專利名稱：用于從電能的光伏源中提取功率的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明概括地涉及一種從電能源中獲取功率，更特別地，涉及一 種用于在各種操作和/或環(huán)境條件下從電能源例如光伏
(photovoltaic, PV )電源、燃料電池(eel 1)或電池組(battery ) 中提取最大或者接近最大電功率的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
對于給定程度的日射(照明強度)，光伏(PV)電源的特性在于 電流對電壓的曲線圖，通常稱為電流-電壓(I-V)曲線。已知當(dāng)PV 源受到均勻照射時，這種P V源典型地在對于給定照明強度和/或溫度 來說能夠提取最大電功率處具有一個唯一的電流和電壓值。
為了提取最大電功率，必須將與P V源連接的電負載調(diào)整成在最大 功率點上負載的I-V曲線與PV源的I-V曲線相交。這通常是通過將有源 負載(例如開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器)耦合到PV源而實現(xiàn)的，通過調(diào)整作為檢 測到的P V源特性的函數(shù)的相應(yīng)I - V特性來控制有源負載從而動態(tài)尋找 PV源的最大功率點。
開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器，也稱作PV負載轉(zhuǎn)換器，可以構(gòu)造成輸出可用電
負a。 pv;原的功率可。以通過合適的功率控制裝置監(jiān)控，然后;合適的
處理器中處理最大功率點跟蹤算法以確定如何動態(tài)調(diào)整開關(guān)轉(zhuǎn)換器
操作以使其輸出I-V曲線在最大功率點處與PV源的I-V曲線相交。將該
算法處理產(chǎn)生的控制信號供給轉(zhuǎn)換器，以使其可以以這種方式進行調(diào)
整。在該調(diào)整中通常假定工作負載基本上使用PV源的所有可用功率。 配備有最大功率點跟蹤的PV系統(tǒng)在理論上應(yīng)當(dāng)能夠動態(tài)地跟蹤 因為PV源的環(huán)境改變和/或因為PV源的老化而引起的變化，并且應(yīng)當(dāng) 在PV系統(tǒng)的工作期間提取最大功率。然而在實踐中，伴隨著最大功率
跟蹤技術(shù)存在著一些問題。第一，處理器中跟蹤算法的實現(xiàn)需要增大
用于為這種處理器供電的電功率消耗，因此降低了PV系統(tǒng)的獲取效
率。第二，最大功率跟蹤通常比僅僅將開關(guān)轉(zhuǎn)換器調(diào)整為參考值更復(fù)雜，并且轉(zhuǎn)換器的開關(guān)操作能夠?qū)φ_地確定最大功率點造成干擾， 并且在某種情況下當(dāng)尋找解決最大功率點算法時，轉(zhuǎn)換器的開關(guān)操作
有運算不穩(wěn)定性的趨勢。第三，功率跟蹤算法通常需要檢測PV源的電 流和電壓。該電流^r測通常導(dǎo)致額外的損失，因此進一步降低了PV 系統(tǒng)的整體效率。
因此，希望提供一種不存在上述問題的光伏系統(tǒng)。還希望使用任 何相對低成本并且可靠的PV負載轉(zhuǎn)換器拓樸，并且該PV負載轉(zhuǎn)換器拓 樸具有適于多個PV源組合一體化(例如，功率疊加)的I-V曲線特性， 由此導(dǎo)致規(guī)才莫效益，例如是導(dǎo)電(conductive)的，從而構(gòu)造具有所 需數(shù)量的基本光伏模塊的大PV陣列。

發(fā)明內(nèi)容
概括地，本發(fā)明通過下述實現(xiàn)上述需要在其一方面提供一種包 括電能的光伏源的光伏系統(tǒng)。該光伏源具有由 一族電壓-電流曲線定 義的發(fā)電特性，該電壓-電流曲線包括對于光伏源的下述中至少一個 的各自范圍內(nèi)的最大電功率點不同(distinct)照明強度和不同溫 度。開關(guān)轉(zhuǎn)換器耦合到光伏源，其中轉(zhuǎn)換器包括在輸入電壓和輸入電 流之間具有預(yù)定函數(shù)關(guān)系的輸入電壓-電流曲線。轉(zhuǎn)換器的輸入電壓-電流曲線的預(yù)定函數(shù)關(guān)系構(gòu)造成，在轉(zhuǎn)換器的工作期間提供相對于光 伏源最大電功率點中至少一些的近似，而不必進行與來自光伏源的最 大功率相對應(yīng)的電流和電壓計算。
