光伏旁路和輸出開關(guān)的制作方法
【專利摘要】一種光伏（PV）板開關(guān)裝置，包括第一開關(guān)和第二開關(guān)，其中在一些實(shí)施方式中該第一開關(guān)和第二開關(guān)在DC轉(zhuǎn)換器中。該第一開關(guān)被耦合在電力系統(tǒng)和PV板的電路路徑的第一端之間，并且第二開關(guān)被耦合在（i）在所述第一開關(guān)和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)與（ii）在所述電路路徑的第二端和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)之間。當(dāng)PV板的電路路徑將不被旁路時(shí)針對(duì)PV板的輸出的DC轉(zhuǎn)換來控制開關(guān)，并且根據(jù)對(duì)PV板的電路路徑將被旁路的確定，將電路路徑的第一端從電力系統(tǒng)斷開以及閉合將電路路徑旁路的旁路電路路徑。
【專利說明】光伏旁路和輸出開關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及光伏(PV)板，并且尤其涉及改善其對(duì)遮蔽或?qū)p少的日照的容差。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于電網(wǎng)來說光伏(PV)太陽能板是重要的電源。具有幾萬PV板的龐大的兆瓦特PV設(shè)施變得越來越普遍。PV板陣列典型地被組織在板“列(string)”內(nèi)，其中每個(gè)列由10至20個(gè)串聯(lián)連接的PV板構(gòu)成。在直流(DC) PV板系統(tǒng)中，PV板列的輸出可以連接至將PV板的DC電力轉(zhuǎn)換成適合于電網(wǎng)的AC電力的中央逆變器。逆變器輸出的典型PV板列電壓的范圍從500V至1000V。
[0003]典型的PV板被組織為串聯(lián)連接的單獨(dú)的PV電池(cell)。普通的配置是每個(gè)板72個(gè)PV電池。典型的在照射下的PV電池工作電壓大約是0.7V。因此被照射的72個(gè)PV電池板將具有大約50伏特DC的輸出電壓。
[0004]眾所周知的串聯(lián)連接PV板和PV電池的問題是由單獨(dú)PV電池產(chǎn)生的不平均光電流。造成不平均光電流的原因可以是以下一個(gè)或多個(gè):在PV板中的特別PV電池或PV電池組的遮蔽，在多板系統(tǒng)中的整個(gè)PV板的遮蔽，PV板的一部分或在多板系統(tǒng)中的整個(gè)PV板的污蝕，PV板相對(duì)于照明源的方向的不同，以及PV電池/板的制造的不同。由于在PV板中的所有PV電池是串聯(lián)連接的，因此PV板的電流輸出被具有最低光電流的PV電池限制。在PV電池被嚴(yán)重遮蔽的情況中，其他未被遮蔽的PV電池在該被遮蔽的PV電池上生成大的逆向偏壓，迫使電流通過該被遮蔽的PV電池。這種逆向偏壓會(huì)變得足夠大以導(dǎo)致PV電池的災(zāi)難性的故障并且造成永久的損壞。
[0005]這種問題的通常解決方法是增加與PV電池組并聯(lián)的反并聯(lián)旁路二極管。對(duì)于72個(gè)PV電池板的普通裝置是具有三個(gè)各自有24個(gè)電池的“子列(sub-string)”,每個(gè)子列具有一個(gè)旁路二極管。旁路二極管預(yù)防了高逆向偏壓的形成。旁路二極管通常是逆向偏壓的。然而，當(dāng)子列中的PV電池的一部分變得足夠被遮蔽時(shí)，例如，旁路二極管將變得正向偏壓并且導(dǎo)通其余的未被遮蔽的子列的光電流，防止對(duì)遮蔽的PV電池或部分地被遮蔽的子列的損壞。
[0006]旁路二極管具有一些缺點(diǎn)。例如，它們易于故障。如果故障是開路故障，則偏壓二極管的PV電池的子列不再受到保護(hù)并且PV板將受到災(zāi)難性的故障。如果偏壓二極管故障是短路故障，則故障的二極管連接的PV電池子列將不會(huì)產(chǎn)生有用的電力。偏壓二極管的另一個(gè)缺點(diǎn)是其電力浪費(fèi)。由于每當(dāng)偏壓二極管變得正向偏壓時(shí)消耗電力而降低了 PV板的效率。偏壓二極管具有大約0.7V的正向偏壓。在典型PV板電流是8A時(shí)，每個(gè)正向偏壓的二極管浪費(fèi)5.6W。如果包括三個(gè)PV電池子列和三個(gè)偏壓二極管的PV板被嚴(yán)重地遮蔽并且其三個(gè)偏壓二極管變?yōu)檎蚱珘?，則被完全旁路的PV板將實(shí)際會(huì)表現(xiàn)為消耗16.8W的負(fù)載。當(dāng)一個(gè)或兩個(gè)PV電池子列被旁路，正向偏壓；旁路二極管會(huì)分別減少這種示例的PV板的5.6W和11.2W的電力輸出。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]—種PV板旁路開關(guān)裝置(arrangement)包括:第一開關(guān),該第一開關(guān)被稱合在電力系統(tǒng)和PV板的電路路徑的第一端之間，其中所述PV板的多個(gè)PV電池被連接，所述第一開關(guān)可控地將所述PV板的電路路徑的第一端連接至所述電力系統(tǒng)并且將所述PV板的電路路徑的第一端從所述電力系統(tǒng)斷開；第二開關(guān)，該第二開關(guān)被耦合在(i)在所述第一開關(guān)和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)與(ii)在所述PV板的電路路徑的第二端和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)之間，所述第二開關(guān)可控地?cái)嚅_和閉合將所述PV板電路路徑旁路的旁路電路路徑；控制器，該控制器可操作地耦合至所述第一開關(guān)以及所述第二開關(guān)，以確定所述PV板的電路路徑是否將被旁路，并且根據(jù)該確定控制所述第一和第二開關(guān)。
[0008]在一種實(shí)施方式中，所述第一開關(guān)和第二開關(guān)包括DC轉(zhuǎn)換器，并且所述控制器還被配置為根據(jù)確定所述PV板的電路路徑將不被旁路來為所述PV板的輸出的DC轉(zhuǎn)換控制所述第一和第二開關(guān)。
[0009]在一種實(shí)施方式中，開關(guān)裝置還包括電壓傳感器，該電壓傳感器被耦合來測(cè)量所述PV板的電路路徑中的PV電池兩端的電壓差，并且所述控制器被耦合至所述電壓傳感器來根據(jù)由所述電壓傳感器測(cè)得的電壓差確定所述PV板的電路路徑是否將被旁路。
[0010]開關(guān)裝置可以包括電壓傳感器，該電壓傳感器被可開關(guān)地耦合在PV板的電路路徑中的各自的電壓測(cè)量點(diǎn)對(duì)之間，其中多個(gè)所述PV電池中的各自子列被連接在各自的測(cè)量點(diǎn)對(duì)之間，用于測(cè)量在各自的電壓測(cè)量點(diǎn)之間的各自的電壓差。而所述控制器可以被耦合至所述電壓傳感器來根據(jù)由所述電壓傳感器測(cè)得的電壓差確定所述PV板的電路路徑是否將被芳路。
[0011 ] 開關(guān)裝置還可以包括:各自的PV電池子列開關(guān)，該各自的PV電池子列開關(guān)被耦合在多個(gè)PV電池中的各自的PV電池子列。所述控制器則可操作地耦合至所述PV電池子列開關(guān)，以確定PV板的電路路徑中的每個(gè)各自的PV電池子列是否將被旁路，并且根據(jù)對(duì)PV板的電路路徑中的每個(gè)PV電池子列是否將被旁路的確定來控制所述PV電池子列開關(guān)。
[0012]在一種實(shí)施方式中，開關(guān)裝置包括在所述控制器和所述PV板之間的電連接，用于從所述PV板向所述控制器提供電力，并且所述電連接包括穩(wěn)壓電路。所述穩(wěn)壓電路可以包括:二極管，該二極管的陽極被耦合至所述PV板并且所述二極管的陰極被耦合至所述控制器的電力輸入；電容，該電容將所述二極管的陰極耦合至所述PV板的電路路徑的第二端。
[0013]所述控制器可以被配置為在確定所述PV板的電路路徑將被旁路之后，進(jìn)一步確定所述PV板是否可以被重新連接至所述電力系統(tǒng)，并且根據(jù)該進(jìn)一步的確定進(jìn)一步控制所述第一和第二開關(guān)。在一種實(shí)施方式中，通過DC轉(zhuǎn)換器，所述控制器可以被配置為根據(jù)所述PV板將被重新連接至所述電力系統(tǒng)的進(jìn)一步確定為DC轉(zhuǎn)換控制所述第一和第二開關(guān)。
[0014]例如，所述控制器可以被配置為響應(yīng)于確定所述PV板的電路路徑將被旁路而斷開所述第一開關(guān)并且閉合所述第二開關(guān)。所述控制器則還可以被配置為在隨后閉合所述第一開關(guān)并且斷開所述第二開關(guān)，以及根據(jù)由所述電壓傳感器在所述第一開關(guān)被閉合并且所述第二開關(guān)被斷開時(shí)測(cè)得的電壓差來進(jìn)一步確定所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)，并且根據(jù)該進(jìn)一步的確定來控制所述第一和第二開關(guān)。這種根據(jù)進(jìn)一步確定的控制可以包括根據(jù)PV板將被重新連接至電力系統(tǒng)的進(jìn)一步確定為DC轉(zhuǎn)換控制第一和第二開關(guān)。
[0015]在另一種實(shí)施方式中，所述控制器還被配置為在隨后根據(jù)當(dāng)所述第二開關(guān)被閉合時(shí)所述第二開關(guān)兩端的電壓差來確定所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)，并且根據(jù)所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)的確定來控制所述第一和第二開關(guān)。再次地，這種根據(jù)關(guān)于重新連接的確定的控制可以包括根據(jù)PV板將被重新連接至電力系統(tǒng)的確定為DC轉(zhuǎn)換控制第一和第二開關(guān)。
[0016]對(duì)于PV電池子列，所述控制器可以根據(jù)由所述電壓傳感器測(cè)得的電壓差確定所述PV板的電路路徑中的PV電池子列是否將被旁路。所述控制器還可以或替代地被配置為，響應(yīng)于確定所述PV板的電路路徑中的PV電池子列將被旁路而閉合跨該P(yáng)V電池子列耦合的PV電池子列開關(guān)。所述控制器則還可以被配置為在確定所述PV電池子列將被旁路之后，根據(jù)當(dāng)所述PV電池子列開關(guān)被閉合時(shí)所述PV電池子列開關(guān)兩端的電壓差來確定所述PV電池子列是否將被重新連接，并且根據(jù)所述PV電池子列是否將被重新連接的確定來控制所述PV電池子列的PV電池子列開關(guān)。所述控制器可以替代地還被配置為隨后斷開所述PV電池子列開關(guān)，并且根據(jù)由所述電壓傳感器在所述PV電池子列開關(guān)被斷開時(shí)測(cè)得的所述PV電池子列兩端的電壓差來進(jìn)一步確定所述PV電池子列是否將被重新連接，并且根據(jù)所述PV電池子列是否將被重新連接的確定來控制所述PV電池子列開關(guān)。
[0017]PV板系統(tǒng)可以包括這種開關(guān)裝置和PV板，該P(yáng)V板包括多個(gè)連接在所述電路路徑中的PV電池。
[0018]電力系統(tǒng)可以包括多個(gè)這種PV板系統(tǒng)。
[0019]在一種實(shí)施方式中具有DC轉(zhuǎn)換器，該DC轉(zhuǎn)換器可以例如是降壓(buck)轉(zhuǎn)換器。
[0020]在具有DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)裝置中的控制器可以被配置為為DC轉(zhuǎn)換控制所述第一和第二開關(guān)來將PV板維持在其最大功率點(diǎn)，例如針對(duì)DC轉(zhuǎn)換通過控制切換所述第一開關(guān)的占空比。
[0021]所述DC轉(zhuǎn)換器還可以包括:電感，該電感耦合在所述第一開關(guān)和第一端子之間，其中所述DC轉(zhuǎn)換器通過所述第一端子耦合至所述電力系統(tǒng)；電容，所述電容耦合在所述第一端子和第二端子之間，其中所述DC轉(zhuǎn)換器通過所述第二端子耦合至所述電力系統(tǒng)。
