用于需要較少連接的太陽能模塊的測量、控制和收集優(yōu)化設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于需要較少連接的太陽能模塊的測量、控制和收集優(yōu)化設(shè)備
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2013 年 3 月 14 日提交的題為“Measurement, Control and HarvestOptimizat1n Device for Solar Modules Requiring Fewer Connect1ns” 的美國專利申請 61/781，568 和 2014 年 3 月 12 日提交的題為“Measurement, Control and HarvestOptimizat1n Device of Solar Modules Requiring Fewer Connect1ns” 的美國專利申請14/206，336的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，通過引用將其公開并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本申請涉及諸如太陽能面板陣列的電源，并且特別地，涉及用于這種電源的電力收集技術(shù)。
[0004]諸如在圖1中示出的，對于太陽能面板(102，103，104，105)連接為串聯(lián)串來說，是很常見的。串的兩端通常連接到諸如逆變器(101)的終端設(shè)備。該配置安裝很簡單，但是不容許個體板的測量或控制。
[0005]為了提供測量，以及通常的控制，兩個已知的實(shí)現(xiàn)在圖2(a)和(b)中被示出。本文中個體太陽能面板利用兩根電力電線連接到單獨(dú)的設(shè)備(206，216)，并且這些設(shè)備返回連接到終端設(shè)備(201，211) ο這些架構(gòu)需要兩個連接針對每個板路都由到它們，并且它們自己不容易適于每個組地而不是每個板地安裝設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)目前要求的發(fā)明，系統(tǒng)和方法被提供，以使通過傳輸來自諸如太陽能面板的多個DC電源的DC電力的電力線通信成為可能。電力和通信是使用單個結(jié)合的電力和通信線來提供的。通過電力線接收的數(shù)據(jù)通信信號被檢測并且和電力線電壓相比較，以用于處理所接收的數(shù)據(jù)并且產(chǎn)生用于傳送的數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程單元使用數(shù)據(jù)通信信號的電力收集而自供電。
[0007]根據(jù)目前要求的發(fā)明的一個實(shí)施例，一種能夠通過傳輸來自多個DC電源的DC電力的電力線進(jìn)行通信的系統(tǒng)包括:第一和第二電力線電極，用于連接到電力線的第一和第二端，所述電力線傳輸來自多個串聯(lián)耦合的DC電源的DC電力；接收器電路，耦合到所述第一和第二電力線電極，并且響應(yīng)于在所述第一和第二電力線電極處的一個或多個電力線電壓而提供與所述一個或多個電力線電壓相關(guān)的第一和第二信號；收發(fā)器電路，耦合到所述第一和第二電力線電極和所述接收器電路，響應(yīng)于一個或多個電力線信號而提供與所述一個或多個電力線信號相關(guān)的第三信號，并且響應(yīng)于第四信號和至少一個控制信號而將所述第四信號傳輸?shù)剿龅谝缓偷诙娏€電極；以及控制電路，耦合到所述接收器電路和所述收發(fā)器電路，并且響應(yīng)于至少所述第一、第二和第三信號而提供所述第四信號和所述至少一個控制信號。
[0008]根據(jù)目前要求的發(fā)明的另一個實(shí)施例，一種能夠通過傳輸來自多個DC電源的DC電力的電力線進(jìn)行通信的系統(tǒng)包括:電力線電極，用于連接到傳輸來自多個串聯(lián)耦合的DC電源的DC電力和AC信號的電力線；參考電極；本地電力電路，耦合在所述電力線和參考電極之間，并且響應(yīng)于所述AC信號的至少第一部分而提供本地DC電力；以及收發(fā)器電路，耦合在所述電力線和參考電極之間并且耦合到所述本地電力電路，并且響應(yīng)于所述本地DC電力和所述AC信號的所述至少第一部分而提供所述AC信號的第二部分。
[0009]根據(jù)目前要求的發(fā)明的另一個實(shí)施例，一種能夠通過傳輸來自多個DC電源的DC電力的電力線進(jìn)行通信的方法，該方法包括:連接到電力線的第一和第二端，所述電力線傳輸來自多個串聯(lián)親合的DC電源的DC電力；響應(yīng)于在所述第一和第二電力線電極處的一個或多個電力線電壓而提供與所述一個或多個電力線電壓相關(guān)的第一和第二信號；響應(yīng)于一個或多個電力線信號而提供與所述一個或多個電力線信號相關(guān)的第三信號；響應(yīng)于第四信號和至少一個控制信號而將所述第四信號傳輸?shù)剿龅谝缓偷诙娏€電極；以及響應(yīng)于至少所述第一、第二和第三信號而提供所述第四信號和所述至少一個控制信號。
[0010]根據(jù)目前要求的發(fā)明的另一個實(shí)施例，一種能夠通過傳輸來自多個DC電源的DC電力的電力線進(jìn)行通信的方法，該方法包括:連接到電力線，所述電力線傳輸來自多個串聯(lián)耦合的DC電源的DC電力和AC信號；響應(yīng)于所述AC信號的至少第一部分而提供本地DC電力；以及響應(yīng)于所述本地DC電力和所述AC信號的所述至少第一部分而提供所述AC信號的第二部分。
