具有簡化連接的可再生能源單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電子設備(10)，其包括連接到逆變器系統(tǒng)(100)的能量模塊(19)，所述能量模塊包括串聯(lián)連接的用于從可再生能源發(fā)電的多個裝置(18)，用于從可再生能源發(fā)電的所述裝置(18)被組合成組(22)，所述電子設備的特征在于逆變器系統(tǒng)包括多個控制電路(40)，每個控制電路連接到用于從可再生能源發(fā)電的一組裝置(18)，使得用于從可再生能源發(fā)電的裝置的每組(22)能夠被單獨地控制。
【專利說明】具有簡化連接的可再生能源單元

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子設備，其包括連接到轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的電源模塊，其中所述電源模塊包括串聯(lián)連接的用于從可再生能源發(fā)電的多個元件，并且用于從可再生能源發(fā)電的所述元件被組裝成組。

【背景技術】
[0002]安裝到民居或公共和商業(yè)建筑中的太陽能系統(tǒng)是已知的。這些太陽能系統(tǒng)一般由圖1中所示的多個太陽能單元I組成，其中每個單元包括連接到轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)11的太陽能面板2。所有轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)連接到分配器系統(tǒng)，分配器系統(tǒng)負責將所產(chǎn)生的電輸送到公共電網(wǎng)或民居或公共或商業(yè)建筑的電網(wǎng)。該分配器允許由太陽能面板產(chǎn)生的電被銷售或被用于減少對公共電網(wǎng)的依賴。
[0003]每個太陽能面板包括多個光伏電池3，每個光伏電池包括正端子和負端子。這些光伏電池串聯(lián)連接，因此每個太陽能面板包括第一個電池和最后一個電池。這些光伏電池以相同數(shù)量的光伏電池的組4的形式組裝。例如，包括十二個光伏電池的太陽能面板包括三組的四個光伏電池。一般來說，光伏電池以行和列排列，并且每行光伏電池形成一組。
[0004]每個太陽能面板還包括串聯(lián)連接的多個保護二極管5，其中每個保護二極管并聯(lián)連接到組4中的一個。因此可以理解，該組的第一個光伏電池的負端子連接到二極管的陽極，并且該組的最后一個光伏電池的正端子連接到二極管的陰極。該布置允許通過防止一組光伏電池的電流傳遞到另一組光伏電池來保護光伏電池。
[0005]第一個光伏電池的正端子和最后一個光伏電池的負端子連接到轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)11。轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)11包括調(diào)節(jié)器單元6，調(diào)節(jié)器單元6包括多個調(diào)節(jié)器電路7，并聯(lián)布置并調(diào)制控制該多個調(diào)節(jié)器電路7使得單個調(diào)節(jié)器電路7在給定時刻激活。將由調(diào)節(jié)器電路提供的信號發(fā)送到DC/AC轉(zhuǎn)換器8，DC/AC轉(zhuǎn)換器8負責在輸出Sout處將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電流。
[0006]該系統(tǒng)的缺點來自于保護二極管(也稱為旁路二極管)的使用。事實上，這些二極管是消耗功率的部件并導致太陽能系統(tǒng)效率的降低。如果期望該能量源應當最終能夠代替當前的化石燃料，則效率是當前非常重要的特征。
[0007]這些二極管還具有需要注意的易碎和昂貴的缺點。因此，可以理解這些二極管必須由手工焊接，因為自動化過程的使用將會遭受重大破損的風險并因此導致同等重大的代價。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是通過提供一種具有電源模塊的電子設備來取消這些缺點，所述電子設備更易于配置、成本更低并且其與改進的效率相結合保證電源模塊的保護。