[0022]一種方法，包括:確定光伏(PV)板的電路路徑是否將被旁路，其中所述PV板的多個(gè)PV電池被連接在所述PV板的電路路徑中；控制在電力系統(tǒng)和所述PV板的電路路徑的第一端之間的第一開關(guān)以根據(jù)該確定將所述PV板的電路路徑的第一端連接至所述電力系統(tǒng)或?qū)⑺鯬V板的電路路徑的第一端從所述電力系統(tǒng)斷開；控制被耦合在(i)在所述第一開關(guān)和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)與(ii)在所述PV板的電路路徑的第二端和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)之間的第二開關(guān)以根據(jù)所述確定斷開或閉合將所述PV板電路路徑旁路的旁路電路路徑。
[0023]所述方法還可以包括根據(jù)確定所述PV板的電路路徑將不被旁路來針對(duì)所述PV板的輸出的DC轉(zhuǎn)換控制所述第一和第二開關(guān)。
[0024]方法還可以包括測(cè)量所述PV板的電路路徑中的PV電池兩端的電壓差；在這種情況中，所述確定可以包括根據(jù)測(cè)得的電壓差確定所述PV板的電路路徑是否將被旁路。
[0025]在一種實(shí)施方式中，方法還包括測(cè)量PV板電路路徑中的多個(gè)PV電池中的各自子列兩端的各自電壓差。則所述確定可以包括根據(jù)測(cè)得的電壓差確定所述PV板的電路路徑是否將被旁路。
[0026]方法可以包括確定所述PV板的電路路徑中的每個(gè)各自PV電池子列是否將被旁路；根據(jù)所述PV板的電路路徑中的每個(gè)PV電池子列是否將被旁路的確定控制跨所述各自的PV電池子列耦合的各自的PV電池子列開關(guān)。
[0027]可以從所述PV板為所述控制器提供電力，其中方法可以包括穩(wěn)定被提供用于給所述控制器供電的電壓。
[0028]該穩(wěn)壓可以包括提供穩(wěn)壓電路，該穩(wěn)壓電路包括:二極管，該二極管的陽極被耦合至所述PV板并且所述二極管的陰極被耦合至所述控制器的電力輸入；電容，該電容將所述二極管的陰極耦合至所述PV板的電路路徑的第二端；當(dāng)所述電容放電至第一電壓時(shí)斷開所述第一開關(guān)并且閉合所述第二開關(guān)；當(dāng)所述電容充電至高于所述第一電壓的第二電壓時(shí)閉合所述第一開關(guān)并且斷開所述第二開關(guān)。
[0029]方法還可以包括:在確定所述PV板的電路路徑將被旁路之后，確定所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)；根據(jù)所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)的確定進(jìn)一步控制所述第一和第二開關(guān)。這種對(duì)開關(guān)的進(jìn)一步的控制可以包括根據(jù)確定所述PV板將被重新連接至所述電力系統(tǒng)來針對(duì)針對(duì)DC轉(zhuǎn)換控制所述第一和第二開關(guān)。
[0030]在對(duì)第一開關(guān)的控制包括響應(yīng)于確定所述PV板的電路路徑將被旁路而斷開第一開關(guān)以及對(duì)第二開關(guān)的控制包括響應(yīng)于確定所述PV板的電路路徑將被旁路而閉合第二開關(guān)的情況下，該方法還可以包括隨后閉合所述第一開關(guān)并且斷開所述第二開關(guān)；根據(jù)當(dāng)所述第一開關(guān)被閉合并且所述第二開關(guān)被斷開時(shí)測(cè)得的電壓差來確定所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)；根據(jù)所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)的確定來控制所述第一和第二開關(guān)。在這種情況中，根據(jù)重新連接的確定對(duì)開關(guān)的控制可以包括根據(jù)確定所述PV板將被重新連接至所述電力系統(tǒng)針對(duì)DC轉(zhuǎn)換控制所述第一和第二開關(guān)。
[0031]在重新連接的又一種實(shí)施方式中，該方法包括:隨后根據(jù)當(dāng)所述第二開關(guān)被閉合時(shí)所述第二開關(guān)兩端的電壓差來確定所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)；根據(jù)所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)的確定來控制所述第一和第二開關(guān)。
[0032]對(duì)于PV電池子列，可以根據(jù)測(cè)得的電壓差來確定所述PV板的電路路徑中的PV電池子列是否將被旁路。對(duì)各自的PV電池子列開關(guān)的控制可以包括:響應(yīng)于確定所述PV板的電路路徑中的PV電池子列將被旁路來閉合跨該P(yáng)V電池子列耦合的PV電池子列開關(guān)。該方法還可以包括:隨后根據(jù)當(dāng)所述PV電池子列開關(guān)被閉合時(shí)所述PV電池子列開關(guān)兩端的電壓差來確定所述PV電池子列是否將被重新連接；根據(jù)所述PV電池子列是否將被重新連接的確定來控制所述PV電池子列的PV電池子列開關(guān)。在又一種實(shí)施方式中，該方法包括:隨后斷開所述PV電池子列開關(guān)；根據(jù)當(dāng)所述PV電池子列開關(guān)被斷開時(shí)所述PV電池子列兩端測(cè)得的電壓差來確定所述PV電池子列是否將被重新連接至電力系統(tǒng)；根據(jù)所述PV電池子列是否將被重新連接的確定來控制所述PV電池子列開關(guān)。
[0033]另一種方法包括提供包括連接有多個(gè)PV電池的電路路徑的PV板；提供第一開關(guān)來可開關(guān)地將所述PV板的電路路徑的第一端連接至所述電力系統(tǒng)；提供第二開關(guān)，該第二開關(guān)可開關(guān)地連接(i)在所述第一開關(guān)和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)與(ii)在所述PV板的電路路徑的第二端和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)；提供控制器以確定所述PV板的電路路徑是否將被旁路，并且根據(jù)該確定控制所述第一和第二開關(guān)。
[0034]根據(jù)又一種實(shí)施方式，方法包括:提供包括連接有多個(gè)PV電池的電路路徑的PV板；提供DC轉(zhuǎn)換器，該DC轉(zhuǎn)換器包括第一開關(guān)來可開關(guān)地將所述PV板的電路路徑的第一端連接至電力系統(tǒng)，以及第二開關(guān)來可開關(guān)地連接(i)在所述第一開關(guān)和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)與(ii)在所述PV板的電路路徑的第二端和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)；提供控制器以確定所述PV板的電路路徑是否將被旁路，根據(jù)所述PV板的電路路徑將不被旁路的確定針對(duì)PV板的輸出的DC轉(zhuǎn)換控制所述第一和第二開關(guān)，以及根據(jù)所述PV板的電路路徑將被旁路的確定控制所述第一開關(guān)來將所述PV板的電路路徑的第一端從所述電力系統(tǒng)斷開以及控制第二開關(guān)來閉合將所述PV板的電路路徑旁路的旁路電路路徑。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1是示例PV裝置的框圖；
[0036]圖2是示例PV板的原理圖；
[0037]圖3是示出了具有一個(gè)被旁路的PV電池子列的示例PV板中的電流的原理圖；
[0038]圖4A是示例PV板系統(tǒng)的原理圖；
[0039]圖4B是示出了示例PV板系統(tǒng)中流動(dòng)的列電流和子列電流的原理圖；
[0040]圖4C是示出了示例電力系統(tǒng)中的PV板的旁路的原理圖；
[0041]圖4D是示出了示例電力系統(tǒng)中的PV板中流動(dòng)的列電流和板電流的原理圖；
[0042]圖4E是包括PV板和另一芳路開關(guān)裝直的不例PV板系統(tǒng)的原理圖；
[0043]圖5A是進(jìn)一步的不例PV板系統(tǒng)的原理圖；
[0044]圖5B是示出了具有一個(gè)子列被旁路的示例PV板中流動(dòng)的列電流和最大功率點(diǎn)(MPP)電流的原理圖；
[0045]圖5C是示出了 PV板相對(duì)于列被DC功率優(yōu)化器和旁路開關(guān)裝置(DC-POB)全部旁路的原理圖；
[0046]圖是包含另一種DC-POB實(shí)施方式的不例PV板系統(tǒng)的原理圖；
[0047]圖6是具有DC-POB的示例PV裝置的框圖；
[0048]圖6A是示例控制器的框圖；
[0049]圖6B和6C是示例可控開關(guān)的原理圖；
[0050]圖7A是另一種示例PV板系統(tǒng)的原理圖；
[0051]圖7B是另一種不例PV板系統(tǒng)的原理圖；
[0052]圖7C是電源電容電壓-時(shí)間的示例圖；
[0053]圖8是示例方法的流程圖；以及
[0054]圖9是另一種示例方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055]圖1是連接至電網(wǎng)的示例性PV設(shè)備的框圖。示例設(shè)備100包括串聯(lián)地連接在中央逆變器120的DC輸入之間的DC PV板111，112，113。逆變器120的輸出通過斷開開關(guān)140連接至電網(wǎng)150。
[0056]圖2是示例PV板的原理圖。示例PV板200包括PV電池子列211、212、213。每個(gè)PV電池子列包括N個(gè)PV電池的串聯(lián)連接。與每個(gè)PV電池子列并聯(lián)的是旁路二極管231、232,2330子列211包括光電池，在此也稱為PV電池，221^2212，..'221^,22^并且與旁路二極管231并聯(lián)(或跨(across))。PV電池子列211、212、213彼此串聯(lián)。雖然該示例PV板200具有三個(gè)子列211、212、213，但具有更少或更多數(shù)量的子列的PV板也是可行的。
[0057]如圖2所示,在沒有遮蔽(shading)、污蝕(soiling)或巨大制造變化的普通操作中，所有旁路二極管231、232、233被逆向偏壓(bias)并且電流“I”流經(jīng)PV電池。
[0058]圖3是示意了具有一個(gè)被旁路(bypass)的子列311 (例如由于污蝕)的示例PV板中的電流的原理圖。示例PV板300具有與圖2中的示例PV板200相同的結(jié)構(gòu)，具有PV電池的三個(gè)子列311、312、313以及三個(gè)旁路二極管331、332、333。然而，圖3示出了與圖2不同的電流。
[0059]在圖3中，例如由于遮蔽，子列311具有更低的光電流，并且旁路二極管331被正向偏壓。PV板光電流I’經(jīng)過子列312和313以及旁路二極管331。
[0060]如上所述，旁路二極管具有缺點(diǎn)。圖4A是包括PV板410和旁路開關(guān)裝置440的示例PV板系統(tǒng)400的原理圖。旁路開關(guān)裝置440結(jié)合了旁路二極管功能并且被針對(duì)示例PV板410而設(shè)計(jì)，其在示出的示例中具有三個(gè)PV電池子列411、412、413。每個(gè)子列411、412、413具有N個(gè)PV電池，針對(duì)子列411被標(biāo)記為421p4212，...，421^321^其他數(shù)量的子列可以被考慮。
[0061 ] 子列旁路開關(guān)441、442、443被耦合在其各自的子列411、412、413的端點(diǎn)之間或跨端點(diǎn)I禹合(即并聯(lián))。子列電壓Vs；u,vss，2,和Vss，3由各自的電壓傳感器461、462、463(不出的電壓表)測(cè)量，且控制器接收該測(cè)量到的電壓值?？刂破?50控制子列旁路開關(guān)441、442、443以及PV板芳路開關(guān)480和PV板串聯(lián)開關(guān)470的操作。子列芳路開關(guān)441、442、443以及旁路開關(guān)480和PV板串聯(lián)開關(guān)470可以通過使用任何多樣的方法被實(shí)施，例如包括功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFETS)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、晶體閘流管和/或繼電器。
