材料)以及該單元的特定操作條件的能量產(chǎn)生單元的操作，所述操作條件例如是由光伏單元的操作溫度(可能會(huì)影響該光伏單元的效率)和要由該光伏單元轉(zhuǎn)換成電能的輸入能量的量來(lái)決定的。彼此串聯(lián)的多個(gè)能量產(chǎn)生單元(通常被稱(chēng)為單元串(cell string)或串)提供具有特定電流的電輸出，該單元串的所有單元內(nèi)的電流都等于所述特定電流。這樣的單元串的輸出電壓是每個(gè)單元根據(jù)其相應(yīng)的ι-v曲線和流經(jīng)單元串的單元的所述特定電流所生成的電壓的總和。換言之，每個(gè)單元被限定為工作在其I-V曲線上根據(jù)所述特定電流的值所確定的特定固定點(diǎn)上。所述特定電流又取決于整個(gè)單元串上的電負(fù)載。典型的能量發(fā)生模塊包括彼此以并聯(lián)連接方式布置的多個(gè)單元串的排列，以使得來(lái)自彼此連接的單元串的輸出電流被累加。圖I示意性地圖示了公知的太陽(yáng)能系統(tǒng)(模塊)100的“集中式逆變器” (centralinverter)配置。系統(tǒng)100包括分別包括多個(gè)彼此串聯(lián)電連接的光伏單元的兩個(gè)單元串107a和107b，所述光伏單元在文中也被稱(chēng)為太陽(yáng)能面板101。每個(gè)單元串(107a，107b)中的單元101的數(shù)目被設(shè)計(jì)以使得從每個(gè)單元串(107a，107b)提供足夠高的輸出電壓。這是因?yàn)閺膯卧?101)所產(chǎn)生的DC電力到典型的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)AC電壓(例如大約100V，120V，240V或480V AC)的高效轉(zhuǎn)換需要相對(duì)高的輸入DC電壓(大約幾百伏的DC電壓應(yīng)當(dāng)被提供作為逆變器的輸入)。典型的單元串包括多個(gè)太陽(yáng)能板，并且太陽(yáng)能板的數(shù)量和類(lèi)型被選擇以從單元串提供高DC輸出電壓(大約400或600伏)。單元串107a和107b以并聯(lián)的方式被電連接，形成具有作為單元串的總電流的輸出電流的并聯(lián)排列107。該排列中的單元串的數(shù)目由所需要的太陽(yáng)能系統(tǒng)100的電流輸出來(lái)決定。這樣的能量生成模塊100具有與模塊中的所有單元串的I-V曲線相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)的I-V曲線，而單元串的I-V曲線與各個(gè)單元的I-V曲線以及單元串的單元之間的電連接特性相關(guān)聯(lián)。在這樣的模塊中，由于單元串之間的并聯(lián)連接，單元串被迫工作在相似的輸出電壓下。理想情況下，當(dāng)所有單元都工作在其最大功率點(diǎn)時(shí)從多個(gè)單元收集到最大功率(能量)。根據(jù)“集中式逆變器”體系結(jié)構(gòu)，單元串的排列107通過(guò)最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT)單元105被連接到DC到AC逆變器103。MPPT單元105的目的在于最大化模塊的總輸出功率。通常，單個(gè)MPPT單元被用于通過(guò)控制模塊在其I-V曲線上的工作點(diǎn)(操作點(diǎn))來(lái)最大化整個(gè)模塊的能量輸出量，所述工作點(diǎn)是通過(guò)控制單元串上的負(fù)載(電阻)并從而控制它們的共同輸出電壓和流經(jīng)的總輸出電流來(lái)控制的。每個(gè)單元串的輸出電壓是單元串中單元的輸出電壓的總和。單元串中的每個(gè)單元與旁路二極管109相關(guān)聯(lián)，旁路二極管109使得單元串上的電流繞過(guò)與該旁路二極管109相關(guān)聯(lián)的單元。這使得單元串即使在其中至少一個(gè)單元出現(xiàn)故障(例如，具有高電阻的單元或者工作在背光條件下從而不能夠提供所需電流的單元)的情況下也能夠工作。旁路二極管實(shí)際上是操作用于完全中立故障或“薄弱”單元(不能夠產(chǎn)生單元串上所流經(jīng)的電流值的單元)。為了避免當(dāng)并聯(lián)連接的單元串產(chǎn)生不同的電壓時(shí)出現(xiàn)反向電流，每個(gè)單元串在每個(gè)串聯(lián)單元串末端與阻流二極管106相關(guān)聯(lián)。MPPT 105操作用于選擇產(chǎn)生最大DC功率的并聯(lián)排列107的I/V工作點(diǎn)。MPPT單元可以與個(gè)體單元和/或個(gè)體單元串相關(guān)聯(lián)(而不是將單個(gè)MPPT用于如上所述的所有單元串)。例如，美國(guó)專(zhuān)利公布2008/0143188公開(kāi)了一種用于利用分別與DC功率源相關(guān)聯(lián)的MPPT單元來(lái)合并來(lái)自DC功率源的功率的系統(tǒng)和方法。在該系統(tǒng)中，每個(gè) 功率源被耦接到轉(zhuǎn)換器。每個(gè)轉(zhuǎn)換器通過(guò)監(jiān)視并保持輸入功率在最大功率點(diǎn)來(lái)將輸入功率轉(zhuǎn)換為輸出功率?；旧纤休斎牍β识急晦D(zhuǎn)換為輸出功率，并且其控制是通過(guò)允許轉(zhuǎn)換器的輸出電壓變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)換器被串聯(lián)耦接。逆變器與串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接，并將到達(dá)轉(zhuǎn)換器的DC輸入反變換為AC輸出。逆變器通過(guò)改變從轉(zhuǎn)換器流下的電流量來(lái)將逆變器輸入處的電壓保持為所需要的電壓。轉(zhuǎn)換器的電流和輸出功率決定每個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。

發(fā)明內(nèi)容
在本領(lǐng)域中需要從具有不同功率輸出量(具有不同I-V曲線)的多個(gè)功率發(fā)生器進(jìn)行有效的能量收集。本發(fā)明通過(guò)提供一種新的能量收集系統(tǒng)和一種用于由多個(gè)功率發(fā)生器所構(gòu)成的能量發(fā)生系統(tǒng)的方法來(lái)解決上述需求，所述多個(gè)功率發(fā)生器不可避免地具有“不相同”的I-V曲線。具體而言，本發(fā)明可以用于光伏系統(tǒng)或電池組來(lái)優(yōu)化從系統(tǒng)中讀取(收集)多個(gè)光伏單元或多個(gè)單元電池組所生成的功率的方式，并且因此在下文中參考該特定應(yīng)用來(lái)進(jìn)行描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不僅限于該應(yīng)用，并且任何其它適合的功率發(fā)生器(例如電池)都可以被考慮。從多個(gè)光伏單元進(jìn)行能量收集的現(xiàn)有方法所存在的問(wèn)題與以下幾個(gè)方面相關(guān)聯(lián)如上所述，功率發(fā)生器(單元)通常是彼此電連接，形成一個(gè)或多個(gè)多單元串。人們公知可利用MPPT單元以可控的方式來(lái)最大化來(lái)自多單元或多單元串功率發(fā)生系統(tǒng)的輸出功率。然而，這種方法需要控制功率優(yōu)化的過(guò)程，并且還受到以下缺點(diǎn)的困擾。利用單個(gè)MPPT (見(jiàn)圖I)來(lái)優(yōu)化多單元模塊的操作和功率輸出量通常與某些未被提取的未獲取能量相關(guān)聯(lián)。這主要是因?yàn)槊總€(gè)單元串通常與不同于其它單元串的I-V曲線的I-V曲線相關(guān)聯(lián)，并且因而與不同的具有最佳電壓輸出值的最大功率點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。因?yàn)閱卧舜瞬⒙?lián)連接，它們被限制為工作在同一輸出電壓上，該輸出電壓不一定等于各個(gè)單元串的最佳電壓(在最佳電壓處可從單元串獲取最大功率)。利用單元串專(zhuān)用MPPT模塊使得每個(gè)單元串能夠工作在與該單元串的特定I-V曲線相關(guān)聯(lián)的其自己的最大功率點(diǎn)上。然而，也是在這種配置下，仍然存在大量未獲取或丟失的能量。這主要是因?yàn)閱卧械拿總€(gè)單元通常具有不同的I-V曲線。因此，利用單元串專(zhuān)用MPPT仍然不能使得每個(gè)單元工作在(它們各自I-V曲線的)MPP處，因?yàn)檫@些單元被限制為工作在統(tǒng)一流經(jīng)相應(yīng)的單元串的相等電流上。至于使用單元專(zhuān)用MPPT(即，包括配置諸如太陽(yáng)能板或電池組之類(lèi)的每個(gè)單元組(陣列)的專(zhuān)用MPPT)，這需要使用專(zhuān)用電壓轉(zhuǎn)換器。然而，專(zhuān)用電壓轉(zhuǎn)換器會(huì)受到效率低的困擾，尤其是當(dāng)處理低電壓時(shí)。因而，現(xiàn)有的用于從多個(gè)能量發(fā)生器(單元)進(jìn)行能量收集的方法受到以下事實(shí)的困擾，即多個(gè)能量產(chǎn)生單元的排列(電互連)限制單元工作在共同的輸出電壓或共同的輸出電流上。因此，大部分單元沒(méi)有工作在它們的MP點(diǎn)上并且整個(gè)多單元功率系統(tǒng)的效率很低。本發(fā)明基于以下理解多單元光伏面板(構(gòu)成電能發(fā)生器陣列)的全部潛在性能實(shí)際上并沒(méi)有被實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橐源?lián)和并聯(lián)配置的組合形式連接單元的常見(jiàn)方法導(dǎo)致具有最 差性能的單元拉低了“更好的”單元的性能。當(dāng)將這些多單元面板連接起來(lái)時(shí)會(huì)出現(xiàn)同樣的情況。現(xiàn)有光伏系統(tǒng)難以對(duì)光伏單元以及多單元面板的差異進(jìn)行補(bǔ)償。如果所有單元不能朝向與入射光相同的方向，那么會(huì)對(duì)這些系統(tǒng)造成額外的復(fù)雜度和費(fèi)用。又例如，當(dāng)物體的陰影跨過(guò)單元或單元的一部分或幾個(gè)單元(面板)時(shí)，發(fā)生在單元中的功率降級(jí)不僅降低了因?yàn)檎趽跣?yīng)的單元的性能，而且被遮擋的單元(面板)還消耗來(lái)自其它未被遮擋的單元(面板)的功率或者阻礙功率從其它未被遮擋的單元(面板)被傳送給系統(tǒng)。在現(xiàn)有的光伏系統(tǒng)中，MPPT單元通常被連接到并影響整個(gè)多單元結(jié)構(gòu)，而不是單獨(dú)的各個(gè)單元/面板。來(lái)自結(jié)構(gòu)中被連接的單元的整個(gè)排列的總和的最大功率小于單獨(dú)產(chǎn)生的每個(gè)單元的最大功率加上系統(tǒng)中的其它單元的最大功率的總和。這種總功率的差異源自以下事實(shí)在實(shí)踐中很難找到在任一系統(tǒng)中的所有單元具有完全相同的特性(Ι-v曲線)，結(jié)果當(dāng)所有單元被耦接在一起時(shí)，低性能的單元就會(huì)拉低正常工作的單元的性能。光伏多單元面板的制造公差通常為百分之五到十。因而，在現(xiàn)有的光伏系統(tǒng)中，需要將單元的性能彼此匹配以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)性能。匹配光伏面板的性能使得以后很難往系統(tǒng)中添加單元或者替換損壞的單元/面板。假設(shè)光伏系統(tǒng)中的一個(gè)單元被損壞了且需要被替換，并且例如這種單元在市場(chǎng)上已經(jīng)不存在了，在這種情況下就要使用具有不同特性(例如I-V曲線)的不同單元。這種對(duì)個(gè)體單元的匹配是很難進(jìn)行設(shè)計(jì)的。本發(fā)明允許具有不同特性(例如不同I-V曲線)的單元一起工作并達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的高效率功率點(diǎn)。致力于解決現(xiàn)有系統(tǒng)的以上問(wèn)題的已知技術(shù)利用每個(gè)面板上的MPPT單元和DC到DC轉(zhuǎn)換器的組合再結(jié)合中央控制單元(例如參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)2008/0143188)。在這種系統(tǒng)中，太陽(yáng)能面板所產(chǎn)生的所有能量以如下方式被轉(zhuǎn)換為不同電壓上的DC電流，該方式即所有輸出在串聯(lián)連接的情況下將提供相同電流或者在并聯(lián)連接的情況下提供相同電壓。然而，利用這種配置，系統(tǒng)的效率仍然受到限制，主要原因是DC到DC轉(zhuǎn)換實(shí)際上不是100%有效的。因此，對(duì)單元所產(chǎn)生的所有功率進(jìn)行轉(zhuǎn)換將導(dǎo)致很大的功率損失。此外，在功率通路上安裝附加的有源設(shè)備(例如MPPT或DC到DC轉(zhuǎn)換器)增加了系統(tǒng)故障(由于特定設(shè)備故障)的機(jī)率，因而整個(gè)系統(tǒng)的故障之間的平均間隔時(shí)間被減少了。此外，用于這種高能量系統(tǒng)的MPPT和DC到DC轉(zhuǎn)換器是成本很高的設(shè)備，增加了整個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的安裝復(fù)雜度和成本。本發(fā)明提供了一種用于解決諸如光伏系統(tǒng)之類(lèi)的能量生成系統(tǒng)的上述問(wèn)題的新穎的方法。本發(fā)明利用將多個(gè)能量生成器(例如太陽(yáng)能單元、電池等)連接到彼此的功率分配單元。能量分配單元均等被串聯(lián)連接的每個(gè)能量生成器上的電壓，以使得高性能能量生成器(單元)上的電壓被降低而低性能單元上的電壓被升高?；旧?，根據(jù)本發(fā)明，單元串中的所有單元的性能被均等為所謂的單元串的“虛擬平均單元”的性能。這是通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的將每個(gè)單元經(jīng)由共用總線連接到單元陣列中的一組其它單元從而使得所有單元所產(chǎn)生的能量在所述單元之間進(jìn)行同時(shí)的自行分配。單元之間的能量分配基于被連接的高電壓和低電壓節(jié)點(diǎn)之間的電勢(shì)(電壓)均等。這種電勢(shì)均等自發(fā)進(jìn)行并且不需要任何管理以及任何特定的控制單元。 因而根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)廣義方面，提供了一種用于從分別具有各自的電流-電壓特性的多個(gè)被電連接的能量發(fā)生器進(jìn)行能量收集的電子系統(tǒng)，所述電子系統(tǒng)包括被電連接到所述多個(gè)被電連接的能量發(fā)生器的功率再分配單元，該功率再分配單元包括總線連接器和可電連接到總線連接器的至少兩個(gè)電耦合組件，每個(gè)電耦合組件與一個(gè)或多個(gè)能量發(fā)生器相關(guān)聯(lián)并被配置為可控地操作用于提供總線連接器與所述至少兩個(gè)能量發(fā)生器之間的選擇性電耦合，從而實(shí)現(xiàn)在所述至少兩個(gè)能量發(fā)生器之間的功率再分配并優(yōu)化能量收集。電耦合組件被優(yōu)選地根據(jù)預(yù)定的時(shí)間模式進(jìn)行配置和操作。