在本發(fā)明的另一個方面，還通過下述實現(xiàn)上述需要提供一種用 于從光伏系統(tǒng)中獲取功率的方法。該方法通過包括對于光伏源的下述 中至少一個的各自范圍內(nèi)最大功率點的電壓-電流曲線族來定義電能 光伏源的發(fā)電特性不同照明強度和不同的溫度。該方法可以將開關(guān) 轉(zhuǎn)換器耦合到光伏源，其中該轉(zhuǎn)換器包括在輸入電壓和輸入電流之間 具有預(yù)定函數(shù)關(guān)系的輸入電壓-電流曲線。根據(jù)轉(zhuǎn)換器中輸入電壓-電流的預(yù)定函數(shù)關(guān)系的構(gòu)造，該轉(zhuǎn)換器工作以接近至少一些光伏源最 大電功率點，而不必進行與來自光伏源的最大功率相對應(yīng)的電流和電 壓計算。
在本發(fā)明的另一個方面，還通過下述實現(xiàn)上述需要提供一種從 電能的光伏源中獲取電能的設(shè)備。該光伏源具有由一族電壓-電流曲線定義的發(fā)電特性，該電壓-電流曲線族包括對于光伏源的下述中至
少一個的各自范圍內(nèi)最大功率點不同照明強度和不同的溫度。該設(shè) 備包括耦合到光伏源的開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其中轉(zhuǎn)換器包括在輸入電壓和輸 入電流之間具有預(yù)定函數(shù)關(guān)系的輸入電壓-電流曲線。該轉(zhuǎn)換器的輸 入電壓-電路曲線的預(yù)定函數(shù)關(guān)系構(gòu)造成在該轉(zhuǎn)換器工作期間提供相 對于光伏源最大電功率點中至少一些的近似，而不必進行與來自光伏 源的最大功率相對應(yīng)的電流和電壓計算。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明時，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將從下面本發(fā)明 的詳細描述中變得顯而易見，附圖中
圖l是本發(fā)明的光伏系統(tǒng)的示例性實施例的代表方框圖。
圖2示出在不同照明程度下PV源的I-V曲線實施例。圖2還示出與不 各I-V曲線相交的PV源最大發(fā)電曲線的實施例的曲線圖。而且圖2示出 對于利用本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器的輸入I-V曲線的兩個示例性實施例；
圖3是構(gòu)造成提供具有線性擬合近似并且具有電壓偏移的輸入I-V
曲線的轉(zhuǎn)換器的示例性實施例的代表性方框圖4是具有轉(zhuǎn)換器的PV系統(tǒng)的示例性實施例的代表性方框圖，其中 轉(zhuǎn)換器構(gòu)造成提供具有三次擬合近似的I-V曲線；以及
圖5是利用本發(fā)明的PV系統(tǒng)的示例性實施例的代表性方框圖，其中 轉(zhuǎn)換器的輸入I-V曲線可以作為PV源溫度的函數(shù)進行調(diào)整。
圖6是由利用本發(fā)明的PV模塊陣列構(gòu)成的PV系統(tǒng)的示例性實施例 的代表性方框圖，其中每個模塊轉(zhuǎn)換器可以與其他這樣的轉(zhuǎn)換器連接 提供所需功率規(guī)模能力(scalability)。
具體實施例方式
本發(fā)明的發(fā)明者們提出一種創(chuàng)新型光伏(PV)系統(tǒng)和/或方法論， 其可以有利地用于在各種操作和/或環(huán)境的條件下從電能源中(例如光 伏(PV)電源))提取最大或者接近最大電功率，電能源由單個光伏 電池構(gòu)成或者電池組(battery of cells)情況下由光伏才莫塊構(gòu)成。 本發(fā)明有利的方面排除了必須利用最大功率追蹤電路并對這種電路進 行控制這樣的需求，從而避免了與最大功率追蹤電路或控制相關(guān)的問題。例如，本發(fā)明的各方面避免了必須利用處理裝置來執(zhí)行最大功率 追蹤算法并且導(dǎo)致電功率節(jié)省的增加，因為人們不必向這種處理裝置
供電。而且，本發(fā)明的各方面導(dǎo)致PV系統(tǒng)中成本的降低增加，因為排
除了否則將需要提供這種處理裝置的成本。
如圖1中所示，利用本發(fā)明各個方面的光伏系統(tǒng)可以包括開關(guān)轉(zhuǎn)換
