公開的實施例和原理提供了一種將采用本地化最大功率點跟蹤(MPPT)的高效小外形功率電子設(shè)備集成到基于屋頂頂板的光伏電力系統(tǒng)的方法。對于200W功率輸出具有小到1/4英寸的高度或外形的DC-DC功率轉(zhuǎn)換器能夠包含在光伏建筑一體化(BIPV)屋頂蓋板中。DC-DC功率轉(zhuǎn)換器將兩行串聯(lián)的光伏蓋板產(chǎn)生的相對低的電壓提高到由DC-AC逆變器使用的高電壓，其中每個光伏蓋板包括光伏電池。例如，DC-DC功率轉(zhuǎn)換器將兩行串聯(lián)光伏蓋板產(chǎn)生的電壓從幾十伏特提高到大約400伏特。因此，DC-DC功率轉(zhuǎn)換器以小外形和非常高的效率提供了大電壓提升。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】用于屋頂光伏電力系統(tǒng)的小外形功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
本公開總體涉及光伏電力系統(tǒng)領(lǐng)域。更具體地，本公開涉及一種基于屋頂蓋板的 光伏電力系統(tǒng)，其中，在一個或多個光伏建筑一體化(BIPV)屋頂蓋板中包含高效的dc-dc 轉(zhuǎn)換器。
技術(shù)介紹
太陽能光伏(PV)電池典型地產(chǎn)生小于I伏特的dc電壓。這種電池產(chǎn)生的電力的 量等于該電池的dc電壓乘以該電池的dc電流，這些量值取決于多種因素，包括太陽輻照 度、電池溫度、工藝變化以及電池電操作點。通常需要產(chǎn)生比單一電池產(chǎn)生的電力多的電 力，因此采用多個電池。通常還需要以實質(zhì)上比單一電池產(chǎn)生的電壓高的電壓來提供電力。 因此，典型地將多個電池串聯(lián)。例如，考慮傳統(tǒng)的屋頂太陽能電力系統(tǒng)，如，2kW(并網(wǎng))屋頂太陽能PV電力系統(tǒng)， 其向240VAC公共事業(yè)設(shè)施傳遞電力。由于傳統(tǒng)的屋頂太陽能電力系統(tǒng)中需要非常大量的 PV電池，所以典型地將獨立的PV電池封裝成中間尺寸面板，如，光伏(PV)蓋板，所述PV蓋 板典型地包括若干串聯(lián)的PV電池，并且典型地產(chǎn)生若干伏特的DC。PV蓋板可以串聯(lián)，串聯(lián) PV蓋板的輸出通過組合器電路連接到中央DC-AC逆變器的輸入，所述中央DC-AC逆變器根 據(jù)公共事業(yè)的需要，將串聯(lián)的傳統(tǒng)PV蓋板產(chǎn)生的高DC電壓(例如，幾百伏特)轉(zhuǎn)換成240V AC。此外，中央DC-AC逆變器按照標(biāo)準(zhǔn)(如，IEEE標(biāo)準(zhǔn)1547)和建筑條例的規(guī)定來執(zhí)行特 定的網(wǎng)接口功能，所述網(wǎng)接口功能可以包括抗孤島化、防止ac線路瞬變、流電隔離、產(chǎn)生滿 足諧波限制的ac線路電流以及其他功能。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，如，在上述2kW屋頂太陽能PV電力系統(tǒng)中，DC-AC逆變器可以包括 DC-DC轉(zhuǎn)換模塊和AC接口模塊。如技術(shù)中已知的，針對DC-AC逆變器的控制電路可以實現(xiàn) 最大功率點跟蹤(MPPT)算法。DC-DC轉(zhuǎn)換模塊包括DC-DC轉(zhuǎn)換電路，并且對于多個PV蓋 板的輸出可以起到中央DC-DC轉(zhuǎn)換器的作用。DC-AC逆變器內(nèi)的控制電路可以控制DC-DC 轉(zhuǎn)換模塊對DC-DC逆變器的輸入處的電壓進行調(diào)節(jié)，以使流經(jīng)DC-AC逆變器的電力最大化。 DC-AC逆變器還包括AC接口模塊，典型地，DC-AC轉(zhuǎn)換器，以接口連接至AC公共事業(yè)網(wǎng)。由于PV蓋板產(chǎn)生的電力取決于PV蓋板的電壓和電流以及包括太陽輻照度和溫度 在內(nèi)的其他因素，所以PV蓋板能夠產(chǎn)生的最大電流(即，“短路電流”)與入射在PV蓋板 上的太陽輻照度成比例。當(dāng)PV蓋板串聯(lián)時，每個PV蓋板必須傳導(dǎo)(conduct)相同的電流 (“蓋板電流”)。