[發明專利]用于智能型轉換器數組的系統及方法

無效

• 申請號: 200980123559.0
• 申請日: 2009-05-14
• 公開（公告）號: CN102067429A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 安德魯·福斯;米格爾·戈麥斯;唐·梅德利;羅蘭·韓德爾;加里·哈森弗斯;道格·貝格
• 申請（專利權）人: 國家半導體公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02N6/00;G05F1/67
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 繆利明

技術領域

本發明大致上關于電力系統，更特別關于用于從太陽能電池功率數組轉換能量的系統及方法。

背景技術

光電伏打(PV)面板(此處也稱為「太陽能面板」)使用來自太陽的輻射光以產生電能。太陽能面板包含眾多PV電池以將陽光轉換成電能。大部份的太陽能面板使用晶圓為基礎的結晶硅或以鍗化鎘為基礎的薄膜電池。通常用于PV電池中的晶圓形式結晶硅系從硅衍生的，通常作為半導體。PV電池是半導體裝置，將光直接轉換成能量。當光照射于PV電池上時，于電池上產生跨壓，以及，當連接至導線時，電流流經電池。電壓及電流隨著數種因素變化，包含電池的實體尺寸、照射于電池上的光量、電池的溫度、及外部因素。

太陽能面板(也稱為PV模塊)由串聯及并聯的PV電池制成。舉例而言，PV電池首先在一組內串聯耦接。然后，眾多組并聯耦接。類似地，PV數組(也稱為「太陽能數組」)是由串聯及并聯配置的太陽能面板制成。實體上彼此相當接近地設置之二或更多PV數組稱為PV數組場。

由每一太陽能面板產生的電力由太陽能面板的電壓及電流決定。在太陽能數組電連接制成串聯以取得所需的輸出串電壓及/或制成并聯以提供所需數量的串電流源能力。在某些情形中，每一面板電壓由DC-DC轉換器升壓或突然升高。

太陽能數組連接至電負載、電柵或電力儲存裝置，例如但不限于蓄電池。太陽能面板配送直流(DC)電力。當電負載、電柵或電力儲存裝置使用交流(AC)電(舉例而言，每秒60周或60赫茲(Hz)操作時)，太陽能數組經由DC-AC轉換器而連接至電負載、電柵、或電力儲存裝置。

太陽能面板呈現它們的I-V曲線所述電壓及電流特征。當太陽能電池未連接至負載時，它們的端點跨壓高于它們的開路電壓V_cc。當端點連接在一起以形成短路時，產生短路電流I_sc。在此二情形中，由于功率系由電壓乘以電流而產生的，所以，不會產生功率。最大功率點(MPP)界定太陽能面板以最大功率操作的點。

在傳統的太陽能數組中，太陽能數組中所有各別的太陽能面板必須接收用于數組完整的陽光以適當地工作。假使數組的一部份被遮蔽時，或者受損時，則整體功率輸出會降低，即使從那些仍然受陽光曝照的區域輸出的功率也會降低。無可避免地，在很多太陽能數組中也存在有面板之間效率降低差異。因此，當這些差異未被偵測到及未被校正時，會留下未實現顯著數量的能量。

以往嘗試產生「微轉換器」，將單一太陽能面板產生的DC功率轉換成AC功率。每一面板(也稱為每一模塊)反向造成的重要優點包含局部化最大功率點追蹤(MPPT)及隨著時間以新太陽能面板更換過時的太陽能面板能力。不需要符合太陽能數組中大部份可能是過時的現有太陽能面板的電壓及電流特征，即可執行過時的太陽能面板更換。

但是，在此傳統系統中，現存的太陽能面板以從AC電力網看到的峰值電壓(例如，對于單相120V為約200V，對于三相208V為約300V)之下的電壓操作。因此，此傳統的系統必須包含升壓級。升壓級需要更復雜的電路，包含昂貴的變壓器及不可靠的組件。

傳統的反相器設計中存在有代價交換。轉換器設計的代價交換關于脈沖波調變(PWM)切換頻率。較高的頻率增加柵追蹤的準確度，因而降低諧波失真。但是，較高的頻率等于更多的切換。增加的切換會因切換損耗而降低效率。

此外，在電感器設計上，有與板上電感及實體尺寸相關的代價交換。大的、高電感電感器提供最小的諧波失真。但是，大的、高電感電感器以金錢成本及物理空間而言是昂貴的。

發明內容

提供用于太陽能電池電力系統的太陽能面板數組。太陽能面板數組包含眾多太陽能面板。太陽能面板數組也包含眾多并聯地耦合至太陽能面板的轉換器。至少一組控制器配置成協調眾多轉換器的操作以執行交錯切換。

提供用于太陽能電池電力系統的轉換器。轉換器包含用以耦合至多個太陽能面板的正極端第一輸入端。轉換器也包含第一高側開關，耦合至第一輸入端；第二高側開關，耦合至第一輸入端；第一電感器，耦合于第一高側開關與第一輸出端之間；第二電感器，耦合于第二高側開關與第二輸出端之間；第一下拉開關，耦合至第一輸出；第二下拉開關，耦合至第二輸出；及控制器。控制器配置成改變第一及第二高側開關及第一和第二下拉開關的操作。

提供用于光電伏打數組電流轉換的方法。所述方法包含由多個轉換器從多個太陽能面板接收電能。協調轉換器的切換以由多個轉換器執行直流能量轉換成交流能量交替轉換。