在一些實(shí)施例中，該時(shí)間模式被選擇以使得在系統(tǒng)工作期間始終有至少一個(gè)耦合組件與相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)能量發(fā)生器電連接。在一些實(shí)施例中，該時(shí)間模式可以使得在系統(tǒng)工作期間始終有至少一個(gè)耦合組件與總線電連接。電耦合組件可以包括至少一個(gè)耦合器。耦合器包括被配置為與相應(yīng)的能量生成器電連接的用于存儲(chǔ)電能的能量存儲(chǔ)單元以及開(kāi)關(guān)組件。開(kāi)關(guān)組件可相繼地工作在第一和第二操縱模式。當(dāng)在第一操作模式時(shí)，開(kāi)關(guān)組件提供相應(yīng)的一個(gè)存儲(chǔ)單元與相應(yīng)的能量發(fā)生器的電連接，當(dāng)在第二操作模式時(shí)，開(kāi)關(guān)組件提供存儲(chǔ)單元與總線連接器之間的連接從而實(shí)現(xiàn)在所述至少一些能量發(fā)生器之間的功率再分配。電功率再分配單元可被配置為經(jīng)由總線連接器提供至少一些存儲(chǔ)單元之間的并聯(lián)連接。這實(shí)現(xiàn)了在被電連接到總線時(shí)存儲(chǔ)單元之間的功率再分配。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)單元包括至少一個(gè)電荷存儲(chǔ)設(shè)備。開(kāi)關(guān)組件可被配置并可操作用于專(zhuān)門(mén)將相應(yīng)的存儲(chǔ)單元與相應(yīng)的能量生成器或與總線連接器并聯(lián)連接。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，電耦合組件被配置以使得至少兩個(gè)耦合器與共同的一個(gè)能量發(fā)生器相關(guān)聯(lián)。在這種情況下，在系統(tǒng)工作期間，至少一個(gè)耦合器處于與開(kāi)關(guān)組件的第一操作模式相對(duì)應(yīng)的操作條件下，或者至少一個(gè)耦合器處于與開(kāi)關(guān)組件的第二操作模式相對(duì)應(yīng)的操作條件下。系統(tǒng)可以與被配置并可操作用于實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)組件在第一和第二模式下的相繼操作的同步單元相關(guān)聯(lián)(即可連接到該同步單元或者將該同步單元作為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一部分)。同步單元可包括多個(gè)同步器，每個(gè)同步器被連接到與相應(yīng)的能量生成器相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)率禹合器。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，功率存儲(chǔ)單元包括兩個(gè)或更多個(gè)電荷存儲(chǔ)設(shè)備，并且開(kāi)關(guān)組件被配置 為選擇性地實(shí)現(xiàn)電荷存儲(chǔ)設(shè)備之間的并聯(lián)或串聯(lián)連接。由此，功率存儲(chǔ)單元上的電勢(shì)可以被控制。功率再分配單元可被配置并可操作用于確保(與相應(yīng)的存儲(chǔ)單元相關(guān)聯(lián)的)每個(gè)能量生成器的電參數(shù)達(dá)到所有能量生成器的所述參數(shù)的平均值。所述電參數(shù)包括電功率、電流和電壓中的至少一個(gè)。功率存儲(chǔ)單元可以包括至少兩個(gè)電容器并且選擇性地在與電容器之間的不同電連接相對(duì)應(yīng)的不同電條件之間變換，得到功率存儲(chǔ)單元的不同的有效電容。因此，功率存儲(chǔ)單元的輸出電壓的變動(dòng)被實(shí)現(xiàn)，從而允許在能量發(fā)生器之間對(duì)電流進(jìn)行再分配。功率存儲(chǔ)單元可以包括附加的開(kāi)關(guān)組件，該開(kāi)關(guān)組件被配置并可操作用于實(shí)現(xiàn)功率存儲(chǔ)單元在分別用不同電容表征的其不同電條件之間的選擇性切換。例如，電耦合組件的每個(gè)耦合器可以與同步單元相關(guān)聯(lián)，該同步單元被配置并可操作用于實(shí)現(xiàn)功率存儲(chǔ)單元在其不同電條件之間的選擇性切換與相應(yīng)的開(kāi)關(guān)組件在第一和第二操作模式之間的切換的同步。根據(jù)本發(fā)明的另一廣義方面，提供了一種能量生成系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括分別具有各自的電流-電壓特性的被電連接的能量發(fā)生器的陣列；用于從所述被電連接的能量發(fā)生器的陣列收集能量的能量收集系統(tǒng)。能量收集系統(tǒng)包括存儲(chǔ)單元的陣列，用于相應(yīng)地與能量發(fā)生器的陣列進(jìn)行電連接以存儲(chǔ)所述能量發(fā)生器所生成的電功率；可連接到功率存儲(chǔ)單元的陣列的總線連接器；以及開(kāi)關(guān)組件的陣列，每個(gè)開(kāi)關(guān)組件可控地相繼工作在第一操作模式和第二操作模式，以使得開(kāi)關(guān)組件在第一操作模式時(shí)提供功率存儲(chǔ)單元中的相應(yīng)的一個(gè)存儲(chǔ)單元與相應(yīng)的能量發(fā)生器的電連接，并且在第二操作模式時(shí)提供電功率存儲(chǔ)單元與總線連接器之間的連接從而實(shí)現(xiàn)在能量發(fā)生器之間的功率再分配。根據(jù)本發(fā)明的另一廣義方面，提供了一種用于從多個(gè)被電連接的能量發(fā)生器進(jìn)行能量收集的電耦合組件，每個(gè)能量發(fā)生器具有各自的電流-電壓特性，所述電耦合組件包括分別與多個(gè)能量發(fā)生器相關(guān)聯(lián)的多個(gè)耦合器，每個(gè)耦合器包括功率存儲(chǔ)單元，用于與相應(yīng)的能量發(fā)生器進(jìn)行電連接并存儲(chǔ)能量發(fā)生器所生成的電功率；以及可相繼工作在第一和第二操作模式的開(kāi)關(guān)組件，該開(kāi)關(guān)組件在第一操作模式時(shí)提供功率存儲(chǔ)單元中的相應(yīng)的一個(gè)存儲(chǔ)單元與相應(yīng)的能量發(fā)生器的電連接，并且在第二操作模式時(shí)提供功率存儲(chǔ)單元與外部的所有能量發(fā)生器所共用的總線連接器之間的連接，所述耦合器組件從而可實(shí)現(xiàn)在能量發(fā)生器之間的功率再分配。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于優(yōu)化從被串聯(lián)電連接的多個(gè)能量發(fā)生器的能量收集的方法，所述能量發(fā)生器具有定義高性能和低性能能量發(fā)生器的不同的IV特性，該方法包括根據(jù)預(yù)定的時(shí)間模式操縱所有所述能量發(fā)生器與共用總線連接器的并聯(lián)電連接，從而通過(guò)在能量發(fā)生器之間均分能量而導(dǎo)致能量從高性能能量發(fā)生器到低性能能量發(fā)生器的傳送來(lái)實(shí)現(xiàn)在所述能量發(fā)生器之間的能量再分配。


為了理解本發(fā)明并了解在實(shí)際應(yīng)用中如何使用本發(fā)明，下面將參考附圖通過(guò)非限制性示例對(duì)實(shí)施例進(jìn)行描述，在附圖中
圖I是太陽(yáng)能系統(tǒng)的傳統(tǒng)集中式逆變器配置的示意性圖示；圖2示意性地圖示了本發(fā)明用于在低性能和高性能能量發(fā)生器之間進(jìn)行功率再分配的原理；圖3通過(guò)框示了利用根據(jù)本發(fā)明的電系統(tǒng)來(lái)從多個(gè)能量發(fā)生器進(jìn)行能量收集的電能產(chǎn)生系統(tǒng)的實(shí)施例；圖4A到4D圖示了本發(fā)明的能量收集系統(tǒng)的示例性配置，其中圖4A示出了能量生成系統(tǒng)的總圖示，圖4B示出了適用于圖4A的系統(tǒng)的耦合組件的配置，圖4C示出了用在耦合組件中的耦合器的示例，以及圖4D示出了與耦合器相關(guān)聯(lián)的本地控制器的操作；圖5A至示意性地圖示了適用于耦合器的功率存儲(chǔ)單元的配置的示例；圖6A圖示了被配置用于利用至少兩個(gè)功率再分配模塊為單元串中的單元提供連續(xù)的功率優(yōu)化的本發(fā)明的實(shí)施例；圖6B和6C圖示了本發(fā)明的另一些實(shí)施例，其中單個(gè)功率再分配模塊被配置用于為單元串中的單元提供連續(xù)的功率優(yōu)化；圖7A至7C例示了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中功率再分配系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為利用標(biāo)準(zhǔn)的100伏快速FET開(kāi)關(guān)處理具有高端對(duì)端電壓的長(zhǎng)單元串；圖8A和SB圖示了利用本發(fā)明的原理被設(shè)計(jì)用于在耦合組件中的耦合器的本地一側(cè)與應(yīng)當(dāng)被優(yōu)化的相應(yīng)的太陽(yáng)能單元輸出之間產(chǎn)生電壓差的能量生成系統(tǒng)；以及圖9A和9B例示了配置有多個(gè)單元串架構(gòu)的本發(fā)明的能量發(fā)生系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的在于提高由一個(gè)或多個(gè)能量發(fā)生器的陣列/串形成的能量發(fā)生系統(tǒng)的性能。更具體而言，本發(fā)明被用于提高從光伏單元串/陣列進(jìn)行能量收集的效率，因此下面將參考該特定但非限制性的應(yīng)用進(jìn)行描述。圖I示意性地示出了多單元/多面板太陽(yáng)能系統(tǒng)的公知配置中的一種配置。該系統(tǒng)利用被布置在多個(gè)單元串中的單元/面板，其中單元串中的單元被串聯(lián)連接。該系統(tǒng)還利用了所有單元串共用的MPPT單元。參考圖2，其示意性地圖示了本發(fā)明的原理。這里，典型的串聯(lián)單元串S被示出，其包括操作在不同條件下(例如暴露于不同的環(huán)境條件下)的具有相同類(lèi)型和尺寸的四個(gè)太陽(yáng)能單元Cl-C4(構(gòu)成電能發(fā)生器)。單元Cl工作在就光照和工作溫度而言的最優(yōu)條件下。單元C2和C3由于工作在低光照的條件下(即背光條件和由于單元表面不干凈而導(dǎo)致較差的光收集)，所以是低性能單元。單元C4暴露于充分光照的條件下，但是由于相對(duì)較高的工作溫度所以也是低性能單元。分別與四個(gè)太陽(yáng)能單元C1-C4的操作相對(duì)應(yīng)而得到的I-V曲線IV1-IV4被圖示出。在與單元(^-(3相對(duì)應(yīng)的I-V曲線IV1-IV3中，不同光照條件的主要效果體現(xiàn)在來(lái)自單元的最大可獲得的輸出電流，而來(lái)自單元的最大可獲得的電流基本上是不變的。至于單元C4，其I-V曲線IV4示出了在操作中單元C4的高溫的效果主要表現(xiàn)為來(lái)自單元C4的最大可獲得電壓的降低，而最大可獲得的電流仍近似等于從單元Cl可獲得的最大電流。應(yīng)當(dāng)注意在功率單元是電池的情況下，不同的I-V曲線和不同的最大功率點(diǎn)例如可能源自單元的不同的化學(xué)降解和不同的工作溫度。、
如圖中所示，Ι-v曲線IV1-IV4通過(guò)單元C1-C4的最大功率點(diǎn)MP1-MP4來(lái)表征。圖中示出了當(dāng)工作在各自的MP點(diǎn)時(shí)，不同光照條件對(duì)單元C1-C3的影響主要影響單元的輸出電流，而在這些MP點(diǎn)處它們的輸出電壓是幾乎近似的值VM。圖3是圖示了電能產(chǎn)生系統(tǒng)500的實(shí)施例的框圖，該電能產(chǎn)生系統(tǒng)利用多個(gè)被電連接的能量發(fā)生器(在501處通常是指電流-電壓特性不同的不同單元C1-C4)并且利用根據(jù)本發(fā)明的用于從能量發(fā)生器501進(jìn)行能量收集的電子系統(tǒng)510。能量收集系統(tǒng)510操作為功率再分配器，被配置并可操作用于實(shí)現(xiàn)單元510所產(chǎn)生的功率/能量在至少一些單元之間的自行分配，從而優(yōu)化源自能量發(fā)生器501中的至少一些(一般而言是至少兩個(gè))能量發(fā)生器的能量收集。在該示例中，能量產(chǎn)生系統(tǒng)500是太陽(yáng)能系統(tǒng)并且因此能量發(fā)生(產(chǎn)生)單元501是太陽(yáng)能單元或光伏單元。然而應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不僅限于太陽(yáng)能的生產(chǎn)，并且可以被用于高效地收集來(lái)自諸如電池、發(fā)電機(jī)等之類(lèi)的可能用不同于典型太陽(yáng)能單元的I-V曲線的I-V曲線來(lái)表征的各種DC電能源(DC功率源)的電能。 通常，電能產(chǎn)生系統(tǒng)500包括被排列在一個(gè)或多個(gè)單元串507 (僅示出了一個(gè)這種單元串)中的多個(gè)單元501，這些單元串被彼此并聯(lián)電連接以形成整個(gè)光伏設(shè)備。單元串507包括多個(gè)串聯(lián)連接的能量產(chǎn)生單元(太陽(yáng)能單元/面板)501。至于能量產(chǎn)生系統(tǒng)500的功率再分配器，其可以包括一個(gè)或多個(gè)功率再分配單元510，每個(gè)功率再分配單元與單元串中的至少一些單元相關(guān)聯(lián)并且被配置為可操作用于通過(guò)優(yōu)化各個(gè)單元所工作的功率點(diǎn)來(lái)提高來(lái)自單元串507 (或者單元串的一部分)的能量產(chǎn)出。功率分配單元510的配置和操作將在下面進(jìn)行描述。通常在電功率生成系統(tǒng)500中還提供有DC至AC逆變器503，該逆變器503經(jīng)由基于MPPT的控制器505被連接到單元507的陣列(單元串)并提供AC輸出504。如上所述，MPPT單元被配置并可操作用于通過(guò)根據(jù)單元串的總I-V曲線得出最佳電壓處的最佳電流來(lái)優(yōu)化與其連接的單元串的操作條件。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明利用了 MPPT的原理(將單元串引至共同的MPP，或最大功率點(diǎn))并且提供了單元/面板之間的適當(dāng)?shù)哪芰吭俜峙湟詫⒚總€(gè)單元/面板引至其自己的MPP，同時(shí)將整個(gè)單元串保持在其MPP。逆變器503操作用于將單元串的DC電輸出轉(zhuǎn)換為具有所需要的電壓和頻率的AC電功率。應(yīng)當(dāng)理解將逆變器503用于功率轉(zhuǎn)換是可選的，并且根據(jù)系統(tǒng)所需要的輸出，所述逆變器503可以用諸如DC至DC轉(zhuǎn)換器之類(lèi)的其它電轉(zhuǎn)換器來(lái)替換。并且如上所述，單元501的數(shù)量和類(lèi)型可以被選擇以使得單元串507的標(biāo)稱(chēng)輸出電壓較高，足以實(shí)現(xiàn)高效的DC至AC的轉(zhuǎn)換，例如典型的DC電壓可以在400到600伏的范圍內(nèi)?？蛇x地，在能量發(fā)生系統(tǒng)500中，單元串507與旁路二極管509相關(guān)聯(lián)，旁路二極管509與相應(yīng)的單元501并聯(lián)電連接。