如果串聯(lián)串中的第一個PV蓋板被部分遮擋，則串中所有PV蓋板的電流都 受影響。在一些實例中，串聯(lián)串以減小的電流來工作，所述減小的電流是由被遮擋的傳統(tǒng)PV 蓋板的電流來確定的，從而降低了串中所有蓋板產(chǎn)生的電力。備選地，串可以傳導(dǎo)更大的電 流，從而使被遮擋PV蓋板的旁路二極管傳導(dǎo)電力并防止從被遮擋的蓋板獲得電力，進而減 小了由串產(chǎn)生的總體電壓。在任一種下，PV發(fā)電系統(tǒng)均產(chǎn)生低于最大可能電力的電力。此外，包含在DC-AC逆變器中的DC-DC轉(zhuǎn)換模塊典型地以小于100%的效率工作， 因此由PV蓋板的集合(稱作光伏陣列)產(chǎn)生的電力中有一些被損失掉。
技術(shù)實現(xiàn)思路
公開的實施例和原理提供了一種將采用本地化最大功率點跟蹤(MPPT)的高效小 外形功率電子設(shè)備集成到基于屋頂頂板的光伏電力系統(tǒng)的方法。對于200W功率輸出具有 小到1/4英寸的高度或外形的DC-DC功率轉(zhuǎn)換器能夠包含在光伏建筑一體化(BIPV)屋頂 蓋板內(nèi)。DC-DC功率轉(zhuǎn)換器將兩行串聯(lián)的光伏蓋板產(chǎn)生的相對低的電壓提高到由DC-AC逆 變器使用的高電壓，其中每個光伏蓋板包括光伏電池。例如，DC-DC功率轉(zhuǎn)換器將兩行串聯(lián) 光伏蓋板產(chǎn)生的電壓從幾十伏特提高到大約400伏特。因此，DC-DC功率轉(zhuǎn)換器以小外形 和非常聞的效率提供了大電壓提升。通過包含小外形DC-DC功率轉(zhuǎn)換器和并聯(lián)的串聯(lián)光伏蓋板行而形成的太陽能陣 列可以容忍失配，如，部分遮擋或每一行中蓋板數(shù)目的差異。太陽能陣列中小外形DC-DC功 率轉(zhuǎn)換器的使用允許靈活的安裝，其中，可以高達(dá)逆變器額定功率的將任意數(shù)目的行添加 到太陽能陣列而不改變逆變器DC輸入電壓。在一個實施例中，將若干DC-DC功率轉(zhuǎn)換器 的輸出并聯(lián)到DC總線，從而允許隔離故障，使得開路的蓋板不會損害太陽能陣列的整體性 倉泛。附圖說明公開的實施例具有其他優(yōu)點和特征，根據(jù)詳細(xì)描述、所附的權(quán)利要求以及附圖 (或圖)，這些優(yōu)點和特征將更明顯。以下是附圖的簡要說明。圖1示出了屋頂光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)的一個實施例，所述光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)包括 與一個或多個DC-DC轉(zhuǎn)換器耦接的光伏(PV)蓋板行。圖2示出了 PV蓋板的一個實施例。圖3示出了小外形DC-DC轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換電路的一個實施例。圖4示出了小外形DC-DC轉(zhuǎn)換器中包含的磁變壓器的一個實施例。圖5示出了小外形DC-DC轉(zhuǎn)換器中包含的磁變壓器的物理結(jié)構(gòu)的一個實施例。圖6A不出了小外形DC-DC轉(zhuǎn)換器中使用的dc變壓器的一個實施例。圖6B示出了針對dc變壓器的一個實施例的邏輯信號的時序。圖6C示出了針對dc變壓器的一個實施例中包含的次級側(cè)組件的放大開關(guān)電流和 電壓波形。圖6D示出了針對dc變壓器的一個實施例中包含的初級側(cè)和次級側(cè)組件的開關(guān)電 流和電壓波形。圖7示出了屋頂光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)的備選實施例，其中，DC-DC轉(zhuǎn)換器串聯(lián)。圖8示出了包括非反向降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的DC-DC轉(zhuǎn)換器的實施例。圖9示出了包括初級側(cè)全橋電路和次級側(cè)雙電路的DC-DC轉(zhuǎn)換器的一個實施例。圖10示出了包括初級側(cè)全橋電路和次級側(cè)全波整流器電路的DC-DC轉(zhuǎn)換器的一 個實施例。圖11示出了包括降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的DC-DC轉(zhuǎn)換器的實施例。