[0062]圖4A中的482、484表示端子，PV板410的電路路徑可以通過該端子被連接至電力系統(tǒng)，PV電池被連接在PV板410中。這種電力系統(tǒng)可以包括諸如示例PV板系統(tǒng)400的多PV板系統(tǒng)。
[0063]在正常操作中，當(dāng)在列中的所有PV板產(chǎn)生大體相同的電流時(shí)，子列旁路開關(guān)441、442,443斷開，板旁路開關(guān)480斷開，并且板串聯(lián)開關(guān)470閉合。列電流流通PV電池子列411、412、413以及板串聯(lián)開關(guān)470。PV板410與在板列中的其他PV板串聯(lián)并且貢獻(xiàn)列電壓和電流。
[0064]控制器450監(jiān)控從電壓傳感器461、462、463接收到的測(cè)得的子列電壓值。當(dāng)檢測(cè)到例如由于遮蔽導(dǎo)致的子列上的低電壓，控制器450閉合該子列的旁路開關(guān)441、442、443。例如在圖4A中，如果子列411兩端的電壓差低，則控制器450閉合旁路開關(guān)441，分路(shunt)子列周圍的電流并且防止產(chǎn)生有害的逆向電壓。MOSFET開關(guān)的導(dǎo)通電阻(on-resistance)，例如可以是在一個(gè)毫歐姆(ι?Ω )范圍內(nèi)。因此，作為旁路開關(guān)441的MOSFET開關(guān)的功率消耗可以明顯地低于常規(guī)旁路二極管的功率消耗。例如，相比較于上述的旁路二極管在8Α列電流情況中的功率消耗是5.6W，當(dāng)列電流同樣是8Α并且MOSFET開關(guān)導(dǎo)通電阻是ΙπιΩ時(shí)，開關(guān)的功率消耗僅為64mW。
[0065]在一種實(shí)施方式中，當(dāng)子列旁路開關(guān)441、442、443連接的子列411、412、413兩端的子列電壓降到低于某子列旁路閾值(Vsub by)時(shí)，控制器450閉合子列旁路開關(guān)441、442、443。在一種實(shí)施方式中，Vsib by的值是零伏。在又一種實(shí)施方式中，當(dāng)子列電壓長于指定時(shí)間間隔的時(shí)間仍然低于閾值時(shí)，控制器450閉合子列旁路開關(guān)441、442、443。
[0066]子歹"耳又消旁路(unbypass)
[0067]在子列411、412、413已經(jīng)通過閉合其旁路開關(guān)441、442、443被旁路之后，控制器450可以周期地檢查以確定子列是否應(yīng)該通過重新斷開其旁路開關(guān)來取消旁路。例如，被旁路的子列的照明可以改變得足夠來未其取消旁路，這可以由控制器450從由電壓傳感器461、462、463測(cè)量的一個(gè)或多個(gè)電壓來確定。在子列取消旁路的一個(gè)實(shí)施方式中，控制器450周期地?cái)嚅_之前閉合的子列旁路開關(guān)441、442、443，并且從電壓傳感器461、462、463接收測(cè)得的子列電壓。在一種實(shí)施方式中，如果測(cè)得的電壓已經(jīng)升至高于Vsub BY，則控制器450保持子列旁路開關(guān)441、442、443斷開，并且否則其重新閉合旁路開關(guān)。
[0068]在又一種子列取消旁路的一個(gè)實(shí)施方式中，控制器450確定閉合的子列旁路開關(guān)
441、442、443兩端的電壓。如果電壓大于閾值，則控制器450通過斷開子列旁路開關(guān)441、
442、443來將子列取消旁路。
[0069]圖4B是示出了流經(jīng)示例PV板系統(tǒng)的列電流和子列電流的原理圖。PV板410通過端子482、484連接至電力系統(tǒng)(未示出)。PV板旁路開關(guān)480被斷開并且板串聯(lián)開關(guān)470被閉合，允許列電流Istkiic流經(jīng)PV板。子列旁路開關(guān)441被閉合，將子列411旁路。其余的子列旁路開關(guān)442、443被斷開并且其各自的子列412、413不被旁路。圖4B關(guān)于子列411被旁路的示例，并且因此出于該特定示例的目的只有電壓傳感器461被示出。
[0070]流經(jīng)閉合的子列旁路開關(guān)441的電流是列電流ISTKIN(；和子列411的子列電流ISUB-SmNe之差。開關(guān)441兩端的電壓被電壓傳感器461測(cè)量。電壓測(cè)量的極性由在電壓傳感器461上的標(biāo)記“ + ”和表示。當(dāng)子列旁路開關(guān)441兩端的電壓小于零時(shí)，這表明了列電流大于子列電流。當(dāng)子列旁路開關(guān)441兩端的電壓等于零時(shí)，這表明了列電流和子列電流相等。當(dāng)子列旁路開關(guān)441兩端的電壓為正值時(shí)，這表明了子列電流大于列電流。若子列旁路開關(guān)441被閉合，子列411的子列電流基本等于其短路電流。在短路電流的對(duì)應(yīng)的子列電壓是零。因此，在一種實(shí)施方式中，當(dāng)子列旁路開關(guān)441兩端的電壓大于零時(shí)，控制器450斷開子列旁路開關(guān)441并且取消PV子列411的旁路。在這些情況下，取消旁路的PV子列411兩端的子列電壓將大于零并且子列將對(duì)電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)電力。
[0071]全PV板旁路
[0072]上述的子列旁路操作適于將示例PV板410中三個(gè)子列411、412、413中的多至兩個(gè)進(jìn)行旁路。當(dāng)控制器450為其工作從PV板410接收電力時(shí)，通過使用子列旁路開關(guān)來將在PV板內(nèi)的所有子列旁路會(huì)成為問題。如果檢測(cè)到在示例PV板410中的所有三個(gè)子列411、412、413兩端的低電壓并且旁路開關(guān)441、442、443都被閉合，板410的輸出電壓不足以給控制器450供電并且控制器450不能夠提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓以操作任何開關(guān)441、442、
443、471、480。
[0073]在一種實(shí)施方式中，如果如電壓傳感器461、462、463測(cè)得的子列電壓之和低于閾值(Vp BY)，則控制器450閉合板旁路開關(guān)480并且斷開板串聯(lián)開關(guān)470和子列旁路開關(guān)441、442,443來完全地旁路PV板410。在一種實(shí)施方式中，Vp BY對(duì)應(yīng)于控制器450的最小工作電壓。
[0074]圖4C是示出了示例性電力系統(tǒng)中的PV板的完全旁路的原理圖。在這種實(shí)施方式中，示例PV板410從端子482、484斷開并且因此由斷開的板串聯(lián)開關(guān)470從電力系統(tǒng)PV板列中的其他PV板490、492分開。由PV板490、492產(chǎn)生的列電流流經(jīng)閉合的板旁路開關(guān)480并且不通過PV板410。子列旁路開關(guān)441、442、443全部斷開。連接有PV電池的PV板410電路路徑兩端的電壓可以上升至足夠給控制器450為其工作供電，即使當(dāng)PV板被微弱地照明。
[0075]在這種類型的旁路開關(guān)架構(gòu)和控制中，列電流僅流經(jīng)一個(gè)旁路開關(guān)(圖4C中的開關(guān)480)而不是串聯(lián)連接的子旁路開關(guān)441、442、443。這可以降低電力消耗。
[0076]PV板取消旁路
[0077]在PV板被完全旁路之后，控制器450可以周期地檢查以確定PV板是否由于例如照明的改變應(yīng)該被取消旁路。在這種類型的“喚醒”操作的一種實(shí)施方式中，控制器450周期地?cái)嚅_板旁路開關(guān)480，閉合板串聯(lián)開關(guān)470并且從電壓傳感器461、462、463接收子列電壓測(cè)量來確定PV板410是否應(yīng)該仍然被旁路。
[0078]如果子列電壓的和低于PV板旁路閾值(Vp BY)，則控制器450重新閉合板旁路開關(guān)480并且重新斷開板串聯(lián)開關(guān)470。如果子列電壓之和高于旁路閾值(Vp BY)，則板旁路開關(guān)480仍然斷開并且板串聯(lián)開關(guān)470仍然閉合。接下來控制器450確定(如果有的話)子列411、412、413中的哪一個(gè)應(yīng)該由子列旁路開關(guān)441、442、443旁路。
[0079]在喚醒操作的又一個(gè)實(shí)施方式中，控制器450閉合板串聯(lián)開關(guān)470并且使用電壓傳感器461、462、463或集成電壓傳感器或測(cè)量能力來確定板旁路開關(guān)480兩端的電壓。如果電壓大于閾值，控制器450斷開板旁路開關(guān)480。圖4D是示出了流經(jīng)在示例性電力系統(tǒng)的PV板的列電流和板電流的原理圖。流經(jīng)板旁路開關(guān)480的電流是列電流Istkiic和板電流IPAm之差。當(dāng)板旁路開關(guān)480兩端的電壓小于零時(shí)，這意味著列電流大于板電流。當(dāng)板旁路開關(guān)480兩端的電壓等于零時(shí)，這意味著列電流和板電流相等。當(dāng)板旁路開關(guān)480兩端的電壓是正值時(shí)，這意味著板電流大于列電流。電壓測(cè)量的極性由在電壓傳感器461、462、463上的標(biāo)記“ + ”和表示。當(dāng)板旁路開關(guān)480被閉合，板電流基本上等于PV板410的短路電流。在短路電流的對(duì)應(yīng)PV板電壓是零。因此，在一種實(shí)施方式中，當(dāng)板旁路開關(guān)480兩端的電壓大于零時(shí)，控制器450斷開板旁路開關(guān)480并且將PV板410取消旁路。在這些情況下，被取消旁路的PV板410的板電壓將大于零并且PV板將向電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)電力。
[0080]可開關(guān)(switchable)電壓傳感
[0081]圖4E是包括PV板410和另一種旁路開關(guān)裝置445的示例PV板系統(tǒng)400的原理圖。在該實(shí)施方式中沒有電壓表461、462和463 (圖4A、4B、4C、4D)并且電壓傳感器或電壓測(cè)量功能被合并在控制器450內(nèi)。在該實(shí)施方式中，控制器450通過對(duì)電壓測(cè)量點(diǎn)464、465、466和467的連接測(cè)量子列電壓。在該實(shí)施方式中，單子列兩端的電壓、串聯(lián)的兩個(gè)子列兩端的電壓、和/或所有子列兩端的電壓可以通過連接至適合的電壓感測(cè)點(diǎn)，使用諸如在控制器450內(nèi)的多可控開關(guān)的開關(guān)裝置或其至電壓測(cè)量點(diǎn)464、465、466和467的連接來測(cè)量。例如，子列411和412兩端的組合的電壓可以在測(cè)量點(diǎn)464和466之間被測(cè)得，或者所有子列的組合電壓可以在電壓感測(cè)點(diǎn)464和467之間被測(cè)得。類似的裝置可以被用于測(cè)量板旁路開關(guān)480兩端的電壓以確定PV板410是否應(yīng)該被取消旁路。因此，電壓感測(cè)或測(cè)量可以如圖4A-4D中所示，由單獨(dú)的電壓傳感器464、462、463來執(zhí)行，或者如圖4E中所示由控制器450本身來執(zhí)行。因此控制器450可以通過從電壓傳感器接收到測(cè)得的電壓或通過測(cè)量電壓來確定該電壓。
[0082]DC電力優(yōu)化
[0083]圖5A是包括PV板510和DC電優(yōu)化器以及旁路開關(guān)裝置(DC-POB) 540的可替換PV板系統(tǒng)500的原理圖。DC-P0B540合并了 DC優(yōu)化器和旁路二極管的功能，并且針對(duì)示例中所示的具有三個(gè)PV電池子列511、512、513的示例PV板510被設(shè)計(jì)。每個(gè)子列511、512、513具有N個(gè)PV電池，針對(duì)子列511被標(biāo)記為521p5212、...，521N_1; 521N。其他數(shù)量的子列可以被考慮。