這使得流過(guò)單元串507的電流能夠繞過(guò)任一故障/缺陷太陽(yáng)能單元，保證單元串507的魯棒性并使該單元串即使在一個(gè)或多個(gè)單元不能正常工作的情況下也可以運(yùn)轉(zhuǎn)。在包括旁路二極管509的單元串中，流經(jīng)單元串的電流被允許繞過(guò)任意故障或“較弱的”(低性能)單元。就此而言，單元串中的每個(gè)單元操作用于產(chǎn)生流經(jīng)單元串507的同一電流并生成根據(jù)功率點(diǎn)在其I-V曲線上與所述電流相對(duì)應(yīng)的電壓。在單元發(fā)生故障或者明顯比其它單元的性能差的情況下(例如，在其I-V曲線上與所述電流相對(duì)應(yīng)的功率點(diǎn)處得到的電壓為O)，所述單元變?yōu)闊o(wú)效單元，并且流經(jīng)單元串的電流通過(guò)旁路二極管509繞過(guò)該單元。在沒(méi)有旁路二極管509的情況下，這樣的故障或性能較弱的單元會(huì)影響和阻止整個(gè)單元串507的能量產(chǎn)生。因此使用旁路二極管能夠通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)明顯較弱的單元的完全中立來(lái)改善多單元串的功率產(chǎn)生，所述較弱的單元工作時(shí)所得到功率低于這些較弱的單元被中立時(shí)所得到的功率并且通過(guò)單元串的電流增大。實(shí)際上，在低性能單元/面板501的兩種操作狀態(tài)(例如，工作或禁用)之間的選擇通過(guò)旁路二極管509來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且通過(guò)單元串的MPPT (如果有的話)或整個(gè)系統(tǒng)500的MPPT 505來(lái)控制。本發(fā)明的功率再分配單元或模塊510使得單元串507工作在較高的能量產(chǎn)生率(較高的功率點(diǎn)或PP)上。下面將進(jìn)一步具體描述，這是通過(guò)將模塊510配置和操作為與其相關(guān)聯(lián)的所有單元501的能量(功率)交換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，自動(dòng)提取來(lái)自高性能單元的多余功率來(lái)為低性能單元提供功率以補(bǔ)償它們?cè)诠β十a(chǎn)生上的不足。下面將進(jìn)一步描述，功率
再分配單元使得系統(tǒng)工作在兩種順序模式下。在其中一種操作模式期間，功率再分配單元執(zhí)行從多個(gè)單元對(duì)所述多個(gè)單元所生成的能量的收集，并且在另一模式期間，功率再分配單元允許所收集到的能量在所述單元之間自行分配，從而將所述單元引至就功率生成而言的最佳狀態(tài)。這兩種操作模式以交替的方式被執(zhí)行，同時(shí)允許同時(shí)收集來(lái)自單元的能量以供所需。更具體而言，假設(shè)單元串507具有與以上參考圖2所描述的單元串S類(lèi)似的電屬性，即包括具有類(lèi)似的相應(yīng)的I-V曲線的類(lèi)似單元C1-C4。在不與功率再分配模塊510相關(guān)聯(lián)的單元串的傳統(tǒng)操作中，流經(jīng)單元串的電流Ie等于Is (如圖2中所示)，而單元Cl、C3和C4操作在它們各自MP點(diǎn)以下。這些單元被限制為提供受單元串電流Is限制的電流，雖然這些單元能夠生成更大的輸出電流。為此，功率再分配模塊510操作為能量交換器，使得單元C1、C3和C4工作在更接近于它們的MP點(diǎn)(即單元的最佳工作狀態(tài))的功率點(diǎn)(PP)上，并且提供更高的輸出電流。這使得單元C1、C3和C4能夠產(chǎn)生比流經(jīng)單元串的電流Ie更大的電流。這些單元所產(chǎn)生的多余電流被收集并通過(guò)模塊510流出以補(bǔ)償單元C2的電流不足。實(shí)際上，單元C2所提供的低電流被自動(dòng)與從模塊510提取的電流相疊加。這使得單元C2能夠生成與單元串電流值Is對(duì)應(yīng)的電流/能量，從而提升單元串的總輸出功率點(diǎn)?，F(xiàn)參考圖4A到4D，其中更具體地示出了能量收集系統(tǒng)500的示例性配置，即本發(fā)明的功率再分配系統(tǒng)510的配置。為了便于理解，所有示例中的類(lèi)似元件都用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)表示。如圖4A所示，功率再分配模塊510包括總線連接器506和多個(gè)(一般至少兩個(gè))電耦合組件502。后者被配置并可同步操作(例如通過(guò)包括內(nèi)部的同步器應(yīng)用組件/模塊的適當(dāng)?shù)墓芾砥鲬?yīng)用組件551)用于根據(jù)預(yù)定時(shí)間模式提供總線連接器506與單元串507的單元(一般是這些單元中的至少一些，例如至少兩個(gè))之間的選擇性電耦合。在該非限制性示例中，總線連接器506用兩個(gè)電導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)，耦合組件502通過(guò)所述電導(dǎo)體被彼此并聯(lián)連接。應(yīng)當(dāng)理解，通常本發(fā)明中所使用的管理器應(yīng)用組件可以預(yù)先編程以根據(jù)預(yù)定的時(shí)間模式控制與每個(gè)單元/面板相連接的開(kāi)關(guān)的操作，并且還優(yōu)選地在這些開(kāi)關(guān)之間同步它們，如本實(shí)施例所示。此外，在該示例中，每個(gè)稱(chēng)合組件502與單元501中相應(yīng)的一個(gè)單元相關(guān)聯(lián)(可連接到該單元)。然而，應(yīng)當(dāng)注意同一耦合組件可以與不止一個(gè)單元相關(guān)聯(lián)，例如諸如單元的串聯(lián)串之類(lèi)的一組單元。多個(gè)耦合組件502被布置為經(jīng)由總線連接器506彼此之間并聯(lián)電連接。每個(gè)耦合組件502與相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)能量產(chǎn)生單元501相關(guān)聯(lián)(例如被并聯(lián)電連接到所述能量產(chǎn)生單元)。在該示例中，耦合組件501專(zhuān)用于平衡與其相對(duì)應(yīng)的單元501的操作。耦合組件502收集相應(yīng)單元501所產(chǎn)生的功率并將該功率傳送到總線連接器506，從而使得由多個(gè)耦合組件從多個(gè)單元收集的功率經(jīng)由相應(yīng)的耦合組件均等地自行分配回多個(gè)單元。當(dāng)單元501為高性能單元時(shí)(即能夠產(chǎn)生多余功率，例如工作在與單元串507上的電流值所對(duì)應(yīng)的功率點(diǎn)不同的功率點(diǎn))，由于相應(yīng)的稱(chēng)合組件從單元中提取到多余能量，所以耦合組件502的操作使得該單元操作在更高的功率點(diǎn)上。單元501所產(chǎn)生的多余功率被耦合組件502提取和收集?；蛘?，在單元501為低性能單元的情況下，與被中立(根據(jù)傳統(tǒng)方法)不同，由于對(duì)高性能單元的所述多余能量的自行分配，相應(yīng)的耦合組件502為低性能單元補(bǔ)充其所需要的功率，并允許低性能單元工作并產(chǎn)生其能夠產(chǎn)生的能量。因此，仍然從低性能單元提取功率，否則這些低性能單元將被完全中立。應(yīng)當(dāng)理解能量發(fā)生器(單元)501在其不能在系統(tǒng)500對(duì)其施加的電約束條件下 產(chǎn)生功率時(shí)被認(rèn)為是低性能的。例如，在串聯(lián)單元串507的情況下，單元501在不能產(chǎn)生高 于流經(jīng)單元串507的電流值Is的電流Ie時(shí)就是欠供電的。如果單元只能夠產(chǎn)生低于流經(jīng)單元串的電流的電流值，根據(jù)傳統(tǒng)方法，該單元被完全中立，因?yàn)槠洳槐辉试S產(chǎn)生任何功率(例如零電壓)并且通過(guò)其相應(yīng)的旁路二極管509被旁路。通常太陽(yáng)能產(chǎn)生系統(tǒng)中的一些單元是低性能的，例如由于故障或缺少光照(陰影/污垢)和高溫。相反，高性能單元501是能夠產(chǎn)生多余功率的單元501，例如通過(guò)操作在不同于系統(tǒng)500所強(qiáng)加的功率點(diǎn)的功率點(diǎn)上。例如，在串聯(lián)單元串507的情況下，單元501在能夠產(chǎn)生高于流經(jīng)單元串507的電流值Is的輸出電流Ie時(shí)為高性能單元。因而應(yīng)當(dāng)理解術(shù)語(yǔ)高性能單元和過(guò)供電單元和相應(yīng)的對(duì)立術(shù)語(yǔ)低性能單元和欠供電單元是指給定單元在給定條件下所能夠產(chǎn)生的最大功率相對(duì)于相應(yīng)單元串中的其它單元所能夠達(dá)到的標(biāo)稱(chēng)最大功率的關(guān)系。例如，如果某個(gè)單元能夠產(chǎn)生比單元串中單元的最大功率(MP)的平均值更多的功率，則該單元為高性能的，并且如果某個(gè)單元不能產(chǎn)生單元串中單元的平均最大功率(MP)的話該單元為低性能的。總線連接器506將耦合組件502彼此連接起來(lái)并實(shí)現(xiàn)它們之間的能量流動(dòng)(例如均等)。這允許將過(guò)供電單元所產(chǎn)生的多余功率傳送給欠供電單元，并由此補(bǔ)充欠供電單元的功率產(chǎn)生的不足。因?yàn)椴挥脠?zhí)行通過(guò)DC到DC轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換，所以功率再分配模塊510的效率比較高。例如，在這種多單元系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)大約99. 9%的能量收集效率，而大約總能量的4%被從高性能單元/面板提供給低性能單元/面板(例如那些在平均水平以下操作的)，即用97. 5%的效率處理4%的能量得到O. I %的能量損失。實(shí)際上，通過(guò)相應(yīng)的耦合組件從低性能單元提取的能量基本等于通過(guò)總線連接器傳送并通過(guò)相應(yīng)的耦合組件提供給低性能單元的能量。因此，再分配模塊510的操作使得各個(gè)單元都工作在其最大或接近最大的功率點(diǎn)(PP)。當(dāng)系統(tǒng)500被實(shí)現(xiàn)為太陽(yáng)能系統(tǒng)時(shí)(例如單元501為太陽(yáng)能面板)，在耦合組件502的第一操作模式下，耦合組件502暫時(shí)存儲(chǔ)來(lái)自相應(yīng)的高性能太陽(yáng)能單元501 (例如正位于直射太陽(yáng)光下方的太陽(yáng)能單元)的額外功率。然后，在第二操作模式下，存儲(chǔ)在耦合組件502中的功率經(jīng)由連接耦合組件的總線連接器506被均分。在接下來(lái)的一輪中，在第一操作模式下，功率被從相應(yīng)的耦合組件502傳送給低性能太陽(yáng)能單元501。串聯(lián)單元串507被并聯(lián)連接到MPPT單元505，該MPPT單元操作用于選擇從整個(gè)單元串507產(chǎn)生最大DC功率的最大I/V工作點(diǎn)。如上所述，在沒(méi)有功率再分配模塊510的情況下，單元串的最大工作點(diǎn)通常不同于所述單元串507中的全部各個(gè)單元501的最大功率點(diǎn)。這是因?yàn)榇?lián)連接架構(gòu)迫使所有單元501產(chǎn)生流經(jīng)單元串507的同一電流值，而各個(gè)單元501通常與不同的I-V曲線相關(guān)聯(lián)。然而，利用本發(fā)明的功率再分配模塊510，單元串中的每個(gè)單元可以工作在接近于單元最大功率點(diǎn)的功率點(diǎn)上，因而整個(gè)單元串507的總功率高于沒(méi)有這種功率再分配的情況下的單元串的總功率?？紤]單元501和耦合組件502所形成的布置，該布置的MP點(diǎn)通常高于單元501自身(在標(biāo)準(zhǔn)單元串107A的布置中)的工作點(diǎn)。如上所述，這是因?yàn)楫?dāng)與耦合組件502相連接時(shí)，高性能單元501工作在相比低性能太陽(yáng)能單元501更高的功率點(diǎn)上，以使得每個(gè)單元 501工作接近其自己的最大功率點(diǎn)的相應(yīng)工作點(diǎn)上。與電壓轉(zhuǎn)換器(例如DC-AC逆變器和DC-DC轉(zhuǎn)換器)不同，本發(fā)明的功率再分配模塊510的效率E和相應(yīng)的耦合組件502的效率相當(dāng)高。這與以下事實(shí)有關(guān)耦合組件不會(huì)抬高電壓并且不使用(抬高)具有較低效率的DC到DC轉(zhuǎn)換(例如，降壓DC到DC轉(zhuǎn)換器)。圖4B更詳細(xì)地圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的耦合組件502的配置。圖4B中所示的耦合組件適合用于圖4A中所示的功率再分配系統(tǒng)/模塊510中。該耦合組件502被圖示為功率再分配模塊510的一部分(例如被連接到模塊510的總線連接器506)并被連接到相應(yīng)的能量產(chǎn)生單元501。通常，電耦合組件502包括與至少一個(gè)單元501相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)耦合器511，即耦合器511被電耦合到單元501和總線連接器506。在該示例中，耦合器511包括功率存儲(chǔ)單元521 (在該非限制性示例中用電容器來(lái)實(shí)現(xiàn))和在該示例中由開(kāi)關(guān)526和527構(gòu)成的開(kāi)關(guān)組件。這也會(huì)在圖4C中更具體地被示出。應(yīng)當(dāng)注意本發(fā)明可以利用各種類(lèi)型的電能存儲(chǔ)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些元件的特定的非限制性示例包括電線圈、壓電設(shè)備和電容器。為了清楚起見(jiàn)，在下面的描述中，電能存儲(chǔ)被主要考慮為包括電容器。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將可以理解任何其它合適的能量存儲(chǔ)單元都可以被使用。功率存儲(chǔ)單元521通過(guò)開(kāi)關(guān)組件526和527被并聯(lián)連接到相應(yīng)單元501和總線連接器506，并且操作用于收集、存儲(chǔ)和分配相應(yīng)單元所生成的電功率。開(kāi)關(guān)組件(如本示例中所示通過(guò)與整個(gè)單元串相關(guān)聯(lián)的中央控制系統(tǒng)或通過(guò)本地控制器512)被配置并可操作用于相繼地工作在第一和第二操作模式下。在第一操作模式下，開(kāi)關(guān)組件提供功率存儲(chǔ)單元521與相應(yīng)單元501之間的電連接，并且在第二操作模式下提供功率存儲(chǔ)單元521與總線連接器506之間的連接。通過(guò)耦合組件502相繼工作在這兩種操作模式下，單元所生成的功率在所述單元之間被再分配。更具體而言，功率存儲(chǔ)單元521通過(guò)一對(duì)電子開(kāi)關(guān)526 (也被稱(chēng)為總線開(kāi)關(guān))被并聯(lián)連接到總線連接器506。