器12,例如DC-DC轉(zhuǎn)換器，開關(guān)轉(zhuǎn)換器12可以電耦合在PV源14和電負載 16之間，其中開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸入I-V曲線構(gòu)造成在各種工作和/或環(huán)境 條件下，從PV源中提取最大或者接近最大功率，而不必進行最大功率 點跟蹤。在一個示例性實施例中，轉(zhuǎn)換器可以包括在輸入電壓和輸入 電流之間具有預(yù)定函數(shù)關(guān)系的輸入電壓-電流曲線。輸入電壓和輸入電 流之間的這種預(yù)定函數(shù)關(guān)系的例子可以是線性關(guān)系或者三次(cubic) 關(guān)系，正如下面更加詳細描述的那樣。
轉(zhuǎn)換器的輸入電壓-電流曲線的預(yù)定函數(shù)關(guān)系可以構(gòu)建成在該轉(zhuǎn) 換器工作期間提供相對于光伏源最大電功率點中至少一些的近似 (approximation),而不必進行與來自光伏源的最大功率相對應(yīng)的 電流和電壓計算。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解相對于光伏源最大電功率 點中至少一些的近似可以通過各種方法論獲得，例如在給定功率范圍 內(nèi)的最小二乘擬合(least square fit )，或者可以選擇轉(zhuǎn)換器的輸 入電壓-電流曲線以使低功率點和高功率點相交，同時可以對低功率 點和高功率點之間的任何中間功率點進行最小二乘擬合。應(yīng)當(dāng)理解最
小二乘擬合技術(shù)的使用僅僅是用于確定(例如量化)由轉(zhuǎn)換器的輸入 電壓-電流曲線的預(yù)定函凄t關(guān)系提供的相對于(with respect to)光 伏源最大電功率點中至少一些的近似的技術(shù)的一個例子，并且不是部 分轉(zhuǎn)換器控制算法。在已經(jīng)累積的數(shù)據(jù)多到足以統(tǒng)計地確定PV源工作 的可能的平均功率點情況下，可以實施可行的近似策略的另 一個例 子。在這種情況下轉(zhuǎn)換器的輸入電壓-電路曲線可以構(gòu)建成接近這種 可能的工作平均功率點。應(yīng)當(dāng)理解這種平均值可以作為因素例如季節(jié)
(例如時節(jié))、地理位置、溫度等的函數(shù)而變化。
圖2示出了在各種照明程度下一族PV源的輸入I-V曲線(例如I-V 曲線20， 22， 24， 26和28)。圖2還示出了 PV源的最大功率曲線的實 施例曲線圖(曲線30)，其與各個I-V曲線相交。而且，圖2示出了對 于功率開關(guān)轉(zhuǎn)換器可行的輸入I-V曲線的兩個示例性實施方案。對于功率開關(guān)轉(zhuǎn)換器的第一實例輸入I-V曲線可以包括線性擬合近似32， 近似32可以基于沿著電壓軸具有電壓偏移的電阻(resistive)函數(shù)， 該電壓偏移被選擇來使該曲線接近最大功率點曲線30。對于功率開關(guān) 轉(zhuǎn)換器的第二實例輸入I-V曲線可以包括三次擬合近似34 。
正如本領(lǐng)于技術(shù)人員所理解的，有許多技術(shù)可以獲得開關(guān)轉(zhuǎn)換器 中的合適I-V輸入曲線。例如，可以使用檢測(sense)和反饋控制技 術(shù)使轉(zhuǎn)換器顯示出所需要的輸入I-V曲線特性。根據(jù)本發(fā)明的各個方 面，提出使用各種可從市場上得到的以最小限度或者沒有額外控制來 自然地顯示出所需輸入I-V曲線的轉(zhuǎn)換器拓樸(topology)。 一個簡 單的實施例是使用任何種類具有線性I-V曲線的開關(guān)轉(zhuǎn)換器。例如， 諸如包括高功率因數(shù)整流器這類線性電阻器仿真裝置，可以產(chǎn)生線性 I-V曲線，正如下面的關(guān)系式限定的I=K1*V，其中K1是可以根據(jù)給
定應(yīng)用的需求進行調(diào)整的常數(shù)。
在實際PV系統(tǒng)中的一個基本考慮就是PV源提供的電流和/或電壓