[0009]為此，本發(fā)明涉及一種電子設備，其包括連接到轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的電源模塊，其中所述電源模塊包括串聯(lián)連接的用于從可再生能源發(fā)電的多個元件，并且用于從可再生能源發(fā)電的所述元件被組裝成組，所述電子設備的特征在于轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括多個調(diào)節(jié)器電路，其中每個調(diào)節(jié)器電路連接到用于從可再生能源發(fā)電的一組元件使得用于從可再生能源發(fā)電的每組元件能夠被單獨地控制。
[0010]在第一有利實施例中，轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)額外包括用于通過脈沖寬度調(diào)制控制調(diào)節(jié)器電路的微控制器。
[0011]在第二有利實施例中，調(diào)節(jié)器電路實現(xiàn)用于從可再生能源發(fā)電的元件的最大功率點的跟蹤。
[0012]在第三有利實施例中，每組包括用于從可再生能源發(fā)電的相同數(shù)量的元件。
[0013]在另一有利實施例中，用于從可再生能源發(fā)電的元件是光伏電池。
[0014]在另一有利實施例中，用于從可再生能源發(fā)電的元件是風力渦輪機。
[0015]在另一有利實施例中，用于從可再生能源發(fā)電的元件是水力發(fā)電渦輪機。
[0016]該設備的優(yōu)點在于每組光伏電池被獨立地控制。因此，這允許每組被單獨地調(diào)節(jié)。
[0017]此外，該配置允許簡化太陽能面板的連接，因為這些太陽能面板不再包括集成二極管。事實上，因為每個調(diào)節(jié)器電路直接連接到一組光伏電池的端子，所以電流不能從一組傳遞到另一組。因此，不需要阻擋電流并防止其從一組傳遞到另一組的保護二極管。因此，生產(chǎn)成本被降低并且生產(chǎn)過程被簡化，因為太陽能面板不再包括除了太陽能電池之外的任何部件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]從根據(jù)本發(fā)明的電子設備的示例性實施例的如下詳細描述中，本發(fā)明的目的、優(yōu)點和特征將變得更清楚，其中該實施例與附圖相結合僅出于非限制性、說明性目的給出，在附圖中:
[0019]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的電源單元；
[0020]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的電源單元；
[0021]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)器電路；并且
[0022]圖4到6是根據(jù)本發(fā)明的電源單元的每個調(diào)節(jié)器的電路圖；
[0023]圖7A、7B和7C示出了根據(jù)本發(fā)明的電源單元的不同工作階段。

【具體實施方式】
[0024]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的諸如電源單元10的電子設備。該電源單元10包括連接到轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)100的電源模塊19。該電源模塊19包括用于發(fā)電的多個元件18，諸如例如用于從可再生能源發(fā)電的元件。例如，電源模塊19是太陽能模塊20或太陽能面板。太陽能面板20包括多個光伏電池21。每個光伏電池21包括正端子和負端子。光伏電池21串聯(lián)連接。應理解，電源單元10的太陽能模塊20當然能夠由包括風力渦輪機或串聯(lián)連接的小型風力渦輪機的風力渦輪機模塊或包括水力發(fā)電渦輪機或串聯(lián)連接的小型水力發(fā)電渦輪機的水力發(fā)電渦輪機模塊代替。此外，電源單元10的太陽能模塊20能夠由包括串聯(lián)連接的電化學電池的電化學模塊代替。
[0025]這些光伏電池21被組裝成組22使得每組22由至少一個光伏電池21或優(yōu)選地由多個相鄰的光伏電池21形成。因此，光伏電池的每個組22包括正端子和負端子。應理解，該組的第一個光伏電池21的正端子是該組的正端子，并且該組的最后一個光伏電池21的負端子是該組的負端子。光伏電池的組22優(yōu)選地能夠包括相同或不同數(shù)量的光伏電池21。