功率存儲(chǔ)單元521也通過(guò)開(kāi)關(guān)組件的另一對(duì)電子開(kāi)關(guān)527 (單元開(kāi)關(guān))被并聯(lián)電連接到單元/面板501。這里所描述的功率存儲(chǔ)單元521可以采用被適配為存儲(chǔ)電能的一個(gè)或多個(gè)電容器的排列的形式。下面將參考圖5A- 進(jìn)一步描述，功率存儲(chǔ)單元521可以具有固定的電容，其中耦合器511可以被稱(chēng)為等電壓耦合器?；蛘?，又如下所述，可以使用可變電容。這實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓的某種控制，所述輸出電壓通過(guò)耦合器被施加給總線連接器506或與其相連的單元501。在使用可變電容的情況下，耦合器被稱(chēng)為電壓倍乘耦合器。在圖4A-4D的示例中，等電壓耦合器511被認(rèn)為具有某個(gè)固定的電容值C，然而應(yīng)當(dāng)注意一般來(lái)說(shuō)在圖4A-4C的系統(tǒng)配置中也可以使用電壓倍乘耦合器。一般來(lái)說(shuō)，耦合器511操作用于將其相應(yīng)的單元501的操作屬性與系統(tǒng)500中的其它能量生成單元的操作分離開(kāi)并且與單元串507對(duì)單元的操作所施加的限制分離。如上所示，這種分離是通過(guò)經(jīng)由耦合器的開(kāi)關(guān)組件的第一和第二操作模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的耦合器511的兩種操作模式來(lái)獲得的。在第一模式下(所謂的本地存儲(chǔ)(LTS)模式)，耦合器511僅被并聯(lián)連接到其相應(yīng)的單元(即，耦合器的開(kāi)關(guān)組件被配置并可操作用于僅將相應(yīng)的存儲(chǔ)單元521與單元并聯(lián)連接，而不與總線連接器相連接)。在這種模式下，存儲(chǔ)單元521上的電壓(在基于電容器的存儲(chǔ)方式的示例中)被均等為單元501上的電壓。在單元501為高性 能的情況下，在僅被連接到單元之前，耦合器511上的電壓低于單元501的電壓。這使得單元/面板501所產(chǎn)生的多余能量流出并將該能量存儲(chǔ)在能量/功率存儲(chǔ)器(電容器)521中。在單元501是低性能的情況下，在僅被連接到單元之前，存儲(chǔ)單元521上的電壓高于單元的電壓，并且耦合器511的操作將來(lái)自能量/功率存儲(chǔ)器521的能量提供(載入)給單元以補(bǔ)充單元501的能量不足。在第二操作模式(所謂的分布(D)模式)下，耦合器511僅被并聯(lián)連接到總線連接器506。在該模式下，存儲(chǔ)在功率存儲(chǔ)單元521中的能量被再分配。實(shí)際上，如果所有耦合器511和存儲(chǔ)單元521類(lèi)似的話，能量在與總線連接器506相關(guān)聯(lián)并通過(guò)該總線連接器相連接的操作在第二模式下的所有耦合器511的存儲(chǔ)單元521之間被均等。在該示例中，在耦合器511的第一操作模式期間，總線開(kāi)關(guān)526被斷開(kāi)連接(打開(kāi)或OFF狀態(tài))，而單元開(kāi)關(guān)527被連接(閉合或ON狀態(tài))。因此，在該操作模式期間，功率存儲(chǔ)單元521的電壓與單元的輸出電壓保持平衡。當(dāng)電壓均等發(fā)生時(shí)，電容器521根據(jù)電容器521與單兀501之間的電壓差被充電或放電。在第二操作模式期間，總線開(kāi)關(guān)526處于ON狀態(tài)，并且單元開(kāi)關(guān)527處于OFF狀態(tài)。在該操作模式下，功率存儲(chǔ)單元521通過(guò)總線連接器506被彼此電連接。耦合器511中所存儲(chǔ)的能量在耦合器之間被再分配以平衡每個(gè)耦合器中的能量，得到單元串507的虛擬平均單元的性能。通常，如圖2中所示，被迫工作在固定輸出電流值(Is)的高性能單元Cl輸出比工作在相同輸出電流值(Is)的低性能單元C3更高的電壓。因此，利用電容等式CV = Q，其中C是電容器(構(gòu)成功率存儲(chǔ)單元521)的電容，V是電容器上的穩(wěn)態(tài)電壓，以及Q是電容器上累積的穩(wěn)態(tài)電荷。在耦合器(開(kāi)關(guān)組件)操作的第一模式期間，與高性能單元相關(guān)聯(lián)的電容器521上的電荷和電壓將比與低性能單元相關(guān)聯(lián)的類(lèi)似電容器521上的電荷和電壓高。在耦合器(開(kāi)關(guān)組件)的第二操作模式期間，功率存儲(chǔ)單元(電容器)被并聯(lián)連接到總線連接器506，并且電壓(以及在考慮相似電容的情況下的電荷)在被連接到總線連接器并操作在第二模式下的所有電容器521之間保持平衡(接近它們的穩(wěn)態(tài))。因此，與高性能單元相關(guān)聯(lián)的不同耦合器的電容器的電壓被降低，并且與低性能單元相關(guān)聯(lián)的電容器的電壓被提高。因而，當(dāng)轉(zhuǎn)回第一操作模式時(shí)，與高性能單元相關(guān)聯(lián)的耦合器的電容器具有比它們相對(duì)應(yīng)的單元低的電壓，從而被再充電并從相應(yīng)單元獲得電流(功率)。相反，與低性能單元相關(guān)聯(lián)的耦合器的電容器具有比它們相對(duì)應(yīng)的單元高的電壓，從而被放電給單元串并補(bǔ)充相應(yīng)單元的電流不足。在耦合器511 (開(kāi)關(guān)組件)的第一和第二操作模式期間，其功率存儲(chǔ)單元521僅被連接到相應(yīng)的單元501和總線連接器506中的一個(gè)上。在第一模式下，兩個(gè)單元開(kāi)關(guān)527都被閉合，而兩個(gè)總線開(kāi)關(guān)526都被打開(kāi)，并且在第二模式下反之。在耦合器511在其第一和第二模式之間切換期間，兩個(gè)單元開(kāi)關(guān)527和兩個(gè)總線開(kāi)關(guān)526被切換到打開(kāi)狀態(tài)以防止總線連接器506短接單元串507。應(yīng)當(dāng)注意所有開(kāi)關(guān)526和527可以用一個(gè)或多個(gè)雙模式異或電子開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，功率耦合組件502包括耦合器的本地同步器512，操作用于同步用于對(duì)耦合器在其第一和第二操作模式期間進(jìn)行切換的開(kāi)關(guān)526和527。根據(jù)一些其它實(shí)施例，功率耦合組件502與外部同步器相關(guān)聯(lián)。這種外部同步器可以與多個(gè)功率耦合組件的操作相關(guān)聯(lián)。 耦合器本地同步器512與單元開(kāi)關(guān)和總線開(kāi)關(guān)(527，526)保持通信，例如通過(guò)有線或無(wú)線通信。單元開(kāi)關(guān)和總線開(kāi)關(guān)(527，526)的操作由兩個(gè)輸出信號(hào)控制分別是本地到存儲(chǔ)器(LTS) 514和分配(D) 513信號(hào)。這些輸出信號(hào)操縱開(kāi)關(guān)以使得耦合器在其第一(LTS)和第二⑶操作模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在LTS信號(hào)514為ON且D信號(hào)513為OFF的時(shí)間段，I禹合器511操作在其第一(LTS)模式,保持其電壓與相應(yīng)單兀501的輸出電壓相等。在LTS信號(hào)514為OFF且D信號(hào)513為ON的時(shí)間段，耦合器511操作在其第二(D)模式，經(jīng)由總線連接器506與其它功率耦合組件分配功率。當(dāng)LTS和D信號(hào)514，513都為ON或者OFF時(shí)，耦合器511的電容521被完全斷開(kāi)連接。參考圖4D，該圖以自解的方式圖示了耦合器的本地同步器512。同步器512操作用于交替地將信號(hào)LTS和D設(shè)置為它們的ON和OFF狀態(tài)。LTS和D信號(hào)的ON狀態(tài)的時(shí)隙之間沒(méi)有重合，以防止總線連接器短接單元串或單元串的一部分。在LTS時(shí)隙Tus期間，LTS信號(hào)為ON且D信號(hào)為0FF，并且耦合器511工作在其第一(LTS)模式。在分配時(shí)隙Td期間，LTS信號(hào)為OFF且D信號(hào)為ON并且耦合器工作在其第二(D)模式。時(shí)隙Tus和Td的持續(xù)時(shí)間不一定相等，并且可以在第一操作模式期間根據(jù)保持電容器與單元的基本電壓平衡所需要的時(shí)間以及在第二操作模式期間根據(jù)在不同的耦合器之間實(shí)現(xiàn)基本的電荷分配所需要的時(shí)間來(lái)確定。這些時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間又可能反過(guò)來(lái)依賴(lài)于功率存儲(chǔ)單元521的電容、系統(tǒng)的電線的特性以及系統(tǒng)中的特征電壓。時(shí)隙Tus和Td以保證它們之間盡可能短的過(guò)渡時(shí)間Tk的周期性方式交替。在時(shí)隙Tk(過(guò)渡時(shí)間)期間，LTS和D信號(hào)都為OFF。這可能是必需的，因?yàn)閷?shí)踐中開(kāi)關(guān)526和527需要一段時(shí)間來(lái)在它們的ON和OFF狀態(tài)之間進(jìn)行切換。耦合器的本地同步器512的操作與同一功率分配模塊的(即，與同一總線連接器506相連的)其它耦合組件502的其它的這種同步器進(jìn)行同步。這種同步配置確保在耦合器的第二操作模式期間，功率通過(guò)與單元串上的所有其它單元相關(guān)聯(lián)的所有其它耦合器被再分配。同步器配置可以利用任何已知的合適的同步技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，同步器512可以通過(guò)有線或無(wú)線通信被連接到不同的耦合組件502。這種通信可以被用于同步地安排相應(yīng)的耦合器(511)的第二操作模式(D模式)的時(shí)間段(起始和結(jié)束)。在這些時(shí)間段，存儲(chǔ)在所有耦合器511中的功率被再分配(例如被均等)?；蛘撸谀承┣闆r下，優(yōu)選使用同步器512的非同步操作，其中耦合器的第一(LTS)模式和第二(D)模式之間的轉(zhuǎn)變與其它耦合器的操作無(wú)關(guān)聯(lián)。下面將參考圖6B和6C進(jìn)一步描述，在系統(tǒng)的某些配置中，耦合組件502包括多個(gè)耦合器(一般是至少兩個(gè))來(lái)連續(xù)地與其它耦合組件(502)再分配功率。在這樣的配置中，不同耦合組件的耦合器的操作不需要彼此同步，因?yàn)樵谌我饨o定時(shí)刻，功率都是在所有單元之間被再分配的，因?yàn)樗旭詈辖M件一直都在利用操作在其第二(D)模式的至少一個(gè)耦合器。參考圖5A到其中示意性地圖示了適合用于上述耦合器中的功率存儲(chǔ)單元521的配置。如上所示，能量/功率存儲(chǔ)器可以被實(shí)施為利用一個(gè)或多個(gè)電容器來(lái)提供點(diǎn)A和B之間的特定有效電容的電荷存儲(chǔ)單元。在這些示例中，能量/功率存儲(chǔ)器521被實(shí)施為包括單個(gè)電容器(圖5A)、一對(duì)串聯(lián)連接的電容器(圖5C)和一對(duì)彼此并聯(lián)連接的電容器(圖 5B)的電荷儲(chǔ)存器。這些針對(duì)能量/功率存儲(chǔ)器521 (在該示例中為電荷存儲(chǔ)器)的配置提供了點(diǎn)A和B之間的某個(gè)固定電容，可用于如上所示的具有相同電壓類(lèi)型的耦合器中。圖5A圖示了用具有特定電容C的單個(gè)電容器CPl實(shí)現(xiàn)的能量/功率存儲(chǔ)器521。在特定電壓V下存儲(chǔ)在該電容器中的電能通過(guò)CV2/2得到。圖5B圖示了用具有相似電容C的該示例中的兩個(gè)電容器CP2和CP3實(shí)現(xiàn)的能量/功率存儲(chǔ)單元521的并聯(lián)配置PC。在該配置中，電容器CP2和CP3被并聯(lián)連接到彼此，因而它們的等效電容(即點(diǎn)A和B之間的電容)為2C。圖5C圖示了用兩個(gè)串聯(lián)連接的電容器CP2和CP3實(shí)現(xiàn)的能量功率存儲(chǔ)單元521的串聯(lián)配置SC。在該示例中，每個(gè)電容器具有電容C，并且(點(diǎn)A和B之間的)等效電容為C/2。應(yīng)當(dāng)理解包括多個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個(gè)電容器的很多其它配置也可以被用來(lái)以電荷存儲(chǔ)的形式實(shí)現(xiàn)能量/功率存儲(chǔ)單元521。示了能夠執(zhí)行電壓倍乘并且具有動(dòng)態(tài)可變的有效電容，提供電壓倍乘類(lèi)型的電存儲(chǔ)的能量/功率存儲(chǔ)單元521的實(shí)現(xiàn)方式。在該示例中，存儲(chǔ)單元521包括分別具有電容C的兩個(gè)電容器CP2和CP3，并且電容器通過(guò)一組電開(kāi)關(guān)SI、S2和S3被電互連。將開(kāi)關(guān)S1、S2和S3設(shè)置為不同的ON和OFF狀態(tài)可變換電容器之間的連接并且改變存儲(chǔ)單元的輸出點(diǎn)A和B之間的有效電容。更具體而言，根據(jù)這些示例，在存儲(chǔ)單元521的一種操作狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)SI閉合，開(kāi)關(guān)S2和S3打開(kāi)。在該狀態(tài)下，電容器CP2和CP3被串聯(lián)連接(圖5C中所示的配置SC)，具有等效電容C/2。在存儲(chǔ)單元521的另一種操作狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)SI打開(kāi)，開(kāi)關(guān)S2和S3閉合。在該狀態(tài)下，電容器CP2和CP3被彼此并聯(lián)連接(圖5B中所示的配置PC)，并且單元521的等效電容為2C。將電壓倍乘類(lèi)型的存儲(chǔ)單元521在其不同配置(PC，SC)之間進(jìn)行切換同時(shí)不改變其中所存儲(chǔ)電能的量實(shí)質(zhì)上改變了單元521 (點(diǎn)A和B之間)的輸出電壓。實(shí)際上，將電壓倍乘類(lèi)型的存儲(chǔ)單元521在如圖5B和5C中所呈現(xiàn)的PC和SC配置之間進(jìn)行切換分別提供了相對(duì)于每個(gè)電容器的輸出電壓、對(duì)存儲(chǔ)單兀521的輸出電壓的2或1/2倍的倍乘。在相應(yīng)的PC和SC配置的輸出電壓之間得到了總的倍乘因子4。應(yīng)當(dāng)理解以上電壓倍乘類(lèi)型存儲(chǔ)單元的示例僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)來(lái)自存儲(chǔ)單元的輸出電壓的兩種倍乘因子(2或1/2)。然而，利用兩個(gè)以上的電容器和實(shí)現(xiàn)電容器之間的各種電互連的多個(gè)開(kāi)關(guān)可以提供存儲(chǔ)單元的多種不同的有效電容值以及相應(yīng)地提供很多種電壓倍乘因子。根據(jù)以上描述，并且再返回到圖4B，利用電壓倍乘類(lèi)型的存儲(chǔ)單元521的耦合器511單元實(shí)際上提供了與一組離散倍乘值相關(guān)聯(lián)的高效率的DC到DC電壓轉(zhuǎn)換，所述一組離散倍乘值與耦合器的端子522和525 (例如總線和單元端口)處的電壓相關(guān)聯(lián)。