具體實施方式附圖和以下描述僅以說明的方式涉及優(yōu)選實施例。應(yīng)注意，根據(jù)以下論述，將容易 想到本文公開的結(jié)構(gòu)和方法的備選實施例，在不脫離要求保護的原理的前提下可以采用這 些備選實施例。現(xiàn)在詳細(xì)參考若干實施例，附圖中示出了這些實施例的示例。應(yīng)注意，任何切實可 行的參考數(shù)字可以用在附圖中，并且可以表示相似或類似的功能。附圖僅出于說明的目的 描述了公開的系統(tǒng)(或方法)的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)以下描述將容易理解，在不 脫離本文描述的原理的前提下，可以采用本文說明的結(jié)構(gòu)和方法的備選實施例。概述公開的實施例和原理提供了一種措施，在太陽能光伏(PV)陣列內(nèi)的PV面板沒有 被均勻照射或定向時，提高PV陣列產(chǎn)生的電力。公開的實施例和原理還提高太陽能光伏陣 列產(chǎn)生的電力，在所述太陽能光伏陣列中，面板失配(例如，具有變化的性能特性)和/或 工作在不一致的溫度下。還提供了陣列的元件(例如，PV蓋板)的更簡單互連和接線。因 此，提高了太陽能PV陣列產(chǎn)生的能量，降低了系統(tǒng)設(shè)計和安裝的成本，并且更容易將PV陣 列安裝在新的位置，如安裝在人字形或非面狀的屋頂上。PV蓋板串聯(lián)，可能地，多個PV蓋板行也串聯(lián)。一個或多個PV蓋板行耦合至DC-DC 轉(zhuǎn)換器，DC-DC轉(zhuǎn)換器也包含在一蓋板中。在一個實施例中，多個DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出與DC 總線并聯(lián)，DC總線將來自DC-DC轉(zhuǎn)換器的DC電壓傳送至DC-AC逆變器。備選地，多個DC-DC 轉(zhuǎn)換器的輸出可以與D本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2010.06.01 US 61/350,3001.一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括由串聯(lián)的光伏蓋板組成的第一組光伏蓋板，配置為在該第一組光伏蓋板的輸出處產(chǎn)生第一 DC電壓，每個光伏蓋板包括一個或多個光伏電池；第一 DC-DC轉(zhuǎn)換器,稱合至第一組光伏蓋板的輸出，所述第一 DC-DC轉(zhuǎn)換器配置為接收第一 DC電壓并產(chǎn)生第一輸出DC電壓；由串聯(lián)的光伏蓋板組成的第二組光伏蓋板，配置為在該第二組光伏蓋板的輸出處產(chǎn)生第二 DC電壓，每個光伏蓋板包括一個或多個光伏電池；第二 DC-DC轉(zhuǎn)換器，耦合至第二組光伏蓋板的輸出，所述第二 DC-DC轉(zhuǎn)換器配置為接收第二 DC電壓并產(chǎn)生第二輸出DC電壓；其中，第一 DC-DC轉(zhuǎn)換器和第二 DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出并聯(lián)耦合至DC總線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其中，第一DC-DC轉(zhuǎn)換器包含在屋頂蓋板中。3.—種DC-DC轉(zhuǎn)換器，耦合至由串聯(lián)的光伏蓋板組成的第一組光伏蓋板的輸出，所述 DC-DC轉(zhuǎn)換器包括轉(zhuǎn)換器，配置為從第一組光伏蓋板的輸出接收第一 DC電壓，并產(chǎn)生中間DC電壓； dc變壓器，配置為從轉(zhuǎn)換器接...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：小羅伯特·沃倫·艾里克森，斯蒂芬·皮斯拉克，蒂莫西·布魯，
申請(專利權(quán))人：科羅拉多州立大學(xué)董事會法人團體，陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司，
類型：
國別省市：
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