[0026]轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)100包括并聯(lián)連接的多個調(diào)節(jié)器電路40。圖3中所示的每個調(diào)節(jié)器電路40包括與切換元件Cl串聯(lián)的變壓器Tl。每個調(diào)節(jié)器電路40額外地包括與切換元件Cl串聯(lián)布置的電流測量元件II。變壓器Tl、切換元件Cl和電流測量元件Il與光伏電池
21并聯(lián)布置。每個調(diào)節(jié)器電路40還包括整流器R1，整流器Rl連接到變壓器Tl的輸出以提供中間電壓。因此，可以理解每個調(diào)節(jié)器電路40具有其自己的整流器R1。
[0027]每個調(diào)節(jié)器電路40優(yōu)選為MPPT (最大功率點跟蹤)調(diào)節(jié)器，即，允許非線性發(fā)電機的最大功率點的跟蹤的調(diào)節(jié)器電路。事實上，光伏發(fā)生器為在其中基于電壓的電流的特性是高度非線性的發(fā)生器。因此，對于相同照度，遞送的功率將根據(jù)負載而不同。因此，MPPT發(fā)生器電路40使得連接負載(例如，電池)和光伏面板(即，太陽能模塊20)的靜態(tài)逆變器能夠被控制以便持續(xù)地將最大功率提供給負載。
[0028]電源單元10額外地包括微控制器80，微控制器80借助于時移控制來控制調(diào)節(jié)器電路40。換言之，調(diào)節(jié)器電路40由脈沖寬度調(diào)制控制并在確定的時間窗口中被連續(xù)地切換。為了達到這個目的，微控制器80將信號發(fā)送到每個調(diào)節(jié)器電路40的切換元件Cl。
[0029]有利的是，根據(jù)本發(fā)明，光伏電池21的每組22通過其正端子和負端子直接連接到調(diào)節(jié)器電路40，使得光伏電池21的組相互并聯(lián)布置。該布置使得不同組22能夠變得獨立。此外，組22相互的這種獨立允許每組22光伏電池21被保護。事實上，通過具有相互獨立的光伏電池22的組，即，每組被連接到調(diào)節(jié)器電路，能夠防止電流從一組傳播到另一組。實際上，在光伏電池21上發(fā)生問題的情況下，電流異常出現(xiàn)并且調(diào)節(jié)器電路40將傾向于試圖最小化該異常。之后，該異常將傾向于傳播到其他電池21。相反，在光伏電池21的組22相互獨立的情況下，電流異常將傳播到光伏電池組的其他電池21，但不能進入光伏電池的其它組。
[0030]因此，光伏電池21的每組22被單獨地控制并且同樣單獨地針對每組22實現(xiàn)最優(yōu)化。事實上，因為每組22具有其自己的調(diào)節(jié)器電路40，所以每個調(diào)節(jié)器獨立地動作。因此，如果一組的光伏電池21中的一個效率下降，則該組的調(diào)節(jié)器電路40將對其校正。
[0031]此外，光伏電池21的組22的這種單獨控制意味著對于電源模塊19的更少的影響。實際上，利用這種類型的安裝，實施由調(diào)節(jié)器電路40的控制使得所有光伏電池21由相同電流提供。圖7A示出了在包括多個光伏電池21的多個太陽能模塊20上沒有遮蔽的情況，顯而易見的是每個模塊20遞送功率P。
[0032]因此，如果光伏電池21不在組中，則由于遮蔽導致的光伏電池21的電流的減小造成所有光伏電池21中的電流的減小，如在圖7B中顯而易見的。
[0033]利用本發(fā)明的配置，在所述配置中光伏電池21被組裝成光伏電池的組22，每組由調(diào)節(jié)器控制，在光伏電池的組22的光伏電池21的級別上遮蔽的存在將僅影響所述組22而不影響其它組。因此，光伏電池的其它組22繼續(xù)以其最大容量作用，如在圖7C中顯而易見的。
[0034]如圖4到6所示的脈沖寬度調(diào)制控制用于這些調(diào)節(jié)器電路40的控制。該控制包括作用于每個調(diào)節(jié)器電路40MPPT1、MPPT2和MPPT3的切換元件Cl，使得這些調(diào)節(jié)器電路40更具傳導性或不具傳導性。該控制被發(fā)送到調(diào)節(jié)器電路40，使得單個調(diào)節(jié)器電路40在給定時刻具有傳導性。
[0035]為此，可以想到，調(diào)節(jié)器電路40的控制是相移的。事實上，通過相移調(diào)節(jié)器電路40的控制信號，能夠基于來自電源單元10的所需功率輸出調(diào)整電源單元10的工作。因此，在低功率的情況下，配置信號移位控制使得在每個時間周期中激活調(diào)節(jié)器電路。這意味著每個調(diào)節(jié)器電路40每三個周期被激活一次，如從圖4中顯而易見的。