使用倍乘耦合器能夠在發(fā)生器一側(cè)提供更高或更低的電壓。電壓倍乘類(lèi)型的存儲(chǔ)單元的使用即使在高性能單元的輸出電壓低于低性能單元的輸出電壓時(shí)也能提供對(duì)功率/能量生成單元的高效率的功率優(yōu)化。例如，可能有這樣的情況單元的I-V曲線非常不同以使得高性能單元的最大功率點(diǎn)MP具有比低性能單元的電壓更低的電壓(但是具有更高的電流)。在圖4B中所例示的耦合器配置中(例如其中使用了相等電壓類(lèi)型的存儲(chǔ)器521的配置)，相應(yīng)單元和總線連接器之間的功率抽取方向取決于被同時(shí)連接到總線連接器的相應(yīng)單元之間的電勢(shì)差(以及電壓降)。一個(gè)單元處的較高 電勢(shì)意味著功率從該單元處被耦合器提取，而另一單元處的較低電壓使得功率電壓被注入該單元。在一些情況下，高性能能量產(chǎn)生單元可能在它們相應(yīng)的MP處提供比與低性能能量產(chǎn)生單元相對(duì)應(yīng)的MP處所提供的電壓更低的電壓。例如，單元串可能包括按照類(lèi)似于圖2中所示的單元C2和C4的IV2和IV4的I-V屬性工作的單元。這些I-V屬性分別與在背光和過(guò)高溫度條件下的太陽(yáng)能單元的操作相對(duì)應(yīng)。在這種情況下，具有類(lèi)似于IV4的I-V屬性曲線的單元為相對(duì)于與I-V屬性IV2相關(guān)聯(lián)的單元而言的高性能單元，因?yàn)樗鼈兊淖畲蠊β庶c(diǎn)MP4與比與具有類(lèi)似于IV2的I-V曲線的單元的MP2相關(guān)聯(lián)的輸出功率更大的輸出功率相關(guān)聯(lián)。在這樣的情況下，利用具有相等電壓類(lèi)型的耦合器的(例如圖4A-4C所示的)本發(fā)明的功率優(yōu)化系統(tǒng)不能將功率從高性能單元抽取到低性能單元。這是因?yàn)榈入妷厚詈掀鲗?shí)現(xiàn)的是從高電壓源到低電壓源的單方向的功率抽取。然而，在該示例中，當(dāng)從高性能單元(與I-V曲線IV4相關(guān)聯(lián))向低性能單元(I-V曲線IV2)注入能量時(shí)，高性能單元的工作功率點(diǎn)被推向它們各自的MP4,導(dǎo)致來(lái)自高性能單元的輸出電壓降到低性能單元的輸出電壓以下，因此功率不能從高性能單元被傳送到低性能單元。對(duì)包括工作于低輸出電壓的高性能能量產(chǎn)生單元和工作于較高輸出電壓的低性能單元的太陽(yáng)能單元串的功率優(yōu)化可以利用具有耦合器511的與圖4A-4D中所示的系統(tǒng)類(lèi)似的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述耦合器511利用與下面將參考圖例示的單元類(lèi)似的電壓倍乘類(lèi)型的存儲(chǔ)單元。再次參考圖4B并考慮作為電壓倍乘類(lèi)型耦合器的耦合器511，為了達(dá)到單元的特定的最大功率點(diǎn)，需要在耦合器511的本地端子525 (單元側(cè))和分配端子522 (總線一側(cè))處有不同的電壓。為了將功率下拉至工作在高電壓的低性能單元，在耦合器操作的第一 LTS模式期間，功率存儲(chǔ)單元被設(shè)置為高電壓輸出，例如根據(jù)圖5C的串聯(lián)配置SC。因此，與低性能單元相連接的本地單元側(cè)端子525處的輸出電壓為高(倍乘)電壓。在耦合器511的第二(分配)模式下，存儲(chǔ)單元521被設(shè)置為低電壓配置，例如根據(jù)圖5B的并聯(lián)配置PC。在該示例中，總線連接器506的電壓的提升由低性能單元執(zhí)行以迫使功率被注入其中。迫使功率從具有低輸出電壓的高性能單元流出利用相反的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。在耦合器操作的第一 LTS模式下，其存儲(chǔ)單元(電壓倍乘類(lèi)型存儲(chǔ)單元)被設(shè)置為低電壓輸出，例如圖5B的PC配置。與低性能單元相連接的本地端子525處的輸出電壓為低電壓(例如低于總線連接器電壓)。在耦合器511的第二(分配)模式下，存儲(chǔ)單元521被設(shè)置為高電壓配置，例如圖5C的SC配置。 PC和SC配置僅例示了參考圖中的存儲(chǔ)單元521所圖示的低電壓和高電壓狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)理解圖中所示的相同原理可以利用多個(gè)電壓狀態(tài)(不僅僅是兩種的高/低狀態(tài))來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且存儲(chǔ)單元可以利用任意個(gè)開(kāi)關(guān)組和電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的任意電壓倍乘組合。作為選擇或附加選項(xiàng)，DC到DC轉(zhuǎn)換器或任何其它電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)可以結(jié)合耦合器511 (例如結(jié)合電功率存儲(chǔ)器521)被使用來(lái)將不同的電壓應(yīng)用于總線連接器506和單元501。當(dāng)使用包括與高電壓倍乘因子相關(guān)聯(lián)的多個(gè)電壓狀態(tài)的存儲(chǔ)單元時(shí)，可優(yōu)選使用級(jí)聯(lián)的開(kāi)關(guān)和電容組的組合，每個(gè)組合分別形成較低的電壓倍乘因子從而得到指數(shù)電壓倍乘值。如上所述，耦合器511以周期性的方式排他地工作在其第一或第二模式中的任一模式下。然而，與相應(yīng)耦合器511相關(guān)聯(lián)的單元501的功率優(yōu)化僅在該相應(yīng)耦合器511的 第一操作模式期間被執(zhí)行。下述幾個(gè)解決方案被提出來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)單元501的連續(xù)功率優(yōu)化。再回到圖4B，耦合組件502可選地包括被并聯(lián)連接到相應(yīng)單元501的本地功率存儲(chǔ)單兀(本地電容器)515。該本地電容器515將在第一操作模式期間執(zhí)行的功率的供給/提取延展，以使得其在耦合器操作的第二模式期間也持續(xù)進(jìn)行。在耦合器511操作的第一模式期間，本地存儲(chǔ)器515與耦合器511的功率存儲(chǔ)單元521和相應(yīng)單元501并聯(lián)連接，均等相關(guān)聯(lián)的電壓。因此，在耦合器511操作的第一模式期間，本地存儲(chǔ)器515上的電壓接近與單元串507的虛擬平均單元的輸出電壓相關(guān)聯(lián)的某個(gè)平均值。在稱(chēng)合器操作的第二模式期間，本地電容器515上的電壓等于單兀501的輸出電壓。因此，在第二操作模式期間，本地存儲(chǔ)器515通過(guò)向單元提取/供給能量來(lái)對(duì)單元的高/低性能進(jìn)行補(bǔ)償。在單元501為低性能(其輸出電壓可能低于所述平均值)的情況下，本地電容器515將功率下拉至單元串(例如，電流從本地電容器515流出以添加到與其相連接的單元501的輸出電流上)。在單元501為高性能(其輸出電壓通常高于所述平均值)的情況下，本地電容器515從其相應(yīng)單元501提取功率，例如單元501所產(chǎn)生的高于流經(jīng)單元串的電流的多余電流對(duì)本地電容器515充電。在這種情況下，本地存儲(chǔ)器515用于將耦合器511的第一操作模式延長(zhǎng)到耦合器在其第二模式下的時(shí)間段上。在這些時(shí)間段中，本地電容器515從其功率點(diǎn)向其相應(yīng)單元(太陽(yáng)能面板)501的功率點(diǎn)漂移。在高性能單元501的情況下功率從單元501被上傳至本地電容器515，或者在低性能單元的情況下功率從本地電容器515被下拉至單元501。太陽(yáng)能面板之間的功率產(chǎn)生不匹配通常很小，但是在背光條件下，這種不匹配可能增加到高性能和低性能太陽(yáng)能面板之間存在50%以及甚至更大的差異。在這種情況下，總線連接器中的多余電流可能升至10安培或者更高。如上所述的用于提供連續(xù)功率收集優(yōu)化的使用本地電容器的解決方案將大大提高(例如加倍)電流，因?yàn)槠鋬H將一半時(shí)間用于耦合器的第二操作模式。但是當(dāng)利用多個(gè)未同步耦合器時(shí)，平均而言，流經(jīng)總線連接器的電流可以被均等。在不存在本地電容器515的情況下,在稱(chēng)合器511處于其第二操作模式期間,I禹合器511相對(duì)于其被連接到的單元串507而言是無(wú)效的(S卩，此時(shí)耦合器511未被操作用于優(yōu)化單元501的功率生成)。因而，為了實(shí)現(xiàn)針對(duì)單元串507的連續(xù)功率優(yōu)化，至少兩個(gè)耦合器511被優(yōu)選使用以使得在任意給定時(shí)間都有至少一個(gè)耦合器511在其第一操作模式下。參考圖6A和6B，圖示了被配置用于提供對(duì)單元串507的單元501的連續(xù)功率優(yōu)化的本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例。圖6A和6B的兩個(gè)實(shí)施例的共同特征在于每個(gè)要被優(yōu)化的功率生成單元501都與至少兩個(gè)耦合器511相關(guān)聯(lián)(即并聯(lián)連接到至少兩個(gè)耦合器511)。連續(xù)功率優(yōu)化通過(guò)配置所述至少兩個(gè)耦合器511以使得在任意給定時(shí)間都有至少一個(gè)耦合器511工作在其第一(LTS)操作模式下來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在圖6A中，圖示了電能產(chǎn)生系統(tǒng)550。系統(tǒng)550包括與參考圖4A所描述的系統(tǒng)中的那些元件類(lèi)似的元件。即，系統(tǒng)550包括單元串507和功率再分配模塊510。在圖6A的不例中，系統(tǒng)550包括一個(gè)附加的功率再分配模塊510A和被配置用于同步模塊510和510A
的耦合組件502的操作的同步器模塊551。模塊510和510A與同一單元串507相關(guān)聯(lián)并且被配置為可操作用于通過(guò)以上述方式優(yōu)化各個(gè)單元所工作的功率點(diǎn)來(lái)提高來(lái)自單元串507的能量產(chǎn)生。在該示例中，每個(gè)單元501與分別對(duì)應(yīng)于不同的功率再分配模塊510和510A的兩個(gè)耦合組件502相關(guān)聯(lián)。這兩個(gè)耦合組件502通過(guò)同步器551被同步以使得它們的耦合器交替地工作于第一和第二模式，同時(shí)在任意給定時(shí)間它們的耦合器中的至少一個(gè)在其第一操作模式下。實(shí)際上，在該示例中，模塊510和510A(通過(guò)同步器551)被同步以使得與同一模塊(510或510A)相關(guān)聯(lián)的所有耦合組件502的耦合器511同時(shí)工作在相同操作模式(例如在第一(LTS)或第二(D)模式)。因此，在以下對(duì)該實(shí)施例的描述中，功率再分配模塊本身被稱(chēng)為具有相應(yīng)的第一 (LTS)和第二 (D)操作模式。兩個(gè)功率再分配模塊510和510A以互補(bǔ)的方式一起工作以連續(xù)優(yōu)化單元串507的功率生成。這是通過(guò)配置模塊操作的第一和第二模式的持續(xù)時(shí)間段Tus和Td以及模式之間的切換(過(guò)渡)時(shí)間Tk以使得IYts>Td+2Tk來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在該示例中，至少一個(gè)功率再分配模塊工作在第一模式從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單元串的連續(xù)功率優(yōu)化就足夠了。應(yīng)當(dāng)注意為了清楚起見(jiàn)，在圖6A中只呈現(xiàn)了單個(gè)單元串507和兩個(gè)(類(lèi)似的)相應(yīng)模塊510和510A。然而,一般而言,可以使用兩個(gè)以上這種功率再分配模塊510。這是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)單元串507的連續(xù)功率優(yōu)化。更具體而言，在當(dāng)前配置中為了實(shí)現(xiàn)對(duì)單元串507的連續(xù)功率優(yōu)化所需要的模塊的最小數(shù)量被確定為[(Td+2Tk)/IYts]的向上取整值，即根據(jù)相對(duì)所需要的第一和第二操作模式的持續(xù)時(shí)間以及模式之間的過(guò)渡時(shí)間。參考圖6A所描述的配置要求與同一單元501相關(guān)聯(lián)的不同功率再分配模塊的不同耦合組件之間的同步。因此，同步器551被用于同步耦合組件502，以及在優(yōu)選配置中還用于同步不同功率再分配模塊(510和510A)中的每個(gè)模塊的耦合組件502的統(tǒng)一操作。而且，對(duì)多個(gè)模塊的使用與對(duì)應(yīng)于多個(gè)模塊的多個(gè)總線連接器506相關(guān)聯(lián)。圖6B示意性地圖示了適合用于本發(fā)明的電能收集系統(tǒng)的耦合組件502的另一可能配置。該圖中所示的耦合組件502是功率再分配模塊510的一部分(類(lèi)似于圖4A中的功率再分配模塊，在圖6B中未全部顯示)，并且被連接到所述模塊的總線連接器506，附加的(優(yōu)選為類(lèi)似的)耦合組件被連接到所述模塊。參考此圖所描述的耦合組件502的配置被設(shè)計(jì)為提供對(duì)與其相關(guān)聯(lián)的單元501的連續(xù)功率優(yōu)化(100%的時(shí)間)。并且，該配置免去了以上兩個(gè)要求，即針對(duì)利用多個(gè)功率再分配模塊(多個(gè)總線連接器)和在不同模塊的耦合組件之間進(jìn)行同步的要求。根據(jù)本實(shí)施例，耦合組件502包括至少兩個(gè)耦合器511和本地同步器512A。實(shí)際上，同步器512A用于根據(jù)特定的預(yù)定同步方案/時(shí)間模式同步被連接到同步器512A的相應(yīng)耦合組件502的每個(gè)耦合器511的操作模式。在該示例中，耦合組件502包括由同步器512A控制的三個(gè)類(lèi)似的耦合器511 (I)、511(2)和511 (3)。雖然同步器512A的功能可以用各種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是為了清楚描述其功能操作，其被描述為利用同步器512B和類(lèi)似于已參考圖4B描述了的同步器512的幾個(gè)耦合器同步器(總體用512 (i)表示)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該示例中，同步器512A包括分別與三個(gè)耦合器511(1)到511(3)相關(guān)聯(lián)并被適配用于同步它們的操作模式的三個(gè)耦合器同步器512(1)到512(3)。類(lèi)似于圖4B的同步器512，也是在該示例中，每個(gè)耦合器同步器512(i)利用信號(hào)D(i)和LTS(i)來(lái)控制其相應(yīng)的耦合器511 (i)的操作模式。