電壓限幅的制作方法
【專利說明】電壓限幅 優(yōu)先權要求
[0001 ] 本申請要求Ponec等人于2013年12月17日提交的名稱為"System，Method，and Computer Program Product for Controlling Voltage of DC Power Sources and Bypassing Series-Connected Power Sources"（用于控制DC電源的電壓并且旁路串聯(lián)連 接的電源的系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品）的美國臨時申請No. 61 /916，800的權益，其全部 內容據(jù)此以引用方式并入。
【背景技術】
[0002] 太陽能電池可以串聯(lián)連接以形成光伏（"PV"）串。PV串可以包括若干太陽能電池 和/或PV模塊，其中每個PV模塊包括安裝在同一框架上的太陽能電池。在PV串中，一個太陽 能電池的正端子電連接到另一個太陽能電池的負端子，另一個太陽能電池的正端子電連接 到又一個太陽能電池的負端子，以此類推。PV串的輸出電壓取決于PV串中太陽能電池的數(shù) 量。
[0003] 在直流（"DC"）電源的串聯(lián)連接串中，每個電源的電壓增加以產(chǎn)生遞送到負載的電 壓。在太陽能系統(tǒng)中，太陽能模塊(在本文也稱為PV模塊），通常串聯(lián)連接以向負載(例如，逆 變器、電池系統(tǒng)）提供電壓。每個PV模塊可包括與每個電池串串聯(lián)耦接的一個或多個電池 串，所述電池串包括串聯(lián)耦接的一個或多個太陽能電池。通常，PV模塊的每個串連接至逆變 器，或者PV模塊的多個串在匯流箱處并聯(lián)耦接在一起，并且一個或多個匯流箱通向中心逆 變器。在某些情況下，系統(tǒng)可例如由于硬件(例如，逆變器)局限性、安全性和/或可靠性原因 而具有最大電壓極限。因此，可串聯(lián)連接的PV模塊和/或電池串的數(shù)量可通過該最大電壓進 行限制。
[0004] 當系統(tǒng)不產(chǎn)生任何電流并且每個太陽能電池以其開路電壓(VQC)操作時，可出現(xiàn)由 一系列太陽能電池產(chǎn)生的最大電壓。由于逆變器閉合、系統(tǒng)損壞、或在逆變器為了解系統(tǒng)性 能進行的瞬態(tài)測量期間，以及由于其他原因可能發(fā)生這種狀況。系統(tǒng)必須被設計為適應最 大電壓條件，即便這通常不會出現(xiàn)。另外，由太陽能電池產(chǎn)生的最大電壓在低溫下增大，從 而產(chǎn)生另外的降低額定值因子，該因子限制串聯(lián)連接的太陽能電池數(shù)量。因此，系統(tǒng)必須被 設計為具有電壓緩沖器以適應V QC。超裕度設計引起的效率低下包括每個模塊串中的模塊較 少、超尺寸布線以及其他效率低下等等，由此導致較高的系統(tǒng)平衡(B0S)成本。
[0005] 此外，在某些情況下，串中的電池中的一者或多者可由于污染、陰影、缺陷和/或損 壞而表現(xiàn)不佳，這可能限制電池串和/或模塊的性能。如果電池的電流足夠減少，則電池可 在反向偏置下操作并且甚至可達到反向擊穿。處于反向偏置中的電池可引起熱點，這可嚴 重損壞PV模塊。
【附圖說明】
[0006] 圖1-圖3示出了根據(jù)一些實施例的被配置為執(zhí)行電壓限幅的示例性電路的框圖。
[0007] 圖4-圖5示出了根據(jù)一些實施例的示例性電路的框圖，所述電路被配置為響應于 熱點條件旁路一個或多個太陽能電池。
[0008] 圖7-圖9示出了根據(jù)一些實施例的本文所述系統(tǒng)的示例性故障安全具體實施的示 意圖。
[0009] 圖10-圖11為示出根據(jù)一些實施例的旁路太陽能電池的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0010] 以下【具體實施方式】在本質上只是說明性的，而并非意圖限制本申請的主題的實施 例或此類實施例的用途。如本文所用，詞語"示例性"意指"用作例子、實例或舉例說明"。本 文描述為示例性的任何實施未必理解為相比其他具體實施優(yōu)選的或有利的。此外，并不意 圖受前述技術領域、【背景技術】、
【發(fā)明內容】
或以下【具體實施方式】中提出的任何明示或暗示的 理論的約束。
[0011] 本說明書包括對"一個實施例"或"實施例"的提及。短語"在一個實施例中"或"在 實施例中"的出現(xiàn)不一定是指同一實施例。特定的特征、結構或特性可以任何與本公開一致 的合適方式加以組合。
[0012] 術語。以下段落提供存在于本公開(包括所附權利要求書）中的術語的定義和/或 背景：
[0013] "包含"。該術語是開放式的。如在所附權利要求書中所用，該術語并不排除另外的 結構或步驟。