[0084]子列旁路開關(guān)541、542、543跨其各自子列511、512、513的端被耦合或耦合在端之間(例如并聯(lián))。子列電壓vss,PVss,2以及Vss,3由各自的電壓傳感器561、562、563 (例如電壓表)測(cè)量，并且測(cè)得的電壓值由控制器550接收?？刂破?50控制子列旁路開關(guān)541、542、543的操作。
[0085]圖5A中的582、584表示端子，PV板510的電路路徑可以通過該端子連接至電力系統(tǒng)，其中PV電池被連接在PV板510中。這種電力系統(tǒng)可以包括多PV板系統(tǒng)，例如圖5A中的示例PV板系統(tǒng)500。
[0086]DC電優(yōu)化器使用DC-DC轉(zhuǎn)換器來最大化PV板的能量輸出。DC電優(yōu)化器也將其電流輸出與列電流匹配。雖然在此使用了優(yōu)化器、優(yōu)化、最大化等術(shù)語，這些術(shù)語并不意在推斷出絕對(duì)的優(yōu)或者最大。例如，功率優(yōu)化功能可以改善性能，但是不應(yīng)該必定地得到理論最大值或最優(yōu)功率產(chǎn)出或輸出。
[0087]在示例中所示的DC-DC轉(zhuǎn)換器590包括開關(guān)570和580、電感586以及電容588。轉(zhuǎn)換器590是“降壓”型轉(zhuǎn)換器并且將在一個(gè)級(jí)別的DC輸入電壓轉(zhuǎn)換至在另一個(gè)更低級(jí)別的DC輸出電壓。其他類型的DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)涫强尚械摹＾D(zhuǎn)換器590的操作由控制器550控制。開關(guān)570和580以頻率“F”來切換并且通常以互補(bǔ)的方式工作，從而當(dāng)一個(gè)開關(guān)斷開(0N)，另一個(gè)開關(guān)將閉合(OFF)。
[0088]當(dāng)開關(guān)570被閉合并且開關(guān)580被斷開時(shí)，來自板510的電流流進(jìn)電感586，將能量儲(chǔ)存進(jìn)去。當(dāng)開關(guān)570被斷開并且開關(guān)580被閉合，電感586兩端的電壓逆向并且將電流輸入電感588和端子582。轉(zhuǎn)換器590的占空比“D”被定義為開關(guān)570的ON時(shí)間和開關(guān)周期T的比，并且通常被表達(dá)為百分比。占空比的范圍可以從O到100%。例如，如果開關(guān)570在開關(guān)周期的70%是0N，則占空比是70%。轉(zhuǎn)換器590的輸出電壓Vqut與其輸入電壓Vin的關(guān)系取決于占空比并且由公式給出:
[0089]Vout = DXVin
[0090]Vqut被定義為電容588兩端的電壓并且Vin被定義為開關(guān)570和580的串聯(lián)組合兩端的電壓。
[0091]輸出電流1t與輸入電流Iin的關(guān)系也取決于占空比由公式給出:
[0092]1m =
[0093]在一種實(shí)施方式中控制器550操作轉(zhuǎn)換器590來維持PV板510在其最大功率點(diǎn)(MPP)。板510的MPP是其輸出電壓和導(dǎo)致最大輸出功率的電流的組合。在一種實(shí)施方式中控制器550還操作轉(zhuǎn)換器590從而其輸出電流匹配列電流。列電流從其他PV板系統(tǒng)流進(jìn)端子584并且從端子582流出至其他PV板系統(tǒng)。
[0094]圖6是具有DC-POB和多PV板系統(tǒng)的示例性電力系統(tǒng)的框圖。電力系統(tǒng)600包括PV板611、612、613、DC-P0B621、622、623、列逆變器620以及斷電裝置640，示意性為一組斷開開關(guān)。列逆變器620的輸出通過斷電裝置640連接至電網(wǎng)650。DC_P0B621、622、623的串聯(lián)連接構(gòu)成了一列。列電流Istk將由列逆變器640設(shè)置。在一種實(shí)施方式中，單獨(dú)的DC-POB將其板的電流設(shè)置為最大功率點(diǎn)電流IMPP。則轉(zhuǎn)換器的占空比為.._ IMPP
[0095]D ---1 STRING
[0096]對(duì)于在MPP的操作，對(duì)DC-POB的輸入電壓將是最大功率點(diǎn)電壓VMPP。因此轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為
[0097]Vout = D X Vin = D X Vmpp
[0098]因此DC-POB能夠?qū)V板維持在最大功率點(diǎn)并且通過改變其輸出電壓將其輸出電流匹配于列電流。
[0099]再次參照?qǐng)D5A，子列旁路開關(guān)541、542、543以及轉(zhuǎn)換器開關(guān)570、580可以使用任何各種裝置來被實(shí)施，例如包括功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFETS)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、晶體閘流管和/或繼電器。
[0100]DC-P0B540執(zhí)行旁路功能以及功率最優(yōu)化功能?？刂破?50監(jiān)控從電壓傳感器561、562、563接收到的子列電壓的測(cè)量值。當(dāng)檢測(cè)到例如由于遮蔽導(dǎo)致的子列上的低電壓，控制器550閉合子列的旁路開關(guān)541、542、543。例如在圖5A中，如果子列511兩端的電壓差低，則控制器550閉合旁路開關(guān)541，分路圍繞子列的電流并且防止產(chǎn)生有害的逆向電壓。MOSFET開關(guān)的導(dǎo)通電阻，例如可以是在一個(gè)毫歐姆(m Ω )范圍內(nèi)。因此，作為旁路開關(guān)541的MOSFET開關(guān)的功率消耗可以明顯地低于常規(guī)旁路二極管的功率消耗。例如，相比較于上述的旁路二極管在8A列電流情況中的功率消耗是5.6W，當(dāng)列電流同樣是8A并且MOSFET開關(guān)導(dǎo)通電阻是ΙπιΩ時(shí)，開關(guān)的功率消耗僅為64mW。
[0101]在一種實(shí)施方式中，當(dāng)子列旁路開關(guān)541、542、543連接的子列511、512、513兩端的子列電壓降到低于特定的子列旁路閾值(Vsib by)時(shí)，控制器550閉合子列旁路開關(guān)541、542、543。在一種實(shí)施方式中,Vsubjsy的值是零伏。在又一種實(shí)施方式中，當(dāng)子列電壓在長于指定時(shí)間間隔的時(shí)間仍然低于閾值時(shí)，控制器550閉合子列旁路開關(guān)541、542、543。
[0102]使用DC-POB的子列取消旁路
[0103]在子列511、512、513已經(jīng)通過閉合其旁路開關(guān)541、542、543被旁路之后，控制器550可以周期地檢查以確定子列是否應(yīng)該通過重新斷開其旁路開關(guān)來取消旁路。例如，被旁路的子列的照明可以改變得足夠來未其取消旁路，這可以由控制器550從一個(gè)或多個(gè)由電壓傳感器561、562、563測(cè)量的電壓來確定。在子列取消旁路的一個(gè)實(shí)施方式中，控制器550周期地?cái)嚅_之前閉合的子列旁路開關(guān)541、542、543，并且從電壓傳感器561、562、563接收測(cè)得的子列電壓。在一種實(shí)施方式中，如果測(cè)得的電壓已經(jīng)升至高于Vsub BY，則控制器550保持子列旁路開關(guān)541、542、543斷開，并且否則其重新閉合旁路開關(guān)。
[0104]在又一種子列取消旁路的一個(gè)實(shí)施方式中，控制器550確定閉合的子列旁路開關(guān)
541、542、543兩端的電壓。如果該電壓大于閾值，則控制器550通過斷開子列旁路開關(guān)541、542、543來將子列取消旁路。
[0105]圖5B是示出了列電流和流入具有一個(gè)子列被旁路的示例PV板系統(tǒng)的MPP電流的原理圖。PV板510通過DC-P0B540耦合至電力系統(tǒng)(未示出)。列電流ISTKIN(；流入端子584并且流出端子582。子列旁路開關(guān)541被閉合，分流子列511。其余的子列旁路開關(guān)542、543斷開并且其各自的子列512、513不被旁路。圖5B關(guān)于子列511被旁路的示例，并且因此為了該特定示例的目的只有電壓傳感器561被示出。
[0106]旁路開關(guān)541不是理想開關(guān)，并且因此具有小但有限的電阻。因此當(dāng)其閉合并且導(dǎo)通電流時(shí)有可測(cè)量到的其兩端的電壓。這種電壓可以有益地被用于確定何時(shí)對(duì)子列511取消旁路。流進(jìn)閉合的子列旁路開關(guān)541的電流是MPP電流Impp和子列511的子列電流ISUB-SmNe之差。開關(guān)541兩端的電壓可以由電壓傳感器561來測(cè)量。當(dāng)子列旁路開關(guān)541兩端的電壓小于零時(shí)，這意味著MPP電流大于子列電流。當(dāng)子列旁路開關(guān)541兩端的電壓為零時(shí)，這意味著MPP電流和子列電流相等。當(dāng)子列旁路開關(guān)541兩端的電壓為正值時(shí)，這意味著子列電流大于MPP電流。當(dāng)子列旁路開關(guān)541被閉合，子列511的子列電流基本上等于其短路電流。在短路電流對(duì)應(yīng)的子列電壓為零。因此，在一種實(shí)施方式中，當(dāng)子列旁路開關(guān)541兩端的電壓大于零時(shí)，控制器550斷開子列旁路開關(guān)541并且將PV子列511取消旁路。在這些情況下，被取消旁路的PV子列511兩端的子列電壓將大于零并且子列將為電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)電力。
[0107]俥用DC-POB的全PV板旁路
[0108]參照?qǐng)D5A，上述的子列旁路操作適于將示例PV板510中三個(gè)子列511、512、513中的多至兩個(gè)旁路。當(dāng)控制器550為其工作從PV板510接收電力時(shí)，通過使用子列旁路開關(guān)來將在PV板內(nèi)的所有子列旁路會(huì)有問題。如果檢測(cè)到在示例PV板510中的所有三個(gè)子列511、512、513兩端的低電壓并且旁路開關(guān)541、542、543都被閉合，板510的輸出電壓不足以為控制器550供電并且控制器550可能不能夠提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓以操作任何開關(guān)541、
542、543、570、580。
[0109]在一種實(shí)施方式中，如果電壓傳感器561、562、563測(cè)得的子列電壓之和(板電壓)低于閾值(Vp BY)，則控制器550閉合開關(guān)580并且斷開開關(guān)570和子列旁路開關(guān)541、542、543來將板從列斷開。PV電池所連接的PV板電路路徑兩端的電壓則可以上升至足夠向控制器550為其工作供電的等級(jí)，即使在PV板被微弱地照明的時(shí)候。在一種實(shí)施方式中，VpBY對(duì)應(yīng)于控制器550的最小工作電壓。在這種實(shí)施方式中轉(zhuǎn)換器590的占空比基本上為零并且轉(zhuǎn)換器本質(zhì)上被關(guān)閉。
[0110]圖5C是示出了板510由DC-P0B540全部從列斷開的原理圖。在該實(shí)施方式中，示例PV板510從端子582、584斷開并且因此通過斷開的開關(guān)570從電力系統(tǒng)PV板列中的其他PV板斷開。板510對(duì)于列被旁路并且由列中其它板產(chǎn)生的列電流流經(jīng)閉合的開關(guān)580和電感586。電感586的寄生電阻優(yōu)選地被選擇為足夠小來將功率損耗最小化。子列旁路開關(guān)541、542、543全部斷開。
[0111]使用DC-POB的PV板重新連接