信號(hào)LTS(i)為ON并且信 號(hào)D(i)為OFF對(duì)應(yīng)于511 (i)的第一 LTS模式，信號(hào)LTS (i)為OFF并且信號(hào)D (i)為ON對(duì)應(yīng)于511 (i)的第二(分配)模式。同步器512B與耦合器同步器512 (I)到512(3)保持通信以同步它們的操作。優(yōu)選地，同步器512(1)到512(3)的操作被同步以使得在任意給定時(shí)間都有耦合器511 (i)中的至少一個(gè)處于其第一(LTS)模式。圖6C以圖解方式例示了通過(guò)圖6B的示例中的同步器512B實(shí)現(xiàn)的對(duì)耦合器511(1)到511(3)的操作的同步。在時(shí)間段IYTS(i)中，相應(yīng)耦合器511(i)的操作模式對(duì)應(yīng)于LTS (第一)模式，其中耦合器511 (i)與單元501均衡其功率存儲(chǔ)。因此，在這些時(shí)間段中，相應(yīng)的信號(hào)LTS (i)為ON并且信號(hào)D (i)為OFF。在時(shí)間段D (i)中，相應(yīng)耦合器511 (i)的操作模式為分配(第二)模式，其中所述相應(yīng)耦合器511(i)經(jīng)由總線連接器506與其它耦合組件502均等其功率。如上所示，在同一耦合器511 (i)的信號(hào)LTS(i)和D(i)都為ON或都為OFF的情況下，相應(yīng)耦合器511 (i)被完全斷開(kāi)連接。同步器512B操作用于同步同一耦合組件的耦合器511 (I)到511 (3)的操作。通常，如圖6C中所示，耦合器511 (I)到511(3)的操作通過(guò)以就不同耦合器511 (i)的操作而言連續(xù)的周期性方式安排LTS時(shí)間段Tlts (i) (i為1、2和3)來(lái)被同步，在所述LTS時(shí)間段中相應(yīng)的耦合器511 (i)的信號(hào)LTS (i)和D(i)分別為ON和OFF。所述安排被執(zhí)行以使得在任意操作時(shí)間都有至少一個(gè)耦合器處于其LTS模式。通常，在稱(chēng)合器的第一操作模式之間有重合，即一個(gè)稱(chēng)合器進(jìn)入LTS操作模式并且就在此時(shí)另一耦合器退出其LTS操作模式。這樣安排以使得有至少一個(gè)與連續(xù)地處于LTS模式的單兀501相關(guān)聯(lián)的稱(chēng)合器。應(yīng)當(dāng)注意在每個(gè)耦合器能夠有一半以上的時(shí)間處于其第一(LTS)操作模式的情況下，在耦合組件502中利用兩個(gè)耦合器512 (I)-512 (2)就足以為單元501連續(xù)地提供工作在其LTS模式下的耦合器。然而，考慮到耦合器的第一和第二操作模式之間的切換時(shí)間大于零，要求每個(gè)耦合組件502有至少三個(gè)耦合器511來(lái)提供在LTS模式下的連續(xù)工作。從而在任意時(shí)刻，與至少一個(gè)耦合器相關(guān)聯(lián)的每個(gè)耦合組件502被連接到總線連接器(第二操作模式)并且至少一個(gè)耦合器被連接到單元501 (第一操作模式)。因而，對(duì)(被連接到總線連接器506的)功率分配模塊510的所有耦合組件執(zhí)行圖6C所示的定時(shí)序列(同步或不同步)確保在任意時(shí)間每個(gè)耦合組件都有至少一個(gè)耦合器511 (i)被連接到總線連接器506 (即工作在其第二模式)，從而確保在功率分配模塊510的耦合組件之間恒定的功率交換。在同一耦合組件502的兩個(gè)相鄰耦合器(例如511(1)和511(2))同時(shí)工作在第二模式的重合時(shí)間段中，功率也在相鄰的耦合組件之間被傳送(例如，電壓均等)。如上所示，能量/功率再分配發(fā)生在處于它們的第二操作模式下(即被連接到總線連接器)的所有耦合器之間。不同耦合器之間的大部分能量功率傳送已經(jīng)完成的穩(wěn)定狀態(tài)(例如，在該狀態(tài)下只有可忽略的功率仍然未在不同耦合器之間被再分配)通常在特定的穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間Ts之后到達(dá)。穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間Ts通常與功率再分配模塊的某些特性相關(guān)聯(lián)，例如總線連接器506的電阻、所使用的耦合器的電容以及所涉及的電壓差。并且優(yōu)選地，在耦合器操作的每個(gè)周期，第二模式(分配)的持續(xù)時(shí)間Td與穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間Ts是一個(gè)量級(jí)的，以實(shí)現(xiàn)第二模式期間的高效功率再分配。在本系統(tǒng)的一些實(shí)施例中，類(lèi)似的耦合器被使用，例如具有相同的電特性(例如相同的電容)，相應(yīng)地在穩(wěn)定狀態(tài)下獲得了耦合器之間的功率和電壓均等。因此，在每個(gè)操作周期，在耦合器的第二操作模式期間，耦合器將電壓均等為總線連接器506的共用電壓。因而，利用三個(gè)耦合器511 (I)到511 (3)，單元501上的電壓在LTS信號(hào)的每個(gè)周期內(nèi)有三次均等為總線連接器506的共用電壓。
例如圖I所示的典型的功率生成系統(tǒng)(例如太陽(yáng)能系統(tǒng))包括可能包括大量能量生成單元的高電壓?jiǎn)卧５湫偷膯卧a(chǎn)生端到端的高DC電壓,例如400或600或者甚至1000伏的DC電壓。當(dāng)將本發(fā)明的功率再分配模塊(圖4中所示的510)用于這種高電壓?jiǎn)卧畷r(shí)，在耦合組件的工作周期中，所述高電壓被全部設(shè)置到一個(gè)或多個(gè)耦合組件的兩個(gè)開(kāi)關(guān)上(例如圖4A-4B中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)526和/或527)，即僅用一個(gè)或多個(gè)耦合組件的兩個(gè)被串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)就阻止了單元串507的短接(每次開(kāi)關(guān)的數(shù)目和特性取決于耦合組件的相應(yīng)操作模式)。這種防止短接的電路通過(guò)兩個(gè)分別在沿總線連接器的不同耦合組件中的串聯(lián)開(kāi)關(guān)被保持打開(kāi)狀態(tài)?？沙休d這種電壓的開(kāi)關(guān)相對(duì)比較慢且大?，F(xiàn)在參考示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖7A到7C，其中功率再分配模塊/系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為利用標(biāo)準(zhǔn)的100伏快速FET開(kāi)關(guān)處理具有高端對(duì)端電壓的長(zhǎng)單元串。如圖7A中所示，功率再分配模塊510包括具有多個(gè)分離的連接器的總線連接器506，每個(gè)連接器與多單元串507的一組單元(優(yōu)選為連續(xù)的被串聯(lián)連接的單元)相關(guān)聯(lián)。此外，模塊510包括兩種類(lèi)型(502A和502B)的耦合組件，其中類(lèi)型502A的耦合組件被配置為類(lèi)似于上述耦合組件502，即每個(gè)組件與單個(gè)總線連接器元件相關(guān)聯(lián)，而類(lèi)型502B的耦合組件與一個(gè)以上的總線連接器元件相關(guān)聯(lián)。每個(gè)總線連接器元件506用兩個(gè)電導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的耦合組件(502A和/或502B)被并聯(lián)連接到所述兩個(gè)電導(dǎo)體。應(yīng)當(dāng)注意采用這種配置可以免去對(duì)類(lèi)型502A的耦合組件的使用，并且功率再分配模塊中的所有耦合組件都可以是類(lèi)型502B的耦合組件。圖7B更具體地示出了類(lèi)型502B的耦合組件的配置和操作。耦合組件502B被裝配有本地同步器512和四個(gè)耦合器511。這四個(gè)耦合器511 (i)與總線連接器506的兩個(gè)總線連接器元件506L和506R相關(guān)聯(lián)以使得耦合器511 (I)和511 (2)與總線連接器元件506L相關(guān)聯(lián)，并且耦合器511 (3)和511 (4)與總線連接器元件506R相關(guān)聯(lián)。同步器512可以發(fā)出兩個(gè)輸出信號(hào)組LTS (i)和D(i)。在LTS(i)信號(hào)為ON且D⑴為OFF的時(shí)間段Tusw中，相應(yīng)的耦合器511(i)與太陽(yáng)能單元501均分其功率存儲(chǔ)。在LTS(i)信號(hào)為OFF且D(i)為ON的時(shí)間段TD(i)中，耦合器511與跟相應(yīng)的總線連接器元件相關(guān)聯(lián)的其它耦合組件均分其功率。當(dāng)LTS(i)和D(i)信號(hào)都為ON或都為OFF時(shí)，相應(yīng)的耦合器被完全斷開(kāi)連接。同步器512以周期性的方式將信號(hào)D(I)，D(2)的ON時(shí)間段和信號(hào)LTS(I)，LTS (2)的OFF時(shí)間段安排在一行里，且具有最小的轉(zhuǎn)變時(shí)間并且在它們之間沒(méi)有重合的時(shí)間段，以使得它們相互的ON時(shí)間是最大的并且超過(guò)整個(gè)時(shí)間的50% ;并且類(lèi)似地安排D(3)，D(4)的ON時(shí)間段和信號(hào)LTS (3)，LTS (4)的OFF時(shí)間段。類(lèi)似的時(shí)間序列被應(yīng)用于功率再分配模塊的所有耦合組件502B。這種安排實(shí)現(xiàn)了無(wú)論何時(shí)耦合器511被連接到任一總線連接器組件，該功率再分配模塊都將有另一耦合器在至少部分時(shí)間被連接到相同總線連接器元件的另一端，因此所述耦合器將均等它們的電壓。這種定時(shí)序列確保了以下事實(shí)單元501在任意時(shí)間都被連接到至少一個(gè)I禹合器以在高性能太陽(yáng)能單元的情況下實(shí)現(xiàn)連續(xù)的多余電流流出或者在低性能太陽(yáng)能單元的情況下實(shí)現(xiàn)缺失電流的供給；在重合時(shí)間段中，同一耦合組件的相鄰耦合器將在它們之間均等電壓；在耦合組件中的所有耦合器之間的電壓均等將在與同一耦合組件502B相關(guān)聯(lián)的總線連接器元件之間均等電壓；因此所有總線連接器506上的電壓將等于共同電壓；并且單元501上的電壓將在LTS(i)信號(hào)的每個(gè)周期內(nèi)有四次與總線連接器506的共同電壓進(jìn)行均等。這種架構(gòu)將耦合器與任何其它與同一總線連接器元件不相 關(guān)聯(lián)的耦合器斷開(kāi)連接，因此耦合組件所處理的最大電壓被限制為與相同總線連接器元件相關(guān)聯(lián)的單元的總輸出電壓。這種技術(shù)使得長(zhǎng)單元串能夠與標(biāo)準(zhǔn)FET開(kāi)關(guān)一起工作，雖然單兀串所廣生的電壓可能聞?dòng)陂_(kāi)關(guān)的最大負(fù)荷。在諸如圖I所示的典型的太陽(yáng)能系統(tǒng)中，大多數(shù)太陽(yáng)能面板/單元具有非常相似的電特性。單元之間的環(huán)境條件可能不同(例如單元的不同溫度或光照)并且影響太陽(yáng)能單元的電壓。本發(fā)明使得不管其它單元的電流如何每個(gè)太陽(yáng)能單元都能夠工作在其最佳電流上，但是同時(shí)均等與功率再分配相關(guān)聯(lián)的所有太陽(yáng)能單元上的電壓。參考圖8A，其中圖示了利用本發(fā)明的原理并被設(shè)計(jì)用于控制耦合器的能量生成器一側(cè)與實(shí)際的生成器連接之間的電壓差的能量生成系統(tǒng)570(未被完整示出)。更具體而言，在該系統(tǒng)中，在耦合器組件502中的耦合器511的本地一側(cè)與應(yīng)當(dāng)被優(yōu)化為其特定MPP電壓的相應(yīng)的太陽(yáng)能單元輸出之間產(chǎn)生了電壓差。在該示例中，類(lèi)似于上述示例，耦合器組件502與一端的總線連接器506相關(guān)聯(lián)，并且經(jīng)由本地端子525被連接到電壓控制模塊1000。電壓控制模塊1000在其另一端口處被連接到功率要被優(yōu)化的單元/面板501。電壓控制模塊1000被配置并可操作用于修改要被施加給單元501的耦合器組件502的輸出電壓。因此，電壓控制模塊1000被裝配有適當(dāng)?shù)碾妷翰竭M(jìn)器1001，該電壓步進(jìn)器被電互連在單元501和耦合組件502的本地端子525之間。電壓步進(jìn)器1001例如可以被實(shí)現(xiàn)為雙向buck DC到DC轉(zhuǎn)換器或者具有電容器和兩個(gè)開(kāi)關(guān)的占空比設(shè)備。電壓控制模塊1000被適配用于控制相應(yīng)的耦合器組件502施加給單元501的電壓的值，并且允許控制單元501的電壓不依賴(lài)于總線連接器506的電壓。這使得能夠?qū)卧牟僮鞴β庶c(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)(即，將每個(gè)單元推向其MPP)。為此，電壓控制模塊1000包括一個(gè)或多個(gè)傳感器、電壓步進(jìn)器1001以及被連接到電壓步進(jìn)器的電壓步進(jìn)器控制器1002。傳感器被適配用于提供指示以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)的數(shù)據(jù)各個(gè)單元501的操作狀態(tài)、單元串(507)的操作狀態(tài)以及環(huán)境條件。電壓步進(jìn)器控制器1002被配置并可操作用于處理傳感器輸出數(shù)據(jù)以及確定和調(diào)節(jié)要被施加給單元501的電壓。對(duì)施加給單元501的電壓的調(diào)節(jié)利用與其相關(guān)聯(lián)的電壓步進(jìn)器1001來(lái)實(shí)現(xiàn)。