的量可能基本上因為在照明強度和/或溫度中發(fā)生的大范圍變化而變 化。即，實際PV系統(tǒng)可以基本上取決于照明強度、環(huán)境溫度、安裝位 置及前述的組合。已經(jīng)觀察到，對于須經(jīng)寬范圍的工作條件的情況， 通過I-V平面的原點但不復(fù)雜而在許多應(yīng)用中可以實現(xiàn)并且可用的線 性擬合，可以不必為了從PV源中最大化地提取功率而提供最佳輸入 I-V曲線。這種情況下，當(dāng)負載轉(zhuǎn)換器輸入I-V曲線在PV源的I-V曲線 的最大功率點附近具有相對大的斜率(即，相對高的電導(dǎo)率)時，可 以獲得改進的性能。 一種實現(xiàn)這個目的的實例方法就是使用其輸入 I-V曲線具有相對陡(sharp)斜率(例如，提供線性擬合近似)的轉(zhuǎn) 換器，而且該輸入I-V曲線沿著電壓軸適當(dāng)?shù)仄埔允咕€性擬合近似 在最大功率點附近與PV源I-V曲線相交，如圖2中所示(輸入I-V曲線 32)。另一種實現(xiàn)相同目的的示例性方法就是使用具有增大斜率的曲 線(例如，三次擬合近似)的轉(zhuǎn)換器，也在圖2中示出(輸入I-V曲線
性輸入i-v曲線的開關(guān);爭換P器拓樸的i些示例性實施方案。' '
的轉(zhuǎn)換器的"示例性曰實施'方^的方框圖'(例;圖2中的輸入I-V曲線32 二 例如，比例積分微分(PID)控制器42可以構(gòu)造成處理來自加法器41的組合了電壓信號(Vin)和電流信號(Iin)的輸出信號，(例如可 以通過適當(dāng)?shù)谋壤驍?shù)(Req)度量(scale)),從而輸出顯示線性 擬和的誤差信號。例如參見插圖45,加法器46將來自PID控制器42的輸 出信號和偏移電壓組合產(chǎn)生顯示出線性擬和加電壓偏移的信號(可以 用作用于轉(zhuǎn)換器的脈寬調(diào)制(P麗)調(diào)整點)。例如參見插圖48。通過 實施例，可以使用標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)貨供應(yīng)的PWM調(diào)節(jié)器(例如調(diào)節(jié)器部分 No. UC3854,可以從Texas Instruments商業(yè)得到)中可獲得的功能塊 執(zhí)行圖3中說明的電路，該功能快可以在各種信號開關(guān)轉(zhuǎn)換器拓樸中執(zhí) 行，例如降壓(buck) /升壓(boost),降壓(buck)或升壓(boost) 轉(zhuǎn)換器。例如，通過調(diào)整作為檢測到的表示PV源溫度的參數(shù)的函數(shù)的 偏移參考，可以可選擇地執(zhí)行溫度補償。
圖4是具有轉(zhuǎn)換器62的PV系統(tǒng)60的一個實例實施方式的框圖，該轉(zhuǎn) 換器構(gòu)造成逆向轉(zhuǎn)換器(flyback converter )以提供具有三次擬和近 似的輸入I-V曲線，(例如圖2中的輸入I-V曲線34)。轉(zhuǎn)換器62包括脈 寬調(diào)制(P麗)64,其產(chǎn)生預(yù)定頻率的脈沖波形并且具有與增益放大器 66提供的電壓V。成正比的脈沖占空周期D。 PWM64的輸出耦合到半導(dǎo)體 功率開關(guān)Q1(例如M0SFET開關(guān))的門控(gating)端。圖4還示出耦合到 給定電負載67的濾波電容器C。ut、 二極管D!和一對耦合的電感器L,和U。 逆向轉(zhuǎn)換器可以設(shè)計成在不連續(xù)導(dǎo)通的模式(DCM)下工作，并且這種 工作對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的?？梢钥闯鯠CM逆向轉(zhuǎn)換器輸入 I - ￥曲線表示為1—*02"2，其中0是轉(zhuǎn)換器占空周期，即，控制輸入， 〖2是常數(shù)。因此，電流與輸入電壓V成正比，產(chǎn)生線性I-V曲線。如果 使用例如電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)(例如，電阻Ri和RJ ，從PV源68檢測電壓V
而輸出檢測到的電壓V^se，并且將電壓Vs喊饋給增益放大器66，那么
占空周期D變成與V成正比。也就是，D-K浐V,其中K3是常數(shù)，因此電流 I作為電壓V的函數(shù)這一關(guān)系就變成I-V、K32/1(2。也就是，正如所希望 的，電流I與V"成正比。
為了進一步改善操作性能，本發(fā)明的各個方面試圖可以將轉(zhuǎn)換器 的I-V曲線作為PV源溫度的函數(shù)進行調(diào)整，使得輸入I-V曲線作為PV源 溫度的函數(shù)，例如沿著電壓軸移動。可以通過集成電路中的熱敏電阻 (thermistor )或者其他溫度傳感器完成表示PV源溫度的參數(shù)的4企測， 例如可以是轉(zhuǎn)換電路的一部分。由于在一些應(yīng)用中，PV源和轉(zhuǎn)換器電路可以集成并且在共同的封裝中彼此熱耦合，可以以多種方式容易地