[0112]在PV板已經(jīng)完全被旁路并且從列斷開之后，控制器550可以周期地檢查以確定PV板是否應(yīng)該被重新連接(例如由于照明的改變)。在這種類型的“喚醒”操作的一種實(shí)施方式中，控制器550監(jiān)控板電壓并且當(dāng)板電壓達(dá)到或超過閾值時(shí)重啟轉(zhuǎn)換器590。開關(guān)570和580重新以非零占空比切換。
[0113]可開關(guān)電壓感測(cè)
[0114]圖是包含另一種DC-POB的實(shí)施方式的示例PV板系統(tǒng)的原理圖。PV板系統(tǒng)504包括PV板510和DC-P0B545。在該實(shí)施方式中沒有電壓表561、562和563 (圖5A、5B、5C)并且電壓傳感器或電壓測(cè)量功能被合并在控制器550內(nèi)。在該實(shí)施方式中，控制器550通過對(duì)電壓測(cè)量點(diǎn)564、565、566和567的連接來測(cè)量子列電壓。在該實(shí)施方式中，單子列兩端的電壓、串聯(lián)的兩個(gè)子列兩端的電壓、和/或所有子列兩端的電壓可以通過連接至適合的電壓感測(cè)點(diǎn)，使用諸如在控制器550內(nèi)的多可控開關(guān)的開關(guān)裝置或其連接至電壓測(cè)量點(diǎn)564、565、566和567來被測(cè)量。例如，子列511和512的組合兩端的電壓可以在測(cè)量點(diǎn)564和566之間被測(cè)得，或者所有子列的組合電壓可以在電壓感測(cè)點(diǎn)564和567之間被測(cè)得。類似的結(jié)構(gòu)可以被用于測(cè)量開關(guān)580和/或端子582和584兩端的電壓。因此，電壓感測(cè)或測(cè)量可以如圖5A-5C中所示，由單獨(dú)的電壓傳感器564、562、563來執(zhí)行，或者如圖中所示由控制器550本身來執(zhí)行。因此控制器550可以通過從電壓傳感器接收到測(cè)得的電壓或通過測(cè)量電壓來確定電壓。
[0115]控制器/開關(guān)示例
[0116]圖6A是可以作為控制器450、550被實(shí)施的示例性控制器660的框圖。在一種實(shí)施方式中穩(wěn)壓器670將各種PV板輸出電壓轉(zhuǎn)換至恒定的控制器電源電壓。開關(guān)驅(qū)動(dòng)器62為子列旁路開關(guān)441、442、443以及圖4A至4E中的開關(guān)470和480或者為子列旁路開關(guān)541、542、543以及圖5A至中的開關(guān)570和580提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)來控制它們的斷開和閉合。用于示例性控制器660的操作的固件被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器664中。在一種實(shí)施方式中，存儲(chǔ)器664是諸如閃存的非易失性存儲(chǔ)器、電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、EPROM、ROM。該固件在示例中所示的中央處理單元(CPU) 672中被執(zhí)行。時(shí)鐘668控制控制器操作的內(nèi)部定時(shí)。用戶界面(UI) 674被提供來例如，向用戶傳輸旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施方式中，這些組件通過所示的控制和數(shù)據(jù)總線676彼此連接。
[0117]在一種實(shí)施方式中，UI674由發(fā)光二極管(LED)組成,其中發(fā)光二極管通過其顏色和照明來指示開關(guān)441、442、443 (圖4A至4E)的狀態(tài)(斷開或閉合)或者開關(guān)541、542、543(圖5A至5D)的狀態(tài)。在又一種實(shí)施方式中，LED指示子列511、512、513或PV板510 (圖5A至OT)內(nèi)，或者子列411、412、413或PV板410 (圖4A至4E)內(nèi)的故障，例如在子列中的開路。在又一種實(shí)施方式中，LED指示板410、510的旁路開關(guān)狀態(tài)(沒有子列被旁路、一個(gè)子列被旁路、兩個(gè)子列被旁路、PV板完全被旁路以及開關(guān)480、580閉合)。
[0118]上文描述了 PV板旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)的基本操作。附加的特征可以在一些實(shí)施方式中被提供以適合特定的操作條件。
[0119]在極弱或沒有照明的一些情況下，示例PV板410、510可能不能夠生成足夠的電能來操作控制器540、550。為了提供這種可能性，在一種實(shí)施方式中，開關(guān)480、580通過使用功率MOSFET來被實(shí)施。功率MOSFET具有形成在MOSFET的主體和漏極之間的自然出現(xiàn)的“內(nèi)置(built-1n)”二極管。圖6B是功率MOSFET作為示例可控開關(guān)的原理圖。圖6B中的示例是N型M0SFET682，并且其內(nèi)置二極管被單獨(dú)地在684示出。內(nèi)置二極管684在MOSFET源和漏極兩端(即與M0SFET682的主導(dǎo)路徑并聯(lián))。在控制器450、550不具有足夠的電能來將M0SFET682驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通的情況中，內(nèi)置二極管684將變得正向偏壓。當(dāng)圖6B的示例MOSFET被實(shí)施為開關(guān)480 (圖4A至4E)或開關(guān)580 (圖5A至5D)時(shí)，內(nèi)置二極管684將導(dǎo)通列電流。在另一種實(shí)施方式中，獨(dú)立二極管被布置為與開關(guān)480、580并聯(lián)并且以類似的方式執(zhí)行。圖6C是這種可控開關(guān)的原理圖，包括具有并聯(lián)的二極管688的開關(guān)686。
[0120]控制器電源電壓穩(wěn)定和電力采集
[0121]如果PV板410、510被嚴(yán)重地遮蔽和/或在其他非理想情況下工作，或者在被旁路的過程中，被提供給控制器450、550的電壓將明顯地波動(dòng)。例如，在圖4C中，當(dāng)板串聯(lián)開關(guān)470斷開并且板旁路開關(guān)480閉合，PV板410本質(zhì)上是開路的并且即使其被嚴(yán)重地遮蔽或者遭受相對(duì)低的照明時(shí)，其電壓會(huì)是幾十伏。當(dāng)板串聯(lián)開關(guān)470閉合并且板旁路開關(guān)480斷開來取消板的旁路，列電流被驅(qū)使通過PV板410。例如，如果PV板410仍然被嚴(yán)重地遮蔽，則板電壓將迅速下降，也許降至低于控制器450的最小工作電壓。在一種實(shí)施方式中，被提供給控制器的電壓針對(duì)來自取消板旁路的波動(dòng)而被穩(wěn)定。
[0122]圖7A是另一種示例PV板系統(tǒng)700的原理圖，該系統(tǒng)在其旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)740中合并了控制器電壓供給穩(wěn)壓的實(shí)施方式。圖7A中沒有示出電壓傳感器461、462、463 (圖4A至4D)以避免附圖的擁擠。二極管710和電容720被連接在連接有PV電池的PV板的電路路徑兩端的電路路徑中?？刂破?50從電容720接收電源電壓。當(dāng)PV板410被旁路時(shí)，電容720通過二極管710充電至PV板輸出電壓。如果當(dāng)板旁路開關(guān)480被斷開并且板串聯(lián)開關(guān)470被閉合時(shí)由于列電流被驅(qū)使通過子列411、412、413而PV板輸出電壓下降，則二極管710將逆向偏壓并且防止電容720放電。被提供給控制器450的電壓將因此相對(duì)地保持恒定并且僅隨著控制器從電容720提取電流而下降。電容720被控制尺寸從而其可以為控制器向控制器450提供足夠的電能來完成喚醒操作。
[0123]圖7B是另一種在其旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)742中也合并了控制器電源電壓穩(wěn)壓的實(shí)施方式的示例PV板系統(tǒng)702的原理圖。圖7B中沒有示出DC-P0B540電壓傳感器561、562、563(圖5A至OT)以避免附圖的擁擠。二極管712和電容722被連接在PV板510兩端的電路路徑?？刂破?50從電容720接收電源電壓。電容720通過二極管710充電至小于二極管壓降的PV板輸出電壓。在板突然遮蔽的情況中，板電壓可能突降至小于控制器550的最小工作電壓的低值。在這種情況下二極管710將變?yōu)槟嫦蚱珘翰⑶译娙?20將為控制器供電以防止其立即關(guān)閉。例如，這將使得控制器550有足夠的時(shí)間來為被遮蔽的狀況發(fā)現(xiàn)新的板MPP點(diǎn)。
[0124]在另一種實(shí)施方式中，穩(wěn)壓電路被用于從PV板410、510獲取額外電能。導(dǎo)通列電流的PV板只要電力系統(tǒng)的電壓保持正的就繼續(xù)向電力系統(tǒng)提供電力。在一些情況中，PV板電壓會(huì)仍是正的但小于向控制器450、550提供的所需電壓。為了確保控制器450、550被提供有其最小工作電壓而在PV板410、510電壓仍是正的時(shí)旁路PV板410、510會(huì)導(dǎo)致功率損失。
[0125]在一種實(shí)施方式中，參照?qǐng)D7B，控制器550監(jiān)控在電容722上的電壓值。圖7C是電源電容720、722的電壓對(duì)時(shí)間的示例圖。在時(shí)間h電容電壓變得與最小電壓Vmin相等，并且控制器550通過斷開開關(guān)570并且閉合開關(guān)580以及停止任何進(jìn)一步的切換來關(guān)閉DC-DC轉(zhuǎn)換器590。這將PV板510從列斷開并且導(dǎo)致PV板電壓上升。即使是在嚴(yán)重遮蔽或降低照明的情況下，PV板510的開路電壓可以容易地達(dá)到幾十伏并且足以為控制器550供電。PV板電壓將正向偏壓二極管712并且電容722將充電至小于二極管712兩端的二極管壓降的PV板電壓。在圖7C中，在時(shí)間t2電壓上升至足夠的級(jí)別從而控制器550重啟轉(zhuǎn)換器590。
[0126]PV板電壓則將會(huì)隨著轉(zhuǎn)換器590從其得到電能而降低。接下來二極管712變得逆向偏壓，然而電容722仍然在之前的電壓。在時(shí)間〖2之后電容722的電壓隨著控制器550繼續(xù)工作和提取電流而緩慢地下降。在圖7C中在時(shí)間t3電容722的電壓再次降至Vmin并且該循環(huán)重復(fù)。圖7C中所示的圖僅以說明為目的。類似或不同的電壓/時(shí)間特性可以在其它實(shí)施方式或?qū)嵤┲斜挥^測(cè)到。
[0127]類似的獲取方案可以被采取至在低照明的周期期間從板410 (圖4A至4E)獲取額外電能。在一種實(shí)施方式中，參照?qǐng)D7A，控制器450監(jiān)控電容720的電壓值。在時(shí)間I1，參照?qǐng)D7C，電容電壓變得等于最小電壓Vmin并且控制器450斷開開關(guān)470、441、442以及443并且閉合開關(guān)480。這將PV板410從列斷開并且PV板電壓將升至PV板的開路電壓。即使在嚴(yán)重地被遮蔽或降低照明的情況下，PV板410的開路電壓很容易地達(dá)到幾十伏，足以為控制器450供電。PV板電壓將正向偏壓二極管710并且電容720將充電至小于二極管710兩端的二極管壓降的PV板電壓。一旦電容720被充電至足夠的電壓，控制器450斷開板旁路開關(guān)480并且閉合板串聯(lián)開關(guān)470。在圖7C中這發(fā)生在時(shí)間t2。在一種實(shí)施方式中，這基本為PV板開路電壓。PV板電壓將隨著列電流經(jīng)過而下降，然而只要電力系統(tǒng)電壓持續(xù)為正，其將繼續(xù)為電力系統(tǒng)供電。二極管710變得反向偏壓，但是電容720仍然被充電為開路板電壓。在時(shí)間t2之后，電容720的電壓緩慢地隨著控制器450繼續(xù)工作以及提取電流而下降。在圖7C中，在時(shí)間〖3電容720的電壓已經(jīng)再次降至Vmin并且該循環(huán)重復(fù)。圖7C中示出的圖僅僅用于示例的目的。類似的或不同的電壓/時(shí)間特性可以在其他實(shí)施方式或?qū)嵤┲锌吹健?