電壓步進(jìn)器控制器1002可選地與參考數(shù)據(jù)庫(kù)(這里未被示出)相關(guān)聯(lián)。電流傳感器1004被用于測(cè)量流經(jīng)電壓步進(jìn)器1001的端子1012的電流。該電流是指通過(guò)相應(yīng)的耦合器組件502 “注入”單元501或從501 “提取”的電流。另一電流傳感器1005被用于測(cè)量單元串507上的電流。電壓表1010被用于測(cè)量耦合器組件502的本地端子525處的電壓，并且另一電壓表1011被用于測(cè)量單元501的電壓(即單元端子1012處的電壓)。此夕卜，諸如太陽(yáng)光照強(qiáng)度和溫度之類(lèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)利用相應(yīng)的傳感器(未被具體示出)來(lái)讀取。電壓步進(jìn)器控制器1002利用環(huán)境數(shù)據(jù)1009和來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)的參考數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算單元上的預(yù)期電壓(端子1012處的電壓)。該預(yù)期電壓被與電壓表1011在端子1012處所測(cè)得的實(shí)際電壓進(jìn)行比較以確定單元是否工作在其預(yù)期的MPP處或者需要對(duì)其工作點(diǎn)進(jìn)行校正。如果單元需要校正，則電壓步進(jìn)器控制器1002基于對(duì)傳感器1004和1005所測(cè)得的電流值和在耦合器組件502的端子1011處所測(cè)得的電壓的測(cè)量計(jì)算用于電壓步進(jìn)器1001的新的操作參數(shù)。因此，當(dāng)來(lái)自耦合器組件的輸出電壓(在本地端子525處的電壓)不變時(shí)，單元501的電壓(傳感器1011所測(cè)得的電壓)被設(shè)置為通過(guò)控制器1002計(jì)算的 其所需要的值。如果耦合器組件和耦合器是電壓倍乘類(lèi)型的(類(lèi)似于參考圖所描述的那些)，則耦合器組件502的本地端子525上的電壓可以被上下(以倍乘的方式)調(diào)節(jié)。在這種情況下，電壓步進(jìn)器1001可以是電壓降低設(shè)備，例如高效率雙向buck可編程DC到DC轉(zhuǎn)換器或簡(jiǎn)單的扼流器。此外，應(yīng)當(dāng)理解在本發(fā)明的系統(tǒng)的不同實(shí)現(xiàn)方式中，電壓步進(jìn)器1001可以被電連接到在不同位置處的系統(tǒng)的相應(yīng)組件。例如，電壓步進(jìn)器可被用于控制耦合器組件502的分配端子522處(總線一側(cè))和/或例如在本示例中的本地端子525處的電壓。此外，電壓步進(jìn)器可以被集成在耦合器組件內(nèi)，在這種情況下例如圖中所示的電壓耦合器也可以用作電壓步進(jìn)器。圖8B圖示了能量生成系統(tǒng)570的配置(在圖8A中被部分示出)。系統(tǒng)570被配置為類(lèi)似于以上參考圖4A描述的系統(tǒng)500。然而，除了系統(tǒng)500的元件以外,本示例的系統(tǒng)570被裝配有例如圖8A中所示的電壓控制設(shè)備1000。電壓控制設(shè)備1000的電壓步進(jìn)器1001被相應(yīng)地與耦合器組件502和單元501并聯(lián)地被電互連在每個(gè)單元/面板501和其相應(yīng)的耦合器組件502之間，如圖8A中所示。因此，系統(tǒng)570能夠?qū)崿F(xiàn)類(lèi)似于系統(tǒng)500的效率的單元之間的高效功率再分配。并且，利用電壓控制設(shè)備1000的功能，系統(tǒng)570能夠?qū)⒚總€(gè)單元501保持在其自己的MPP處。應(yīng)當(dāng)理解電壓控制設(shè)備1000的很多元件可以與其它這樣的電壓控制設(shè)備共用或不共用。例如，每個(gè)電壓控制設(shè)備1000可以被實(shí)現(xiàn)為包括其自己的傳感器和數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立單元。這樣的單元可以被整體實(shí)現(xiàn)為集成結(jié)構(gòu)，并且可以被設(shè)置于太陽(yáng)能面板/單元或電池單元上。或者單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以被用于共用的環(huán)境傳感器。此外，多個(gè)電壓步進(jìn)器控制器(未被具體示出)可以被實(shí)現(xiàn)為單個(gè)控制器模塊(計(jì)算單元)或者用多個(gè)單獨(dú)的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還提供了針對(duì)與用于多單元功率生成系統(tǒng)的傳統(tǒng)方法相關(guān)聯(lián)的另一問(wèn)題的解決方案。再回到圖1，其中示出了“大型”能量生成系統(tǒng)100，即包括多個(gè)單元串架構(gòu)的系統(tǒng)。當(dāng)這樣的具有多個(gè)單元串(107a和107b)的能量生成系統(tǒng)100被操作時(shí)，不同的單元串107a和107b通常具有不同的輸出電壓(例如由于不同的環(huán)境條件或不同的單元參數(shù))。由于這些單元串被并聯(lián)連接到MMPT 105和逆變器103，所以阻流二極管106被用于防止返回電流流經(jīng)較低電壓的單元串。實(shí)際上，考慮單元串107a具有(相對(duì))高輸出電壓且單元串107b具有低(較低)輸出電壓，在較高電壓的單元串(107a) —端的阻流二極管106a上施加反向偏置電壓，以使得來(lái)自單元串107a的輸出電壓被減小(降低)到單元串107b的較低電壓。因此，阻流二極管106a消耗了單元串107a所產(chǎn)生的額外功率。二極管所消耗的額外功率(被浪費(fèi)的功率)與電壓降(即單元串的輸出電壓的差異)和單元串電流的乘積相關(guān)聯(lián)。圖9A圖示了被配置有多個(gè)單元串架構(gòu)并且包括兩個(gè)單元串507a和507b的能量/功率生成系統(tǒng)580。每個(gè)單兀串分別與根據(jù)本發(fā)明的功率再分配模塊510相關(guān)聯(lián)。在該示例中，類(lèi)似于圖8A和SB的示例，功率再分配模塊510包括與單元串的單元501相關(guān)聯(lián)的電壓控制設(shè)備1000。因此，單元串507a和507b以與圖8A和8B的單元串類(lèi)似的方式進(jìn)行操作，以使得每個(gè)單元工作在其最大功率點(diǎn)附近。在本示例中，單元串(507a和507b)中的每個(gè)單元串的功率再分配模塊510a，510b被裝配有相應(yīng)的單元串端接設(shè)備(1210A，1210B)。每個(gè)單元串端接設(shè)備被配置為與其相應(yīng)的單元串串聯(lián)連接的電壓源。在該示例中，單元串端接設(shè)備被并聯(lián)連接到相應(yīng)單元串的阻流二極管1304。然而，應(yīng)當(dāng)注意一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)使用單元串端接設(shè)備時(shí)可以不再使用阻流二極管。單元串端接設(shè)備1210A，1210B被配置用于通過(guò)用作可控電壓源來(lái)補(bǔ)償(提升)它們的相應(yīng)單元串507a，507b的輸出電壓。實(shí)際上，單元串端接設(shè)備1210A將其相應(yīng)單元串507a的電壓提升至某個(gè)更高的電壓。該更高的電壓通常被確定為與所述單元串507A并聯(lián)連接的其它單元串(該示例中的507b)所產(chǎn)生的最高輸出電壓；或者該更高的電壓為所有的單元串要被調(diào)節(jié)到的預(yù)定的固定電壓。在操作期間，單元串端接設(shè)備(例如1210A)利用相應(yīng)地與單元串507a相關(guān)聯(lián)的功率再分配模塊510a作為功率源。為此，單元串端接設(shè)備1210A被并聯(lián)連接到功率再分配模塊510a的這些連接器506a。為了調(diào)節(jié)其相應(yīng)單元串的輸出電壓以匹配所述特定的所需要的高電壓(所謂的“目標(biāo)”電壓)，單元串端接設(shè)備1210A利用來(lái)自總線連接器506a的功率。目標(biāo)電壓與單元串(507A)的輸出電壓之間(即點(diǎn)Pl和P2之間)的電壓差通過(guò)單元串端接設(shè)備來(lái)補(bǔ)償。在該連接中，單元串端接設(shè)備可以根據(jù)第一操作方案進(jìn)行操作以確定電壓差的大小(例如，在其補(bǔ)償該電壓差的操作之前)并且/或者根據(jù)第二操作方案進(jìn)行操作，根據(jù)第二操作方案，在單元串端接設(shè)備的操作期間，電壓差被去除而不需要單元串端接設(shè)備獲取與該電壓差的大小相關(guān)的任何先導(dǎo)信息。根據(jù)第一操作方案，通過(guò)定義要被施加給MPPT 505 (例如要在點(diǎn)P2與P4之間施
加)的目標(biāo)電壓來(lái)確定電壓差。然而，單元串507a的輸出電壓被確定(例如通過(guò)測(cè)量點(diǎn)Pl
與P2之間的電壓)。然后作為這兩個(gè)電壓之間的差的電壓差被單元串端接設(shè)備1210A補(bǔ)m
\-ΖΧ ο然而，該(第一)操作方案需要預(yù)先確定電壓目標(biāo)值以實(shí)現(xiàn)后續(xù)對(duì)要補(bǔ)償(補(bǔ)足)的電壓差的預(yù)先確定。目標(biāo)電壓可以是預(yù)期比任意單元串能夠產(chǎn)生的任意合理電壓更高的、獨(dú)立的固定電壓值(即獨(dú)立于單元串的實(shí)際電壓值)。該固定電壓值可以被“編碼”或“硬編碼”在單元串端接 設(shè)備1210內(nèi)或者它可以通過(guò)測(cè)量來(lái)獲得。例如，高電壓值(用作目標(biāo)電壓值)可以通過(guò)外部模塊被保持在點(diǎn)P3與P4之間(例如MPPT上的電壓)。然后，該電壓可以通過(guò)每個(gè)相應(yīng)的單元串端接設(shè)備被測(cè)量以確定它們的目標(biāo)電壓。第二操作方案使得各個(gè)單元串端接設(shè)備能夠在不需要獲得目標(biāo)電壓值的情況下進(jìn)行操作，從而不需要由各個(gè)單元串端接設(shè)備來(lái)確定指示MPPT處的電壓或同批的其它單元串的電壓的數(shù)據(jù)。這是基于以下理解當(dāng)單元串507a的輸出電壓Vs(Pl與P2之間)高于來(lái)自其它單元串的所述特定輸出電壓Vmppt (P3與P4之間)時(shí)，單元串為高性能單元串并且將不得不將其多余的能量浪費(fèi)在其相應(yīng)的阻流二極管1304上。因此，阻流二極管Vd上的電壓變?yōu)樨?fù)值Vd < O (即反向偏置電壓)，使得Vs+Vd ^ Vmppt。如果單元串的輸出電壓低于來(lái)自其它單元的輸出電壓Vmppt,則情況就不同了。在這種情況下，單元串為低性能單元串并且二極管上的反向偏置電壓非常小(例如Vd>0)。因此，通過(guò)測(cè)量其相應(yīng)的單元串阻流二極管上的電壓，單元串端接設(shè)備可以確定其相應(yīng)的單元串相對(duì)于同批的其它單元串而言是低性能還是高性能的，并且相應(yīng)地操作用于提升或降低該單元串的輸出電壓。因而，根據(jù)單元串端接設(shè)備的第二操作方案，單元串端接設(shè)備與用于測(cè)量其相應(yīng)單元串的阻流二極管1304上的電壓Vd的電壓表傳感器相關(guān)聯(lián)或者被裝配有所述電壓表傳感器。只要所測(cè)得的二極管上的電壓Vd大于或等于0(或者當(dāng)其在低于零的特定閾值以上一為了防止多單元串端接設(shè)備連續(xù)“無(wú)限制的”提升電壓)，則單元串被認(rèn)為是低性能的并且單元串端接設(shè)備增大對(duì)單元串的電壓施加。當(dāng)對(duì)單元串的電壓施加被增大到超過(guò)電壓Vmppt時(shí)，二極管上的電壓就會(huì)降至零以下并且單元串變成高性能的。此時(shí)，單元串端接設(shè)備停止增大電壓，并且來(lái)自單元串和其單元串端接設(shè)備的總電壓輸出被保持在所需要的值上。被連接到相應(yīng)的功率再分配模塊510的總線連接器的單元串端接設(shè)備1210利用/提取來(lái)自高性能單元串的總線連接器506的功率來(lái)提高低性能單元串的輸出電壓。這使得低性能(較低電壓)與高性能(較高電壓)單元串之間的電壓差達(dá)到最小值。這樣，所有單元串的單元串末端(在單元串的并聯(lián)連接點(diǎn)P3，P4處)的輸出電壓被均等為最高電壓?jiǎn)卧碾妷?。因此，本發(fā)明的這一特征可被用于通過(guò)提供作為并聯(lián)連接點(diǎn)P4上的電壓的一個(gè)參考點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建等電壓?jiǎn)卧?。該參考電壓高于在一段并?lián)連接的單元串中的任意其它單元串電壓。通過(guò)均等單元串的電壓，不同單元串的阻流二極管1304上的電壓被最小化到二極管的飽和電壓。因此，由于二極管所消耗的能量通常是二極管電壓的線性函數(shù)，因此該能量也被最小化了。通常，只要參考點(diǎn)P4與單元串電壓之間的電壓差大于零，就沒(méi)有電流流經(jīng)二極管。圖9B更詳細(xì)地例示了單元串端接設(shè)備1210的配置(類(lèi)似于圖9A的單元串端接設(shè)備1210A和1210B)。一般來(lái)說(shuō)，單元串端接設(shè)備1210與其相應(yīng)單元串507的功率再分配模塊510相耦接?？删哂腥缟纤?例如圖4A-4D，6A，6B)的類(lèi)似配置功率再分配模塊510用作單元串端接設(shè)備1210的功率源并且使得單元串端接設(shè)備能夠向其相應(yīng)單元串507提供電壓。單元串端接設(shè)備1210被裝配有單元串端接控制器1307和一個(gè)或多個(gè)電壓補(bǔ)償單元1310，通常使用一個(gè)或兩個(gè)這樣的電壓補(bǔ)償單元1310。單元串端接控制器1307與一個(gè)或多個(gè)傳感器(電壓表)相關(guān)聯(lián)，所述傳感器被適配用于測(cè)量單元串的輸出電壓與參考電壓(例如圖9A的點(diǎn)P2，P4處)之間的電壓差。然后，利用來(lái)自傳感器的測(cè)量結(jié)果，單元串端接控制器1307確定單元串的輸出電壓的欠缺(即單元串電壓為了補(bǔ)償所述電壓差而應(yīng)當(dāng)被提升的特定值)。單元串端接控制器1307還與電壓補(bǔ)償單元1310通信(即被連接到電壓補(bǔ)償單元1310)。單元串端接單元被用于控制補(bǔ)償單元1310提供給單元串的電壓。每個(gè)電壓補(bǔ)償單元1310用作單元串中的電壓源并與單元串串聯(lián)電連接。此外，電壓補(bǔ)償單元1310與其相應(yīng)單元串的功率再分配模塊510的總線連接器506并聯(lián)電連接。電壓補(bǔ)償單元1310包括耦合組件502和電壓遞減步進(jìn)器(VDS) 1302?？深?lèi)似于上述耦合組件的耦合組件502通過(guò)其分配端子522被電連接到總線連接器506。此外，耦合組件502也通過(guò)端子525被連接到電壓遞減步進(jìn)器1302的輸入端。電壓遞減步進(jìn)器1302的、構(gòu)建和操作類(lèi)似于上述電壓控制器1000。電壓遞減步進(jìn)器1302又通過(guò)其輸出端子被串聯(lián)電連接到單元串507以使得來(lái)自電壓遞減步進(jìn)器1302的任意輸出電壓被疊加到單元串507的輸出電壓上，從而提升單元串507的總電壓?？蛇x地，電壓遞減步進(jìn)器1302又通過(guò)其輸出端子與為安全起見(jiàn)所使用的旁路二極管1303并聯(lián)連接。根據(jù)上述耦合組件的操作，每個(gè)耦合組件502將其本地端子525上的電壓與總線一側(cè)端子522的電壓進(jìn)行均等或相乘。因此，在沒(méi)有電壓遞減步進(jìn)器1302的情況下，即在電壓補(bǔ)償單元被配置有(經(jīng)由其本地端子525)直接被串聯(lián)連接到單元串507的耦合組件502的情況下，單元串的輸出電壓將通過(guò)被連接到單元串的每個(gè)電壓補(bǔ)償單元被提升總線電壓的值或者該電壓的任意整數(shù)倍。然而，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)單元串的電壓被提升的電壓的調(diào)節(jié)，電壓步進(jìn)器被用于電壓操縱和單元串與耦合器組件之間的互連。優(yōu)選使用電壓遞減步進(jìn)器，因?yàn)樗鼈兊哪芰啃释ǔ：芨摺４送?，在使用電壓遞減步進(jìn)器時(shí)，單元串的電壓可被提升的上限受到總線連接器的標(biāo)稱(chēng)電壓乘以單元串端接設(shè)備中所使用的電壓補(bǔ)償單元1310的數(shù)目再乘以耦合器502的倍乘因子的限制。