完成該溫度檢測。例如，在某些應(yīng)用中，溫度傳感器可以是與PV源的 其他電池一起安裝的冗余的、可選擇^皮遮蔽的PV電池。例如，部分光 伏源可以被掩蓋(mask)以避免因照明而響應(yīng)，并且來自被掩蓋的部 分的電信號可以用于檢測光伏源的溫度。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解
的所需熱耦合。而且，熱耦合可以構(gòu)造成在一個示例性實施例中PV源
溫度偏移(offset )。
本發(fā)明的各個方面實現(xiàn)了可以使用多種技術(shù)獲得PV源7 0的溫度表 示，例如圖5中所示。例如，溫度傳感器72可以是在轉(zhuǎn)換電路74中相應(yīng) 集成電路的主要部分。例如，通過利用其中的熱敏參考電壓，例如半 導(dǎo)體器件的參考帶隙，溫度傳感器可以檢測集成電路(由此與集成電 路熱耦合的PV源)的溫度變化。
在另 一個實施例中，溫度傳感器可以使用耦合的外部參考電壓驅(qū) 動集成電路中的熱敏電氣元件，例如電阻器、、二極管、電容器或晶 體管。在又一個實施例中，溫度傳感器可以通過監(jiān)控例如二極管電流 泄漏來檢測相應(yīng)集成電路中的溫度。也就是，作為集成電路部分的一 些電路(典型地用于調(diào)整或處理來自PV源的信號)可以用于獲得PV源 的溫度表示。而且溫度傳感器可以組裝到構(gòu)建在集成電路中的適當(dāng)襯 墊(pad)中，例如安裝在二極管襯墊上的表面安裝的小型熱敏電阻。 應(yīng)當(dāng)理解溫度傳感器不需要集成到相應(yīng)的集成電路中，因為例如，溫 度傳感器可以設(shè)置在集成電路的外部，例如安裝在熱耦合到集成電路 的外部表面上。在一個實施例中，這種熱敏電氣元件(例如，用作溫 度傳感器)可以直接安裝到PV電池或者PV模塊的后側(cè)。例如，光伏源
可以包括暴露于照明的第 一表面和與第 一表面相對的沒有暴露于照明 的第二表面?？梢钥紤]在這個示例性實施方案中轉(zhuǎn)換器可以在PV電池 和PV模塊的第二表面上與光伏源集成在一起。也就是，PV電池或PV模 塊的非照明表面。
在一些應(yīng)用中，需要PV模塊陣列，因為單個PV模塊不能提供足夠 的功率，例如可以在預(yù)定功率應(yīng)用中是需要的。在實際的PV陣列中獲 得功率規(guī)模存在一些困難。例如，在已知的PV陣列中，不可能不停地增加通過連接獲得所需額定功率的Pv模塊的數(shù)量。這是因為會在要被 連接的轉(zhuǎn)換器的各輸入和輸出I-v特性之間產(chǎn)生不相容性。而且，在裝 配有最大功率點跟蹤算法的PV系統(tǒng)中，這種算法不能確定多個PV模塊 的最大功率點，例如在PV模塊陣列中的一子套(subset)獨立的PV模 塊會被遮蔽。該部分遮蔽以下述方式更改了PV陣列的復(fù)合I-V曲線的形 狀基本上增加了最大功率跟蹤的復(fù)雜性，從而需要確定局部和全局 (global )最大功率點跟蹤算法。因此，已知的PV陣列會受限于可以 彼此相互連接的PV模塊的數(shù)量，因此缺乏提供所需功率規(guī)模的能力。
應(yīng)當(dāng)注意具有根據(jù)利用本發(fā)明各個方面的輸入I-V曲線的轉(zhuǎn)換器 提供的另 一個優(yōu)點就是這種轉(zhuǎn)換器的各個輸出I-V曲線顯示出當(dāng)彼此 連接在一起的時候適于共用電功率的特性，如圖6中所示。這是導(dǎo)電地 組合來自多個PV模塊(例如分別包括PV源84和86的模塊80和82)的功 率輸出。這個優(yōu)點可以在PV負載轉(zhuǎn)換器的輸入I-V曲線不依賴于PV負載 轉(zhuǎn)換器的輸出時獲得，例如在與上述討論的示例性輸入I-V曲線連接的 情況下。因此，每個PV負載轉(zhuǎn)換器將起到電源的作用，提供有利的功 率規(guī)模能力。假設(shè)工作負載基本上使用PV源傳送的所有的功率，每個 轉(zhuǎn)換器成為功率源并且能夠以任何需要的方式(例如在串聯(lián)電路中、 在并聯(lián)電路中或者串聯(lián)/并聯(lián)電路組合)與可以是PV模塊陣列的一部分 的其他這種轉(zhuǎn)換器連接。