[0128]鐘述
[0129]PV板旁路開關(guān)特征在上文中被公開。再次參照?qǐng)D4A至4E以及7A，但是以多少更普遍的觀念，諸如440、445、740的旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)可以包括第一開關(guān)470和第二開關(guān)480。第一開關(guān)470將被耦合在電力系統(tǒng)和PV板的PV電池連接于其中的PV板410的電路路徑的第一端之間，并且第一開關(guān)可控地將PV板的電路路徑的第一端連接至電力系統(tǒng)以及將PV板的電路路徑的第一端從電力系統(tǒng)斷開。第二開關(guān)480將被耦合在(i )在第一開關(guān)470和電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)和(ii)在PV板410的電路路徑的第二端和電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)之間。第二開關(guān)480可控地?cái)嚅_和閉合將PV板410的電路路徑旁路的旁路電路路徑。
[0130]控制器450可操作地耦合至第一開關(guān)470和第二開關(guān)480以確定PV板410的電路路徑是否將被旁路，并且根據(jù)該確定來控制第一和第二開關(guān)。
[0131]一種PV板旁路開關(guān)裝置還可以包括電壓傳感器461、462、463來被耦合以測(cè)量在PV板410的電路路徑中的PV電池的電壓差。在圖4A、4C和4D中所示的示例中有多個(gè)電壓傳感器461、462、463，但是在其它實(shí)施方式中可以有更多或更少的電壓傳感器。控制器450被率禹合至電壓傳感器461、462、463來根據(jù)由電壓傳感器測(cè)得的電壓差確定PV板410的電路路徑是否將被旁路。
[0132]在一種實(shí)施方式中，單個(gè)的電壓傳感器將被可開關(guān)地耦合在PV板510的電路路徑中的各自電壓測(cè)量點(diǎn)464、465、466、467 (圖4E)之間。
[0133]如在此詳細(xì)描述的，控制器450可以確定PV板的電路路徑中的每個(gè)各自PV電池子列411、412、413是否將被旁路，并且根據(jù)該確定來控制耦合在各自PV電池子列的兩端的PV電池子列開關(guān)441、442、443。
[0134]在一些實(shí)施方式中，在控制器450和第一開關(guān)470之間的電力連接從PV板410向控制器提供電力。電力連接可以包括穩(wěn)壓電路，其在圖7A所述的示例中包括二極管710，其陽極耦合至第一開關(guān)470并且其陰極耦合至控制器450的電力輸入，以及電容720將二極管的陰極耦合至PV板410的電路路徑的第二端。
[0135]當(dāng)PV板或子列被旁路，控制器450可以隨后確定PV板或子列是否應(yīng)該被重新連接。例如，當(dāng)控制器450被配置為響應(yīng)于確定PV板410的電路路徑將被旁路，斷開板串聯(lián)開關(guān)470并且閉合板旁路開關(guān)480，其可以隨后閉合板串聯(lián)開關(guān)并斷開板旁路開關(guān)，并且根據(jù)由電壓傳感器在第一開關(guān)閉合并且第二開關(guān)斷開時(shí)測(cè)得的一個(gè)或多個(gè)電壓差來確定PV板410是否將被重新連接至電力系統(tǒng)，以及根據(jù)進(jìn)一步的確定來控制第一和第二開關(guān)。
[0136]在一種實(shí)施方式中，如上文中所詳細(xì)描述的，控制器450根據(jù)當(dāng)板旁路開關(guān)480閉合時(shí)板旁路開關(guān)480兩端的電壓差來確定PV板是否將被重新連接至電力系統(tǒng)。對(duì)于PV電池子列，在子列開關(guān)441、442、443被閉合后，控制器450可以根據(jù)當(dāng)PV電池子列開關(guān)閉合時(shí)PV電池子列開關(guān)兩端的電壓差來確定PV電池子列是否將被重新連接。在又一種實(shí)施方式中，在PV電池子列被旁路之后，控制器450隨后斷開PV電池子列開關(guān)并且根據(jù)當(dāng)PV電池子列開關(guān)斷開時(shí)由電壓傳感器測(cè)得的PV電池子列兩端的電壓差來進(jìn)一步確定PV電池子列是否將被重新連接，并且根據(jù)PV電池子列是否將被重新連接的確定控制PV電池子列的PV電池子列開關(guān)。
[0137]PV板DC功率優(yōu)化和旁路開關(guān)特征也在上文中被公開。再次參照?qǐng)D5A至以及7B，但是以多少更普遍的觀念，DC功率優(yōu)化和旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)可以包括第一開關(guān)570和第二開關(guān)580。第一開關(guān)570將被耦合在電力系統(tǒng)和PV板的PV電池被連接于其中的PV板510的電路路徑的第一端之間，并且第一開關(guān)可控地將PV板的電路路徑的第一端連接至電力系統(tǒng)以及將PV板的電路路徑的弟一端從電力系統(tǒng)斷開。弟二開關(guān)580將被稱合在(i)在第一開關(guān)570和電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)和(ii)在PV板510的電路路徑的第二端和電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)之間。第二開關(guān)580可控地?cái)嚅_和閉合將PV板510的電路路徑旁路的旁路電路路徑?？刂破?50可操作地耦合至第一開關(guān)570和第二開關(guān)580以確定PV板510的電路路徑是否將被旁路，并且根據(jù)該確定來控制第一和第二開關(guān)。
[0138]在圖5A至以及7B中的示例PV板開關(guān)結(jié)構(gòu)540、545、742包括DC轉(zhuǎn)換器590，該DC轉(zhuǎn)換器590可以被耦合在電力系統(tǒng)和PV板的多個(gè)PV電池被連接于其中的PV板510的電路路徑之間。DC轉(zhuǎn)換器590包括第一開關(guān)570和第二開關(guān)580。示例PV板開關(guān)結(jié)構(gòu)540、545、742還包括可操作地耦合至第一開關(guān)570和第二開關(guān)580的控制器550，以確定PV板510的電路路徑是否將被旁路，并且根據(jù)對(duì)PV板的電路路徑不會(huì)被旁路的確定來為PV板輸出的DC轉(zhuǎn)換控制第一和第二開關(guān)。在一種實(shí)施方式中，控制器550還被配置為根據(jù)對(duì)PV板的電路路徑將被芳路的確定控制弟一開關(guān)將PV板的電路路徑的弟一端從電力系統(tǒng)斷開，以及控制第二開關(guān)閉合將PV板的電路路徑旁路的旁路電路路徑。
[0139]—種開關(guān)結(jié)構(gòu)還可以包括電壓傳感器561、562、563，用于被f禹合以測(cè)量在PV板510的電路路徑中的PV電池兩端的電壓差。在圖5A中所示的示例中有多個(gè)電壓傳感器561、562、563，但在其它實(shí)施方式中可以有更多或更少的電壓傳感器?？刂破?50被耦合至電壓傳感器561、562、563來根據(jù)由電壓傳感器測(cè)得的電壓差確定PV板510的電路路徑是否將被芳路。
[0140]在一種實(shí)施方式中，單個(gè)的電壓傳感器將被可開關(guān)地耦合在PV板510的電路路徑中的各自電壓測(cè)量點(diǎn)564、565、566、567 (圖5D)之間。
[0141]如在此詳細(xì)描述的，控制器550可以確定PV板510的電路路徑中的每個(gè)各自PV電池子列511、512、513是否將被旁路，并且根據(jù)該確定來控制耦合在各自PV電池子列兩端的PV電池子列開關(guān)541、542、543。
[0142]在一些實(shí)施方式中，在控制器550和PV板510之間的電力連接從PV板510向控制器提供電力。電力連接可以包括穩(wěn)壓電路，其在圖7B所述的示例中包括二極管710，其陽極耦合至第一開關(guān)570并且其陰極耦合至控制器550的電力輸入，并且電容720將二極管的陰極耦合至PV板510的電路路徑的第二端。
[0143]當(dāng)PV板或子列已經(jīng)被旁路，控制器550可以隨后確定PV板或子列是否應(yīng)該被重新連接。例如，當(dāng)控制器550被配置為響應(yīng)于確定PV板510將被旁路而斷開開關(guān)570并且閉合開關(guān)580，其可以隨后根據(jù)由電壓傳感器在第一開關(guān)閉合并且第二開關(guān)斷開時(shí)測(cè)得的一個(gè)或多個(gè)電壓差確定PV板是否將通過DC-DC轉(zhuǎn)換器590被重新連接至電力系統(tǒng)，以及根據(jù)該進(jìn)一步確定來控制第一和第二開關(guān)。
[0144]在一種實(shí)施方式中，控制器550根據(jù)PV板兩端的電壓差來確定PV板是否將被重新連接至電力系統(tǒng)。對(duì)于PV電池子列，在子列開關(guān)541、542、543被閉合后，控制器550可以根據(jù)當(dāng)PV電池子列開關(guān)被閉合時(shí)PV電池子列開關(guān)兩端的電壓差來確定PV電池子列是否將被重新連接。在另一種實(shí)施方式中，在PV電池子列被旁路之后，控制器550隨后斷開PV電池子列開關(guān)并且根據(jù)當(dāng)PV電池子列開關(guān)被閉合時(shí)由電壓傳感器測(cè)得的PV電池子列兩端的電壓差來進(jìn)一步確定PV電池子列是否將被重新連接，并且根據(jù)對(duì)PV電池子列是否將被重新連接的確定控制PV電池子列的PV電池子列開關(guān)。
[0145]在包括DC轉(zhuǎn)換器590的實(shí)施方式中，響應(yīng)于PV板510將被重新連接至電力系統(tǒng)的確定，控制器550為DC轉(zhuǎn)換控制開關(guān)570、580。
[0146]在圖5A至以及7B中所示的示例中，DC轉(zhuǎn)換器590是降壓轉(zhuǎn)換器，并且包括耦合在第一開關(guān)570和第一端子582之間的電感586以及稱合在第一端子582和第二端子584之間的電容588，其中DC轉(zhuǎn)換器通過第一端子582和第二端子584被耦合至電力系統(tǒng)。其它DC轉(zhuǎn)換器類型是可行的。
[0147]如上所述，針對(duì)DC轉(zhuǎn)換的開關(guān)570、580的控制可以將PV板510維持在其最大功率點(diǎn)。這種類型的MPP跟蹤可以通過控制DC轉(zhuǎn)換中切換第一開關(guān)570的占空比來實(shí)現(xiàn)。
[0148]圖4A至4E、5A至?、7Α和7Β將PV板410、510和PV板旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)440、445、540、545、740、742示為分開的部件。PV板系統(tǒng)400、401、500、501、700、702可以包括所有這些部件。在一些實(shí)施方式中，旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)440、445、540、545、740、742可以被整合至PV板。在一些實(shí)施方式中，旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)可以被整合至PV板的接線盒。如本文中所描述的，如果PV板410、510以及PV板旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)440、445、540、545、740、742被分別地制造或者被分別的提供，則PV板旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)的組件將被連接至或耦合至PV板以及電力系統(tǒng)。在整合的封裝或產(chǎn)品中，或者在安裝被單獨(dú)提供的組件之后，例如這些連接可以已經(jīng)在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br>
[0149]示例方法
[0150] 上述的實(shí)施方式主要在示例PV板系統(tǒng)的情況中被描述。其它的實(shí)施方式，例如包括方法也是被考慮的。圖8是示例方法的流程圖。
[0151 ] 示例方法800包括在802確定PV電池連接于其中的PV板的電路路徑是否將被旁路。在804, f禹合在電力系統(tǒng)和PV板電路路徑的第一端之間的第一開關(guān)(例如圖4A至4E以及7A中的470或者圖5A至以及7B中的570)被控制，以根據(jù)在802所述的確定，將PV板電路路徑的第一端耦合至電力系統(tǒng)或者將PV板電路路徑的第一端從電力系統(tǒng)斷開。在804的控制還包括根據(jù)在802的確定控制耦合在(i)在第一開關(guān)470和電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)和(ii)在PV板的電路路徑的第二端和電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)之間的第二開關(guān)(例如圖4A至4E以及7A中的480或者圖5A至以及7B中的580)來斷開或閉合將PV板的電路路徑旁路的旁路電路路徑。在804對(duì)開關(guān)的控制可以包括將開關(guān)的一個(gè)或兩個(gè)維持在其當(dāng)前的斷開或閉合狀態(tài)，和/或改變開關(guān)的一個(gè)或兩個(gè)的狀態(tài)。應(yīng)該理解的是，在本文中連接和斷開以及斷開和閉合的含義將區(qū)別于DC-DC轉(zhuǎn)換器的普通的開關(guān)操作，其中在DC-DC轉(zhuǎn)換器中，圖5A至以及圖7B中的開關(guān)570和580以轉(zhuǎn)換器的工作頻率交替地?cái)嚅_和閉合。