如果在功率再分配模塊510中使用相同的電壓耦合器，總線連接器的標(biāo)稱(chēng)電壓通常大約為來(lái)自單元串的單元501的平均輸出電壓。因而，在單元串端接設(shè)備1210中包括了足夠數(shù)量的電壓補(bǔ)償單元1310的情況下，電壓遞減步進(jìn)器可以被使用以使得單元串之間的標(biāo)準(zhǔn)電壓偏差可以在不需要向上遞增電壓的情況下被補(bǔ)償。電壓遞減步進(jìn)器1302可以用能夠?qū)㈦妷簭娜我饨o定電壓減小到任意其它所需要的較低電壓的具有高能量效率的任何適當(dāng)?shù)墓O(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如高效率降壓DC到DC轉(zhuǎn)換器或扼流器。因而，電壓遞減步進(jìn)器1302根據(jù)從單元串端接控制器1307接收的命令/指令將總線連接器506上的電壓作為輸入進(jìn)行接收并將該電壓的一部分傳送給單元串507。在電壓遞減步進(jìn)器1302的輸出電壓變得高于旁路二極管1303的飽和電壓的情況下(該飽和電壓通常是-O. 4到-O. 7伏)，流經(jīng)二極管1303的電流停止并且電壓遞減步進(jìn)器1302承擔(dān)負(fù)載。因此，流經(jīng)單元串端接設(shè)備1210的電流始終等于單元串的電流。所有的電壓遞減步進(jìn)器1302提供在O與對(duì)應(yīng)于總線連接器506的標(biāo)稱(chēng)電壓的特定最大電壓之間的輸出電壓值。如上所示，在一些情況下，每個(gè)單元串的電壓要被提升到的目標(biāo)/參考輸出電壓是根據(jù)單元串中的最高輸出電壓來(lái)確定的。單元串端接控制器1307被配置用于通過(guò)測(cè)量圖9A中的點(diǎn)P2與P4之間的電壓差來(lái)確定目標(biāo)電壓。然而，在一些情況下，目標(biāo)/參考電壓被設(shè)置為電壓并聯(lián)連接點(diǎn)(圖9A的P3和P4)。在這些情況下，這些點(diǎn)之間的電壓可以由中心逆變器來(lái)控制。因此，本發(fā)明解決了利用多個(gè)能量發(fā)生器的能量產(chǎn)生系統(tǒng)中自然存在的問(wèn)題。要解決的問(wèn)題與發(fā)生器可能具有不同特性這一事實(shí)相關(guān)聯(lián)。本領(lǐng)域的技術(shù) 人員將很容易理解在不脫離權(quán)利要求所定義的范圍的情況下，各種修改和改變都可以被應(yīng)用于這里之前所描述的本發(fā)明的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于從分別具有各自的電流-電壓特性的多個(gè)被電連接的能量發(fā)生器進(jìn)行能量收集的電子系統(tǒng)，所述電子系統(tǒng)包括被電連接到所述多個(gè)被電連接的能量發(fā)生器的功率再分配單元，所述功率再分配單元包括總線連接器和至少兩個(gè)可電連接到所述總線連接器的電耦合組件，所述電耦合組件中的每個(gè)電耦合組件與所述能量發(fā)生器中的一個(gè)或多個(gè)能量發(fā)生器相關(guān)聯(lián)，并且被配置為可控地操 作用于提供所述總線連接器與所述至少兩個(gè)能量發(fā)生器之間的選擇性電耦合，從而實(shí)現(xiàn)所述至少兩個(gè)能量發(fā)生器之間的功率再分配并由此優(yōu)化能量收集。
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述電耦合組件包括至少兩個(gè)耦合器，所述耦合器包括 存儲(chǔ)電能的能量存儲(chǔ)單元，所述能量存儲(chǔ)單元被配置為與相應(yīng)的能量發(fā)生器電連接；以及 可相繼工作在第一和第二操作模式下的開(kāi)關(guān)組件，所述開(kāi)關(guān)組件在第一操作模式下提供相應(yīng)的能量存儲(chǔ)單元與所述相應(yīng)的能量發(fā)生器之間的電連接，并且在第二操作模式下提供所述能量存儲(chǔ)單元與所述總線連接器之間的電連接從而實(shí)現(xiàn)所述至少兩個(gè)能量發(fā)生器之間的功率再分配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述電功率再分配單元被配置為經(jīng)由所述總線連接器提供所述存儲(chǔ)單元中的至少一些存儲(chǔ)單元之間的并聯(lián)連接，從而實(shí)現(xiàn)在被電連接到總線的所述存儲(chǔ)單元之間的功率再分配。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述電耦合組件可根據(jù)預(yù)定的時(shí)間模式進(jìn)行操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述時(shí)間模式被選擇以使得在所述系統(tǒng)操作期間始終有至少一個(gè)耦合組件與所述能量生成器中的相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)能量生成器電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)，其中所述時(shí)間模式被選擇以使得在所述系統(tǒng)操作期間始終有至少一個(gè)耦合組件與所述總線連接器電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2到6中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)單元包括至少一個(gè)電荷存儲(chǔ)設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求2到7中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述開(kāi)關(guān)組件被配置并且可根據(jù)所述預(yù)定的時(shí)間模式操作用于提供所述相應(yīng)的存儲(chǔ)單元與所述相應(yīng)的能量發(fā)生器或與所述總線連接器之間的排他并聯(lián)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2到8中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述電耦合組件被配置以使得所述耦合器中的至少兩個(gè)耦合器與所述能量生成器中的共同的一個(gè)能量發(fā)生器相關(guān)聯(lián)，以使得在所述系統(tǒng)操作期間，所述至少兩個(gè)耦合器中的至少一個(gè)處在與所述開(kāi)關(guān)組件的第一操作模式相對(duì)應(yīng)的操作條件下。
10.根據(jù)權(quán)利要求2到8中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述電耦合組件被配置以使得所述耦合器中的至少兩個(gè)耦合器與所述能量生成器中的共同的一個(gè)能量發(fā)生器相關(guān)聯(lián)，以使得在所述系統(tǒng)操作期間，所述至少兩個(gè)耦合器中的至少一個(gè)處在與所述開(kāi)關(guān)組件的第二操作模式相對(duì)應(yīng)的操作條件下。
11.根據(jù)權(quán)利要求2到10中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，包括管理器應(yīng)用組件，該應(yīng)用組件被預(yù)先編程了所述預(yù)定的時(shí)間模式并被配置為可操作用于同步所述開(kāi)關(guān)組件在所述第一和第二模式下的相繼操作。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述管理器應(yīng)用組件包括多個(gè)同步器，每個(gè)同步器被連接到與所述相應(yīng)的能量發(fā)生器相關(guān)聯(lián)的耦合器中的一個(gè)或多個(gè)耦合器。
13.根據(jù)權(quán)利要求2到12中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述功率存儲(chǔ)單元包括至少兩個(gè)電荷存儲(chǔ)設(shè)備，并且所述開(kāi)關(guān)組件被配置為選擇性地實(shí)現(xiàn)所述至少兩個(gè)電荷存儲(chǔ)設(shè)備之間的并聯(lián)或串聯(lián)連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述功率存儲(chǔ)單元上的電勢(shì)的控制。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述功率再分配單元被配置為可操作用于提供如下條件每個(gè)能量發(fā)生器與其存儲(chǔ)單元的預(yù)定電參數(shù)達(dá)到所有所述至少兩個(gè)能量發(fā)生器的所述參數(shù)的平均值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述電參數(shù)是電功率、電流和電壓中的至少一 個(gè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述電參數(shù)是電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述功率存儲(chǔ)單元包括至少兩個(gè)電容，并且可選擇性地在與所述至少兩個(gè)電容之間的不同電連接相對(duì)應(yīng)的不同電條件之間切換，導(dǎo)致所述功率存儲(chǔ)單元的不同有效電容，從而實(shí)現(xiàn)所述功率存儲(chǔ)單元的輸出電壓的變化，并允許在 所述能量發(fā)生器之間再分配電流。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述功率存儲(chǔ)單元包括附加的開(kāi)關(guān)組件，該附加的開(kāi)關(guān)組件被配置為可操作用于實(shí)現(xiàn)所述功率存儲(chǔ)單元在用不同電容分別表征的其不同的電條件之間的所述選擇性切換。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，包括至少一個(gè)端接設(shè)備，該端接設(shè)備與被串聯(lián)連接的能量發(fā)生器的相應(yīng)陣列相關(guān)聯(lián)，并被連接到所述功率再分配單元的所述總線連接器，所述端接設(shè)備被配置為可操作用于利用來(lái)自所述總線連接器的功率來(lái)可控地提升所述能量發(fā)生器的陣列的輸出電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，包括相應(yīng)地與所述至少一個(gè)端接設(shè)備相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)端接控制器，所述端接控制器被配置為可操作用于確定所述能量發(fā)生器的陣列的輸出電壓要被提升到的目標(biāo)電壓。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的系統(tǒng)，其中所述端接設(shè)備包括被連接到所述總線連接器并且可操作用于從所述總線連接器獲取功率的至少一個(gè)耦合組件，以及與所述耦合組件并聯(lián)連接并且與所述能量發(fā)生器陣列串聯(lián)連接的至少一個(gè)電壓遞減步進(jìn)器。
22.一種能量發(fā)生系統(tǒng)，包括 分別具有各自的電流-電壓特性的被電連接的能量發(fā)生器的陣列； 用于從所述被電連接的能量發(fā)生器的陣列收集能量的能量收集系統(tǒng)，所述能量收集系統(tǒng)包括 相應(yīng)地與所述能量發(fā)生器的陣列電連接以用于存儲(chǔ)所述能量發(fā)生器所生成的電功率的存儲(chǔ)單元的陣列； 可連接到所述功率存儲(chǔ)單元的陣列的總線連接器；以及 開(kāi)關(guān)組件的陣列，每個(gè)開(kāi)關(guān)組件可控地相繼操作于第一操作模式和第二操作模式，以使得所述開(kāi)關(guān)組件在所述第一操作模式時(shí)提供所述功率存儲(chǔ)單元中的相應(yīng)的一個(gè)功率存儲(chǔ)單元與相應(yīng)的能量發(fā)生器的電連接，并且在所述第二操作模式時(shí)提供所述電功率存儲(chǔ)單元和所述總線連接器之間的連接，從而實(shí)現(xiàn)所述能量發(fā)生器之間的功率再分配。
23.一種電耦合組件，用于從多個(gè)被電連接的能量發(fā)生器進(jìn)行能量收集，每個(gè)能量發(fā)生器具有各自的電流-電壓特性，所述電耦合組件包括分別與所述多個(gè)能量發(fā)生器相關(guān)聯(lián)的多個(gè)耦合器，每個(gè)耦合器包括功率存儲(chǔ)單元，用于與所述相應(yīng)的能量發(fā)生器電連接并用來(lái)存儲(chǔ)所述能量發(fā)生器所生成的電功率；以及可相繼工作于第一和第二操作模式下的開(kāi)關(guān)組件，所述開(kāi)關(guān)組件在所述第一操作模式下提供所述功率存儲(chǔ)單元中的相應(yīng)的一個(gè)功率存儲(chǔ)單元與對(duì)應(yīng)的能量發(fā)生器的電連接，并且在所述第二操作模式下提供所述功率存儲(chǔ)單元與外部的所有能量發(fā)生器共用的總線連接器之間的連接，所述耦合器組件因而實(shí)現(xiàn)在能量發(fā)生器之間的功率再分配。
24.一種用于優(yōu)化從被串聯(lián)電連接的多個(gè)能量發(fā)生器進(jìn)行能量收集的方法，所述能量發(fā)生器具有定義了高性能和低性能能量發(fā)生器的不同的IV特性，所述方法包括根據(jù)預(yù)定的時(shí)間模式操縱所有所述能量發(fā)生器與共用總線連接器的并聯(lián)電連接，從而通過(guò)在能量發(fā)生器之間均分能量而導(dǎo)致能量從高性能能量發(fā)生器到低性能能量發(fā)生器的傳送來(lái)實(shí)現(xiàn)在所述能量發(fā)生器之間的能量再分配。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于優(yōu)化從多個(gè)能量發(fā)生器進(jìn)行能量收集的系統(tǒng)和方法，所述多個(gè)能量發(fā)生器具有不同的IV特性且由此定義了高性能和低性能能量發(fā)生器。能量收集的優(yōu)化是通過(guò)提供被電連接到多個(gè)電連接的能量發(fā)生器的功率再分配單元來(lái)實(shí)現(xiàn)的。功率再分配單元包括總線連接器和至少兩個(gè)可電連接到總線連接器的電耦合組件。每個(gè)電耦合組件與一個(gè)或多個(gè)能量發(fā)生器相關(guān)聯(lián)，并且被配置為可控地操作用于根據(jù)預(yù)定的時(shí)間模式提供總線連接器與所述至少兩個(gè)能量發(fā)生器之間的選擇性電耦合，以使得在系統(tǒng)工作期間始終有至少一個(gè)耦合組件與相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)能量發(fā)生器保持電連接，從而實(shí)現(xiàn)所述至少兩個(gè)能量發(fā)生器之間的功率再分配并優(yōu)化能量收集。
文檔編號(hào)H01L31/042GK102741771SQ201080049709
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
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