[發明專利]用于太陽能光伏能量收集和轉換的系統及方法

在審

• 申請號: 201280044009.1
• 申請日: 2012-07-11
• 公開（公告）號: CN103782471A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 希貝希斯·博瓦米克
• 申請（專利權）人: 賽恩沃茨公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 陳源;顧麗波

相關申請的交叉引用

本申請根據《美國法典》第35卷第119（e）節要求于2011年7月11日提交的標題為“SYSTEM?AND?METHODS?FOR?SOLAR?PHOTOVOLTAIC?ENERGY?COLLECTION?AND?CONVERSION”的臨時申請第61/506,544號的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

背景技術

目前，可看到能量發電系統增加了使用諸如太陽能之類的可再生能源。例如，太陽能收集可通過利用光伏效應而發生。為了在成本方面實現太陽能光伏（PV）系統的市電同價，美國能源部（DOE）例如已經預估出諸如PV逆變器之類的將直流電（DC）能量轉換為電網兼容的交流電（AC）能量的電力轉換設備花費應當不超過$0.10/瓦特。逆變器的$0.10/瓦特的預算是把硬件成本、安裝以及整個使用期的運行&維護（O&M）成本都包括在內的。對目前實際使用的現有的PV逆變器拓撲結構和那些未來計劃開發的PV逆變器拓撲結構的評估表明在目前及計劃的成本與DOE的市電同價的目標成本之間存在顯著差異。在世界各地，PV逆變器的平均銷售價格（所有市場和kW規模的平均值）在2010年是$0.29/瓦特，這不包括安裝和O&M成本。

微型逆變器或微型轉換器的花費比在單點聚集DC-AC轉換功能的集中式逆變器（典型地為100kW及以上規模）的花費多約2至3倍。然而，傳統的集中式逆變器無法捕獲由于電池板到電池板的變化引起的損失能量。研究表明未捕獲的能量不僅僅是收益損失，而且還可能是PV電池板隨著時間劣化的速度加快的原因，這是由于較高的電池工作溫度引起的。盡管微型逆變器和微型轉換器的花費遠超于集中式逆變器的花費，但是它們具有通過顯著改善最大功率點追蹤功能的粒度以提升系統性能的潛能，這是因為它們一般被設計為僅與一個單獨的PV電池板連接。盡管它們具有被感知了的性能增強能力，但是現有的微型逆變器或微型轉換器解決方案的價格遠遠超出了DOE的市電同價目標。

因此，盡管隨著過多的新拓撲結構和架構被提出，PV逆變器技術領域中的活動近期復蘇了，但是，仍然存在對能夠在保持微型逆變或微型轉換的被感知了的利益的同時實現顯著的成本降低的解決方案的需求。進一步存在對不影響電力轉換效率的節能太陽能收集的需求。本文公開的系統和方法滿足這些需求，并且能夠從提出的架構（其累計地使得整體解決方案的額外系統成本降低）獲得進一步的利益。

附圖說明

各附圖通過示例的方式而非通過限制的方式示出了本文的公開內容，以及附圖中相同的參考數字表示相似的元件，附圖中：

圖1示出了根據一個實施例的示例能量收集和轉換系統；

圖2A至圖2D描繪了根據本文描述的實施例的逆變器、微型逆變器或H橋；

圖3A至圖3B示出了根據不同的實施例的包括負荷中心或終端盒的能量收集和轉換系統的示例；

圖4示出了根據一個實施例的在三相配置中具有單相組串的示例系統；

圖5示出了根據一個實施例的顯示了串部件細節的示例能量收集和轉換系統；

圖6示出了根據一個實施例的如圖5描繪的串部件的詳細功率電路圖；

圖7示出了根據一個實施例的用于收集和轉換能量的示例方法；

圖8示出了在一個或多個實施例中可包括在能量收集和轉換系統中的同步電網跟蹤器的示例；

圖9A至圖9B示出了根據一個實施例的能量收集和轉換系統的功率流（power?flow）表示；

圖10示出了根據一個實施例的功率控制器；

圖11示出了根據一個實施例的能量收集和轉換系統的簡化示例；

圖12示出了根據一個實施例的表明了組串電壓與電網電壓關系的相量圖；

圖13示出了根據一個實施例的用在能量收集和轉換系統中的多頻能量耦合器電路的示例；

圖14示出了根據一個實施例的平衡的DC和AC功率操作；以及

圖15示出了根據一個實施例的功率平衡配置。

具體實施方式

本文描述的實施例針對高效地轉換能量和最大化功率輸出的能量收集和轉換系統而提供。如本文所述，所述能量收集和轉換系統可通過減少發生在該系統內的轉換次數而高效地將直流電（DC）能量轉換為交流電（AC）能量。此外，盡管本文描述的實施例將PV電池板稱作能源輸入端，但是該概念可以被本領域的普通技術人員擴展至其它類型的能量收集/產生或能量儲存系統。