[0152]示例方法800是一種示例性實(shí)施方式?？梢员粓?zhí)行的附加操作的示例，例如測(cè)量電壓、旁路PV電池子列和/或重新連接被旁路的PV板或PV電池子列將從說明和關(guān)于裝置和系統(tǒng)實(shí)施的附圖中變得清晰。進(jìn)一步的變形將會(huì)或變得明顯。
[0153]在這里參照?qǐng)D7A至7C描述的一種該變形關(guān)于電壓穩(wěn)定。在PV板旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)440,445,740的情況中，穩(wěn)壓可以包括當(dāng)電容720 (圖7A)放電至被示出為控制器450的最小工作電壓的第一電壓時(shí)斷開板串聯(lián)開關(guān)470并且閉合板旁路開關(guān)480，然后對(duì)電容充電。二極管710變?yōu)檎蚱珘?，并且電?20被充電至高于第一電壓的第二電壓。該第二電壓可以與PV板410開路電壓一樣高，該開路電壓小于二極管710兩端的壓降。穩(wěn)壓的下一個(gè)步驟包括當(dāng)電容720充電至第二電壓時(shí)閉合板串聯(lián)開關(guān)470并且斷開板旁路開關(guān)480。PV板410可以因此被周期性地旁路，接下來其電壓上升并且為電容720充電，PV板410被重新連接并且電容具有足夠的存儲(chǔ)電量來在一段時(shí)間內(nèi)為控制器450供電，并且接下來該循環(huán)再次重復(fù)。這種機(jī)制是很有用的，因?yàn)榧词乖诘洼敵鲭妷旱臈l件下能夠在保持控制器450被供電的同時(shí)“收獲”能量。
[0154]在圖5A至以及7B中的PV板旁路開關(guān)結(jié)構(gòu)540、545、742的情況中，穩(wěn)壓可以包括當(dāng)電容720 (圖7B)放電至被示出為控制器550的最小工作電壓的第一電壓時(shí)停止開關(guān)570和580的切換，并且接下來對(duì)電容充電。二極管712變?yōu)檎蚱珘海⑶译娙?22充電至高于第一電壓的第二電壓。該第二電壓可以與PV板510的開路電壓一樣高，該開路電壓小于二極管712兩端的降壓。穩(wěn)壓的下一個(gè)步驟包括當(dāng)電容722充電至第二電壓時(shí)恢復(fù)開關(guān)570和580的切換。
[0155]在這種實(shí)施方式中DC - DC轉(zhuǎn)換器590被關(guān)閉，導(dǎo)致PV板電壓上升并且為電容722充電，DC-DC轉(zhuǎn)換器590然后被重啟并且電容具有足夠的存儲(chǔ)電能來在一段時(shí)間內(nèi)為控制器550供電，接下來該循環(huán)再次重復(fù)。這種機(jī)制是很有用的，因?yàn)榧词乖诘洼敵鲭妷旱臈l件下能夠在保持控制器550被供電的同時(shí)“收獲”能量。
[0156]另一種變形涉及提供DC轉(zhuǎn)換的實(shí)施方式。這種方法可以包括在802確定PV板的多個(gè)PV電池連接其中的PV板的電路路徑是否將被旁路。在804的開關(guān)控制可以包括根據(jù)確定PV板的電路路徑將不被旁路，針對(duì)PV板輸出的DC轉(zhuǎn)換控制DC轉(zhuǎn)換器的第一和第二開關(guān)。第一開關(guān)被耦合在電力系統(tǒng)和PV板的電路路徑的第一端之間，并且第二開關(guān)被耦合在(i)在第一開關(guān)和電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)與(ii)在PV板的電路路徑的第二端和電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)之間。在804的開關(guān)控制還可以包括根據(jù)確定PV板的電路路徑將被旁路來控制第一開關(guān)將PV板的電路路徑的第一端從電力系統(tǒng)斷開，并且根據(jù)確定PV板的電路路徑將被旁路來控制第二開關(guān)閉合將PV板的電路路徑旁路的旁路電路路徑。
[0157]圖9是另一個(gè)示例方法900的流程圖，該方法涉及制造、建造和/或安裝PV板系統(tǒng)。示例方法900包括在902提供PV板。該P(yáng)V板包括連接有PV電池的電路路徑。在904提供開關(guān)和控制器。開關(guān)包括第一開關(guān)(例如圖4A至4E以及7A中的470)，用于可開關(guān)地將PV板的電路路徑的第一端連接至電力系統(tǒng)，以及第二開關(guān)(例如圖4A至4E以及7A中的480)，用于可開關(guān)地連接(i)在第一開關(guān)和電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)與(ii)在電路路徑的第二端和電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)。在904提供控制器以確定PV板的電路路徑是否將被旁路并且根據(jù)該確定控制第一和第二開關(guān)。這些示例性操作涉及制造或建立PV板系統(tǒng)。
[0158]這種PV板系統(tǒng)的安裝可以在隨后在906被執(zhí)行。在安裝中，第一開關(guān)和PV板的電路路徑的第二端被連接至電力系統(tǒng)。
[0159]如同示例方法800，示例方法900是示例的目的，并且其他實(shí)施方式可以包括變形。
[0160]在一種變形中，在902提供PV板，并且在904提供開關(guān)和控制器，包括:提供DC轉(zhuǎn)換器，該DC轉(zhuǎn)換器包括第一開關(guān)(例如圖5A至以及7B中的570)，用于可開關(guān)地將PV板的電路路徑的第一端連接至電力系統(tǒng)，以及第二開關(guān)(例如圖5A至以及7B中的580)，用于可開關(guān)地連接(i)在第一開關(guān)和電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)與(ii)在PV板的電路路徑的第二端和電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)；以及提供控制器以確定PV板的電路路徑是否將被旁路并且根據(jù)PV板的電路路徑將不被旁路的確定針對(duì)PV板輸出的DC轉(zhuǎn)換控制第一和第二開關(guān)。控制器還可以根據(jù)PV板的電路路徑將被旁路的確定來控制第一開關(guān)來將PV板的電路路徑的第一端從電力系統(tǒng)斷開并且控制第二開關(guān)來閉合將PV板的電路路徑旁路的旁路電路路徑。如上所述，這種PV板系統(tǒng)的安裝可以在隨后在906通過將第一開關(guān)和PV板的電路路徑的第二端連接至電力系統(tǒng)來被執(zhí)行。
[0161]
[0162]已經(jīng)被描述的僅僅是本發(fā)明公開的實(shí)施方式的原理的應(yīng)用的說明。其他結(jié)構(gòu)和方法可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施。
[0163]例如，雖然在本文的環(huán)境中主要以方法和系統(tǒng)來描述，其他的實(shí)施也是可以被考慮的。至少例如控制特征可以被實(shí)施為存儲(chǔ)在永久計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的指令。
[0164]應(yīng)該理解的是，DC-POB的實(shí)施不被僅限于如圖7B以及5A至中所示的基于降壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。在此描述的示例DC-POB是DC-DC轉(zhuǎn)換器功能可以被整合在旁路開關(guān)內(nèi)而不需要任何附加開關(guān)部件的實(shí)施方式的示例。在圖7B以及5A至中所示的實(shí)施方式中，開關(guān)570、580是兩用開關(guān)，并且針對(duì)DC-DC轉(zhuǎn)換器和板旁路開關(guān)而被切換。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏(PV)板旁路開關(guān)裝置，包括: 第一開關(guān)，該第一開關(guān)被耦合在電力系統(tǒng)和所述PV板的電路路徑的第一端之間，所述PV板的多個(gè)PV電池被連接在所述PV板的電路路徑中，所述第一開關(guān)可控地將所述PV板的所述電路路徑的所述第一端連接至電力系統(tǒng)以及將所述PV板的所述電路路徑的所述第一端從所述電力系統(tǒng)斷開； 第二開關(guān)，該第二開關(guān)被耦合在(i)在所述第一開關(guān)和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)與(ii)在所述PV板的所述電路路徑的第二端和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)之間，所述第二開關(guān)可控地?cái)嚅_和閉合將所述PV板的所述電路路徑進(jìn)行旁路的旁路電路路徑；以及 控制器，該控制器可操作地耦合至所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)，以確定所述PV板的所述電路路徑是否將被旁路，以及根據(jù)該確定控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV板開關(guān)裝置， 所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)包括DC轉(zhuǎn)換器， 所述控制器還被配置為根據(jù)對(duì)所述PV板的所述電路路徑將不被旁路的確定來控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)以進(jìn)行所述PV板輸出的DC轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PV板開關(guān)裝置，還包括: 電壓傳感器，該電壓傳感器被耦合來測(cè)量所述PV板的所述電路路徑中的PV電池兩端的電壓差； 所述控制器被耦合至所述電壓傳感器來根據(jù)由所述電壓傳感器測(cè)得的電壓差確定所述PV板的所述電路路徑是否將被旁路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PV板開關(guān)裝置，還包括: 各自的PV電池子列開關(guān)，該各自的PV電池子列開關(guān)被耦合在多個(gè)PV電池的各自的子列兩端， 所述控制器可操作地耦合至所述PV電池子列開關(guān)，以確定所述PV板的所述電路路徑中的每個(gè)各自的PV電池子列是否將被旁路，以及根據(jù)對(duì)所述PV板的所述電路路徑中的每個(gè)PV電池子列是否將被旁路的確定來控制所述PV電池子列開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PV板開關(guān)裝置，還包括: 在所述控制器和所述PV板之間的電連接，用于從所述PV板向所述控制器提供電力，所述電連接包括穩(wěn)壓電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PV板開關(guān)裝置，所述穩(wěn)壓電路包括: 二極管，該二極管的陽極被耦合至所述PV板并且所述二極管的陰極被耦合至所述控制器的電力輸入； 電容，該電容用于將所述二極管的陰極耦合至所述PV板的所述電路路徑的第二端。
7.根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PV板開關(guān)裝置，所述控制器還被配置為在確定所述PV板的所述電路路徑將被旁路之后，進(jìn)一步確定所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)，并且根據(jù)該進(jìn)一步確定控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)。