[0036]對于更高的所需功率比，能夠提供的是，調(diào)節(jié)器電路40在相同周期中被激活但不相移，如在圖5和6中顯而易見的。該配置允許調(diào)節(jié)器電路40被切換從而允許通過更多電流并因此更高功率。因此，這意味著在每個周期中激活所有調(diào)節(jié)器電路，使得在給定時刻激活單個調(diào)節(jié)器電路40，如在圖5中顯而易見的。
[0037]在圖2中所示的具有3組具有所需高功率的光伏電池的情況中，移位是三分之一周期(即，T/3)使得在時刻t = O第一調(diào)節(jié)器電路40MPPT1以從O到T/3的范圍的脈沖寬度激活。在t = T/3第二調(diào)節(jié)器電路40MPPT2以從T/3到4T/3的范圍的脈沖寬度激活。在t = 2T/3第三調(diào)節(jié)器電路40MPPT3以從2T/3到5T/3的范圍的脈沖寬度激活，如在圖6中顯而易見的。各激活重疊。
[0038]控制調(diào)節(jié)器電路40MPPT1、MPPT2和MPPT3的這種方式使得工作頻率實際上增大。事實上，代替每個周期調(diào)節(jié)器電路40MPPT1、MPPT2和MPPT3的一次激活，每個周期有三次激活，如在圖5中顯而易見的。更具體地，諸如旁路電容器的部件見證調(diào)節(jié)器電路40的激活頻率的增大。
[0039]電容器具有取決于頻率的阻抗。因此，如果頻率增大，能夠在保持相同阻抗的同時減小電容器的值。此外，因為電容器的尺寸和成本與其法拉值有關聯(lián)，其法拉值的減小導致在沒有減小其效率的情況下旁路電容器的尺寸和價格的減小。
[0040]由調(diào)節(jié)器電路提供的信號被發(fā)送到DC/AC轉(zhuǎn)換器級50，即，將由調(diào)節(jié)器電路40MPPT提供的直流電壓轉(zhuǎn)換成與網(wǎng)絡兼容的交流電流的級。在該DC/AC轉(zhuǎn)換器級50的輸出Sout處提供的電壓例如是110到230VAC的交流電壓和50到60Hz的頻率。
[0041]應理解，對本領域的技術人員顯而易見的是，在不脫離如所附權利要求所限定的本發(fā)明的框架的情況下，各種修改和/或改進和/或組合能夠被應用到以上概述的本發(fā)明的不同實施例。
【權利要求】
1.電子設備(10)，包括連接到轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)(100)的電源模塊(19)，其中所述電源模塊包括串聯(lián)連接的用于從可再生能源發(fā)電的多個元件(18)，并且用于從可再生能源發(fā)電的所述元件(18)被組裝成組(22)，所述電子設備的特征在于轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括多個調(diào)節(jié)器電路(40)，每個調(diào)節(jié)器電路連接到用于從可再生能源發(fā)電的一組元件(18)，使得用于從可再生能源發(fā)電的元件的每組(22)能夠被單獨地控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的電子設備，其特征在于轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)(100)額外包括用于通過脈沖寬度調(diào)制控制調(diào)節(jié)器電路(40)的微控制器(80)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電子設備，其特征在于調(diào)節(jié)器電路(40)實現(xiàn)用于從可再生能源發(fā)電的元件(18)的最大功率點的跟蹤。
4.根據(jù)前述權利要求之一所述的電子設備，其特征在于每組(22)包括用于從可再生能源發(fā)電的相同數(shù)量的元件(18)。
5.根據(jù)前述權利要求之一所述的電子設備，其特征在于用于從可再生能源發(fā)電的元件(18)是光伏電池(21)。
6.根據(jù)前述權利要求之一所述的電子設備，其特征在于用于從可再生能源發(fā)電的元件(18)是風力渦輪機。
7.根據(jù)前述權利要求之一所述的電子設備，其特征在于用于從可再生能源發(fā)電的元件(18)是水力發(fā)電渦輪機。
【文檔編號】H02J3/38GK104170202SQ201380014365
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月13日 優(yōu)先權日:2012年3月14日
【發(fā)明者】G·弗朗塞斯庫托, A·托特, A·克洛塞 申請人:巴萊諾斯清潔能源控股公司