[0014] "被配置為"。各種單元或組件可被描述或主張成"被配置為"執(zhí)行一項或多項任 務。在這樣的背景下，"被配置為"用于通過指示該單元/組件包括在操作期間執(zhí)行一項或多 項那些任務的結構而暗示結構。因此，即使當指定的單元/組件目前不在操作（例如，未開 啟/激活)時，也可將該單元/組件說成是被配置為執(zhí)行任務。詳述某一單元/電路/組件"被 配置為"執(zhí)行一項或多項任務明確地意在對該單元/組件而言不援用35U.S.C.§112第六段。
[0015] 如本文所用的"第一"、"第二"等這些術語用作其之后的名詞的標記，而并不暗示 任何類型的順序(例如，空間、時間和邏輯等）。例如，提及PV模塊中的"第一"太陽能電池串 并不一定暗示該串為某一序列中的第一串；相反，術語"第一"用于區(qū)分該串與另一串（例 如，"第二"串）。
[0016] "基于"。如本文所用，該術語用于描述影響確定結果的一個或多個因素。該術語并 不排除可影響確定結果的另外因素。也就是說，確定結果可以僅基于那些因素或至少部分 地基于那些因素?？紤]短語"基于B確定A"。盡管B可以是影響A的確定結果的因素，但這樣的 短語并不排除A的確定結果還基于C。在其他情況下，A可以僅基于B來確定。
[0017] "耦接以下描述是指"耦接"在一起的元件或節(jié)點或特征。如本文所用，除非另外 明確指明，否則"親接"意指一個元件/節(jié)點/特征直接或間接連接至另一個元件/節(jié)點/特征 (或直接或間接與其連通），并且不一定是機械耦接。
[0018] "抑制如本文所用，抑制用于描述減小影響或使影響降至最低。當組件或特征被 描述為抑制行為、運動或條件時，它可以完全防止某種結果或后果或未來的狀態(tài)。另外，"抑 制"還可以指減少或減小可能會發(fā)生的某種后果、表現(xiàn)和/或效應。因此，當組件、元件或特 征被稱為抑制結果或狀態(tài)時，它不一定完全防止或消除該結果或狀態(tài)。
[0019]此外，以下描述中還僅為了參考的目的使用了某些術語，因此這些術語并非意圖 進行限制。例如，諸如"上部"、"下部"、"上面"或"下面"之類的術語是指附圖中提供參考的 方向。諸如"正面"、"背面"、"后面"、"側面"、"外側"和"內側"之類的術語描述在一致但任意 的參照系內組件的部分的取向和/或位置，通過參考描述所討論部件的文本和相關的附圖 可以清楚地了解所述取向和/或位置。這樣的術語可以包括上面具體提及的詞語、它們的衍 生詞語以及類似意義的詞語。
[0020]本說明書首先描述了用于旁路串聯(lián)連接的太陽能電池以對電壓進行限幅和/或解 決熱點的結構和技術。本說明書隨后描述了系統(tǒng)的若干故障安全模式，然后是旁路太陽能 電池的示例性方法。本文通篇提供了各種例子。
[0021 ]針對上下文，調控PV模塊的輸出的一種方式為使用功率轉換器，該功率轉換器使 用DC-DC轉換器對模塊的功率進行處理。實際上，此類系統(tǒng)改變IV曲線的形狀，以使得其具 有更大電流和更低電壓。這些功率轉換器器件引發(fā)損耗，并且此類器件的電需求和熱需求 對此類功率轉換器可實現(xiàn)的成本效益程度設定固有限制。此外，由于使用DC-DC轉換器的系 統(tǒng)中的電壓總是通過DC-DC轉換器，所以即使不需要減小PV模塊的電壓輸出時也發(fā)生一些 電壓損耗。因此，可調控電壓的功率優(yōu)化器和微逆變器技術可能不是成本效益的，尤其是在 其中電價相對低的行業(yè)中，諸如在大型商業(yè)或公用事業(yè)太陽能行業(yè)中。
[0022]現(xiàn)在轉向圖1，示出了具有被配置為對電壓進行限幅的示例性電路的PV模塊。在一 些實施例中，PV模塊，諸如PV模塊100，可細分成若干太陽能電池群組，稱為電池串，諸如串 102a、串102b和串102c。電池串可包括多個串聯(lián)連接的太陽能電池，例如，10-40個單獨的串 聯(lián)連接太陽能電池，如在串102c中通過太陽能電池104a、太陽能電池104b、…、太陽能電池 104n所示。一般來講，串中的太陽能電池數(shù)，以及PV模塊中的串數(shù)，分別確定由串和PV模塊 產(chǎn)生的電壓。雖然圖1的示例性PV模塊示出了三個太陽能電池串，但在其他實施例中，不同 數(shù)量的串可在PV模塊中串聯(lián)耦接。
[0023] 在一個實施例中，電路110,在本文也稱為電壓限幅電路或過壓電路，可被配置為 保護一個或多個電池、串和/或模塊不在過壓條件下操作(或如稍后所述，不在反向偏置、熱 點條件下操作）。電路110可包括流經(jīng)每個電池串設置的平行電流路徑，使得可例如基于一 個或多個開關的配置，在PV模塊的輸出中包括或排除相應電池串的輸出。平行電流路徑可 被配置為降低電池串輸出上的總阻抗，這可降低PV模塊的生成電壓。在其他實施例中，平行 電流路徑可流經(jīng)整個PV模塊、多個電池、多個串或多個模塊設置，以實現(xiàn)類似效果。
[0024] 在一些實施例中，電路110可被配置為在平行路徑的各種排列之間切換。例如，電 路110可被配置為在第一狀態(tài)以及一種或多種其他狀態(tài)下操作并且在這些狀態(tài)之間切換