8.根根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PV板開關(guān)裝置，還包括: 電壓傳感器，用于測(cè)量在所述PV板的所述電路路徑中的PV電池兩端的電壓差， 所述控制器被耦合至所述電壓傳感器來根據(jù)由所述電壓傳感器測(cè)得的電壓差來確定所述PV板的所述電路路徑是否將被旁路，所述控制器被配置為響應(yīng)于確定所述PV板的所述電路路徑將被旁路，斷開所述第一開關(guān)并且閉合所述第二開關(guān)， 所述控制器還被配置為隨后閉合所述第一開關(guān)并且斷開所述第二開關(guān)，以及根據(jù)由所述電壓傳感器在所述第一開關(guān)閉合并且所述第二開關(guān)斷開時(shí)測(cè)得的電壓差來進(jìn)一步確定所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)， 所述控制器還被配置為根據(jù)所述進(jìn)一步確定來控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PV板開關(guān)裝置，還包括: 電壓傳感器，用于測(cè)量在所述PV板的所述電路路徑中的PV電池的兩端的電壓，所述控制器被耦合至所述電壓傳感器來根據(jù)由所述電壓傳感器測(cè)得的電壓差來確定所述PV板的所述電路路徑是否將被旁路， 所述控制器被配置為響應(yīng)于確定所述PV板的所述電路路徑將被旁路，斷開所述第一開關(guān)并且閉合所述第二開關(guān)， 所述控制器還被配置為隨后根據(jù)在所述第二開關(guān)閉合時(shí)所述第二開關(guān)兩端的電壓差來確定所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)，以及根據(jù)對(duì)所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)的確定來控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PV板開關(guān)裝置，還包括: 電壓傳感器，該電壓傳感器可開關(guān)地耦合在所述PV板的所述電路路徑中的各自的電壓測(cè)量點(diǎn)對(duì)之間，用于測(cè)量在各自的電壓測(cè)量點(diǎn)之間的各自的電壓差，各自的子列被連接在該各自的電壓測(cè)量點(diǎn)對(duì)之間， 所述控制器被耦合至所述電壓傳感器來根據(jù)由所述電壓傳感器測(cè)得的電壓差確定所述PV板的所述電路路徑中的PV電池子列是否將被旁路， 所述控制器被配置為響應(yīng)于確定所述PV板的所述電路路徑中的PV電池子列將被旁路，閉合耦合在該P(yáng)V電池子列兩端的PV電池子列開關(guān)， 所述控制器還被配置為在確定所述PV電池子列將被旁路之后，根據(jù)當(dāng)所述PV電池子列開關(guān)閉合時(shí)所述PV電池子列開關(guān)兩端的電壓差來確定所述PV電池子列是否將被重新連接，以及根據(jù)對(duì)所述PV電池子列是否將被重新連接的確定來控制所述PV電池子列的所述PV電池子列開關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PV板開關(guān)裝置，還包括: 電壓傳感器，該電壓傳感器可開關(guān)地耦合在所述PV板的所述電路路徑中的各自的電壓測(cè)量點(diǎn)對(duì)之間，用于測(cè)量在各自的電壓測(cè)量點(diǎn)之間的各自的電壓差，各自的子列被連接在該各自的電壓測(cè)量點(diǎn)對(duì)之間， 所述控制器被耦合至所述電壓傳感器來根據(jù)由所述電壓傳感器測(cè)得的電壓差確定所述PV板的所述電路路徑中的PV電池子列是否將被旁路， 所述控制器被配置為響應(yīng)于確定所述PV板的所述電路路徑中的PV電池子列將被旁路，閉合耦合在該P(yáng)V電池子列兩端的PV電池子列開關(guān)， 所述控制器還被配置為隨后斷開所述PV電池子列開關(guān)并且根據(jù)由所述電壓傳感器在所述PV電池子列開關(guān)斷開時(shí)測(cè)得的所述PV電池子列兩端的電壓差來進(jìn)一步確定所述PV電池子列是否將被重新連接，以及根據(jù)對(duì)所述PV電池子列是否將被重新連接的確定來控制所述PV電池子列的所述PV電池子列開關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PV板開關(guān)裝置，所述DC轉(zhuǎn)換器包括降壓轉(zhuǎn)換器。
13.根根據(jù)權(quán)利要求2所述的PV板開關(guān)裝置，所述DC轉(zhuǎn)換器還包括: 電感，該電感耦合在所述第一開關(guān)和第一端子之間，其中所述DC轉(zhuǎn)換器將通過所述第一端子耦合至所述電力系統(tǒng)； 電容，所述電容耦合在所述第一端子和第二端子之間，其中所述DC轉(zhuǎn)換器將通過所述第二端子耦合至所述電力系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PV板開關(guān)裝置，所述控制器被配置為針對(duì)DC轉(zhuǎn)換控制所述第一開關(guān)和所述 第二開關(guān)來將所述PV板維持在該P(yáng)V板的最大功率點(diǎn)。
15.根根據(jù)權(quán)利要求14所述的PV板開關(guān)裝置，所述控制器被配置為通過針對(duì)所述DC轉(zhuǎn)換控制切換所述第一開關(guān)的占空比來將所述PV板維持在該P(yáng)V板的最大功率點(diǎn)。
16.—種光伏(PV)板系統(tǒng),包括: 權(quán)利要求1或2中所述的PV板開關(guān)裝置； 包括連接在所述電路路徑中的所述多個(gè)PV電池的PV板。
17.一種電力系統(tǒng),包括: 多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求16所述的PV板系統(tǒng)。
18.—種方法,包括: 確定光伏(PV)板的電路路徑是否將被旁路，所述PV板的多個(gè)PV電池被連接在該P(yáng)V板的電路路徑中； 控制耦合在電力系統(tǒng)和所述PV板的所述電路路徑的第一端之間的第一開關(guān)以根據(jù)所述確定將所述PV板的所述電路路徑的所述第一端連接至電力系統(tǒng)或者將所述PV板的所述電路路徑的所述第一端從所述電力系統(tǒng)斷開； 控制耦合在(i)在所述第一開關(guān)和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)與(ii)在所述PV板的所述電路路徑的第二端和所述電力系統(tǒng)之間的點(diǎn)之間的第二開關(guān)以根據(jù)所述確定斷開或閉合將所述PV板的所述電路路徑進(jìn)行旁路的旁路電路路徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 根據(jù)確定所述PV板的所述電路路徑將不被旁路，控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)以進(jìn)行所述PV板輸出的DC轉(zhuǎn)換。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，還包括: 測(cè)量所述PV板的所述電路路徑中的PV電池兩端的電壓差； 所述確定包括根據(jù)測(cè)得的電壓差確定所述PV板的所述電路路徑是否將被旁路。
21.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，還包括: 從所述PV板向控制器提供電力； 穩(wěn)定被提供給所述控制器供電的電壓， 所述穩(wěn)壓包括: 提供穩(wěn)壓電路，該穩(wěn)壓電路包括:二極管，該二極管的陽極被耦合至所述PV板并且所述二極管的陰極被耦合至所述控制器的電力輸入；以及電容，該電容用于將所述二極管的陰極耦合至所述PV板的所述電路路徑的第二端； 當(dāng)所述電容放電至第一電壓時(shí)，斷開所述第一開關(guān)并且閉合所述第二開關(guān)； 當(dāng)所述電容放電至高于所述第一電壓的第二電壓時(shí)，閉合所述第一開關(guān)并且斷開所述第二開關(guān)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，還包括:在確定所述PV板的電路路徑將被旁路之后，確定所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)； 根據(jù)對(duì)所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)的確定，進(jìn)一步控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，還包括: 測(cè)量在所述PV板的所述電路路徑中的PV電池的兩端的電壓； 所述確定包括根據(jù)測(cè)得的電壓差確定所述PV板的所述電路路徑是否將被旁路； 對(duì)所述第一開關(guān)的控制包括響應(yīng)于確定所述PV板的所述電路路徑將被旁路，斷開所述第一開關(guān)； 對(duì)所述第二開關(guān)的控制包括響應(yīng)于確定所述PV板的所述電路路徑將被旁路，閉合所述第二開關(guān)， 該方法還包括: 隨后閉合所述第一開關(guān)并且斷開所述第二開關(guān)； 根據(jù)當(dāng)所述第一開關(guān)閉合并且所述第二開關(guān)斷開時(shí)測(cè)得的電壓差來確定所述PV板是否將被重新連接至所述電 力系統(tǒng)； 根據(jù)對(duì)所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)的確定來控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)。
24.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，還包括: 測(cè)量在所述PV板的所述電路路徑中的PV電池兩端的電壓差； 所述確定包括根據(jù)測(cè)得的電壓差確定所述PV板的所述電路路徑是否將被旁路； 對(duì)所述第一開關(guān)的控制包括響應(yīng)于確定所述PV板的所述電路路徑將被旁路，斷開所述第一開關(guān)； 對(duì)所述第二開關(guān)的控制包括響應(yīng)于確定所述PV板的所述電路路徑將被旁路，閉合所述第二開關(guān)， 該方法還包括: 隨后根據(jù)當(dāng)所述第二開關(guān)閉合時(shí)所述第二開關(guān)兩端的電壓差來確定所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)； 根據(jù)對(duì)所述PV板是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)的確定來控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)。
25.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，還包括: 測(cè)量在所述PV板的所述電路路徑中的多個(gè)PV電池的各自的子列兩端的各自的電壓差， 根據(jù)測(cè)得的電壓差確定所述PV板的所述電路路徑中的每個(gè)各自PV電池子列是否將被芳路， 根據(jù)對(duì)所述PV板的所述電路路徑中的每個(gè)PV電池子列是否將被旁路的確定，控制耦合在所述各自的PV電池子列兩端的各自的PV電池子列開關(guān)； 對(duì)各自的PV電池子列開關(guān)的控制包括:響應(yīng)于確定所述PV板的所述電路路徑中的PV電池子列將被旁路，閉合耦合在該P(yáng)V電池子列兩端的PV電池子列開關(guān)，該方法還包括: 隨后根據(jù)當(dāng)所述PV電池子列開關(guān)閉合時(shí)所述PV電池子列開關(guān)兩端的電壓差來確定所述PV電池子列是否將被重新連接； 根據(jù)對(duì)所述PV電池子列是否將被重新連接的確定來控制所述PV電池子列的PV電池子列開關(guān)。
26.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，還包括: 測(cè)量在所述PV板的所述電路路徑中的多個(gè)PV電池的各自的子列兩端的各自電壓差， 根據(jù)測(cè)得的電壓差確定所述PV板的所述電路路徑中的每個(gè)各自PV電池子列是否將被芳路； 根據(jù)對(duì)所述PV板的所述電路路徑中的每個(gè)PV電池子列是否將被旁路的確定，控制耦合在所述各自的PV電池子列兩端的各自的PV電池子列開關(guān)； 對(duì)各自的PV電池子列開關(guān)的控制包括:響應(yīng)于確定所述PV板的所述電路路徑中的PV電池子列將被旁路，閉合耦合在該P(yáng)V電池子列兩端的PV電池子列開關(guān)， 該方法還包括: 隨后斷開所述PV電池子列開關(guān)； 根據(jù)當(dāng)所述PV電池子列開關(guān)斷開時(shí)在所述PV電池子列兩端測(cè)得的電壓差來確定所述PV電池子列是否將被重新連接至所述電力系統(tǒng)； 根據(jù)對(duì)所述PV電池子列是否將被重新連接的確定來控制所述PV電池子列開關(guān)。
【文檔編號(hào)】H02S40/30GK104052391SQ201410099109
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】R·K·奧爾, A·M·J·R·帕坎 申請(qǐng)人:索蘭托半導(dǎo)體公司