【附圖說明】
[0011]圖1描繪了將太陽能面板連接為串的常用方法。
[0012]圖2描繪了通過測量和/或控制設(shè)備連接的太陽能面板。
[0013]圖3根據(jù)目前要求的發(fā)明的示例性實(shí)施例描繪了與最少的連接相連接用于測量和控制的太陽能面板。
[0014]圖4根據(jù)目前要求的發(fā)明的示例性實(shí)施例描繪了控制設(shè)備的可能實(shí)現(xiàn)。
[0015]圖5(a)根據(jù)目前要求的發(fā)明的示例性實(shí)施例描繪了用于將AC擾動疊加到一串板上的電路。
[0016]圖5(b)根據(jù)目前要求的發(fā)明的示例性實(shí)施例描繪了控制電路。
[0017]圖5(c)根據(jù)目前要求的發(fā)明的示例性實(shí)施例描繪了用于與遠(yuǎn)程設(shè)備通信的邏輯流程。
[0018]圖6(a)根據(jù)目前要求的發(fā)明的示例性實(shí)施例描繪了測量電路。
[0019]圖6(b)根據(jù)目前要求的發(fā)明的示例性實(shí)施例描繪了實(shí)現(xiàn)圖6(a)的控制單元的電路。
[0020]圖6(c)根據(jù)目前要求的發(fā)明的示例性實(shí)施例描繪了用于圖6(a)的電路的操作的邏輯流程(C)。
[0021]圖7根據(jù)目前要求的發(fā)明的示例性實(shí)施例描繪了用于實(shí)現(xiàn)防火安全關(guān)閉的電路。
[0022]圖8根據(jù)目前要求的發(fā)明的示例性實(shí)施例描繪了控制設(shè)備的選擇性實(shí)現(xiàn)。
[0023]圖9根據(jù)目前要求的發(fā)明的選擇性示例性實(shí)施例描繪了與用于測量和控制的最少連接相連接的太陽能面板。
[0024]圖10根據(jù)目前要求的發(fā)明的進(jìn)一步的選擇性示例性實(shí)施例描繪了與用于測量和控制的最少連接相連接的太陽能面板。
[0025]圖11描繪了用于MPPT的實(shí)現(xiàn)的示例性電路。
[0026]圖12描繪了示例性降壓轉(zhuǎn)換器電路。
[0027]圖13描繪了用于示例性“擾動觀察”算法的邏輯流程。
[0028]圖14描繪了用于MPPT的實(shí)現(xiàn)的另一種示例性電路。
【具體實(shí)施方式】
[0029]目前要求的發(fā)明的示例性實(shí)施例使得:一種設(shè)備，可以進(jìn)行連接成串的太陽能面板的電壓和電流的測量，提供控制功能并且要求只到一個板電線和地的連接；以及一種設(shè)備，可以進(jìn)行電壓和電流的測量并且執(zhí)行每個面板或每組面板的諸如MPPT的其它控制功能的設(shè)備，要求只到一個面板電線的連接和將所有這種設(shè)備一起返回連接到終端設(shè)備的電纜。
[0030]測量、控制和收集優(yōu)化，實(shí)例#1
[0031]第一新設(shè)備在圖3和圖4中被說明。在面板(302，303)之間的設(shè)備(例如306)的插入遵循自然安裝流程并且要求每個設(shè)備的一個面板連接和到地的連接的中斷。
[0032]在其中出于成本或其它原因不需要每個面板操作的情況中，設(shè)備可以被部署以覆蓋分成兩組或更多組的面板。
[0033]把面板串接到一起在太陽能產(chǎn)業(yè)中被認(rèn)為是安裝面板最簡單和最快的方法。該發(fā)明容許僅進(jìn)行最少的額外工作和連接即使用相同的方法，而能夠給成組的面板或單個面板提供額外的功能。
[0034]為了使這一設(shè)備運(yùn)行，需要實(shí)現(xiàn)兩個關(guān)鍵方面:將電力提供給設(shè)備用于板載電子器件，并且進(jìn)行通信以容許控制和往回報告結(jié)果。
[0035]電力，實(shí)例#I
[0036]為了給這種遠(yuǎn)程設(shè)備提供電力，一種方法是將AC注入到面板串上。在終端設(shè)備處的適合的裝置可以包括諸如圖5(a)中示出的共模扼流圈(506)和其它元件。這種方法的一個優(yōu)點(diǎn)是來自面板的DC電力不被該AC擾動所影響，但是沿著太陽能面板串的所有連接點(diǎn)都可以從擾動獲得電力。AC通過(507)被增加并且通過電容器(509)耦合到電力線上。利用開關(guān)(508)可以禁用調(diào)制。
[0037]終端設(shè)備(501，501b)的控制在圖5(b)中被更詳細(xì)地示出。利用電壓變換器(551b，540b)來測量電力轉(zhuǎn)換塊(570b)的輸入上的電壓。這些變換器(561b，562b)的輸出連接到多通道ADC(541b)的輸入InjPIn2。通信接收器(510b)的輸出連接到多通道ADC(541b) ^ In30多通道ADC(541b)的輸出連接到微處理器(542b)。微處理器(542b)的輸出Output1 (550b)連接到通信發(fā)射機(jī)(507b)。使用由微處理器(542b)的輸出Out2 (551b)控制的開關(guān)(508b)，通信發(fā)射機(jī)(507b)的輸出可以是三態(tài)的。
[0038]與單個遠(yuǎn)程設(shè)備通信的邏輯流程在圖5(c)中被示出。同樣的邏輯應(yīng)該被重復(fù)，以用于與多個設(shè)備通信。
[0039]遠(yuǎn)程設(shè)備的供電可以利用諸如在圖6(a)中示出的電路實(shí)現(xiàn)。