雖然上面針對一些示例性輸入I-V曲線特性已經(jīng)描述了具體示例 性實施方案，下面關(guān)于轉(zhuǎn)換器的輸入I-V曲線特性提供一些一般性幫助 條件
1 、在PV源的I-V曲線和PV負載轉(zhuǎn)換器的輸入I-V曲線的相交處輸入 I-V曲線的斜率是正的。
2 、在與PV源曲線相交的地方所畫的PV負載轉(zhuǎn)換器輸入曲線的切線 應(yīng)當(dāng)與Isc (短路電流)下面的電流軸或者Voc (開路電壓)下面的電 壓軸相交。
3、在工作條件下，PV源的I-V曲線和PV負載轉(zhuǎn)換器的輸入I-V曲線 的相交點應(yīng)當(dāng)在最大功率點處或其附近。在該組的所有工作條件下， 對至少一個點而言，工作應(yīng)當(dāng)在理論最大值。
雖然這里已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，但是這種實 施方案僅僅作為實施例提出。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可以進行數(shù)量改變、變化和替換而脫離此處本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明僅由附帶 的權(quán)利要求的精神和范圍限定。
部件清單
12:轉(zhuǎn)換器
14:光伏(PV)源
16:電負載
20, 22， 24， 26和28: I-V曲線 30:最大功率曲線 32:線性擬和近似 34:三次擬和近似 40:轉(zhuǎn)換器控制電路
42: 比例積分微分(proportional integral derivative, PID) 控制器
41: 力口法器(summer)
45: 4§圖(inset) 46:加法器
48:用于顯示線性擬和的插圖
60: PV系統(tǒng) 62:轉(zhuǎn)換器
64:脈寬調(diào)制器(PWM)
66:增益放大器
67:電負載
68: PV源
70: PV源
72:溫度傳感器
74:電路
80和82: PV才莫塊
84和86: PV源
Ql:半導(dǎo)體功率開關(guān)
L和L2:耦合的電感對
D1: 二極管Cout:濾波電容器 Vsense:檢測到的電壓 R1和R2:電阻器 K2:常數(shù)
權(quán)利要求
1、一種用于從電能的光伏源(14)中獲取電能的設(shè)備，該光伏源包括由電壓-電流曲線(20，22，24，26，28)族定義的發(fā)電特性，該電壓-電流曲線族包括在光伏源的下述中至少一個的各自范圍內(nèi)的最大電功率點不同照明強度和不同溫度，該設(shè)備包括耦合到光伏源的開關(guān)轉(zhuǎn)換器(12)，其中該轉(zhuǎn)換器包括在輸入電壓和輸入電流之間具有預(yù)定函數(shù)關(guān)系的輸入電壓-電流曲線，轉(zhuǎn)換器的輸入電壓-電流曲線的預(yù)定函數(shù)關(guān)系構(gòu)造成在轉(zhuǎn)換器工作期間提供相對于光伏源最大電功率點中至少一些的近似，而不必進行與來自光伏源的最大功率相對應(yīng)的電流和電壓計算。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，其中轉(zhuǎn)換器的輸入電壓-電流曲線包 括相對于光伏源最大電功率點中至少一些的線性擬和近似(32)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，其中轉(zhuǎn)換器的輸入電壓-電流曲線包 括相對于最大電功率點中至少一些的三次擬和近似(34)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中開關(guān)轉(zhuǎn)換器包括選自逆向、降壓-升壓、降壓或升壓型轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器類型。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中開關(guān)轉(zhuǎn)換器包括降壓-升壓型轉(zhuǎn)換 器，該降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器進一步構(gòu)造成提供包括線性擬和近似的輸入 電壓-電流曲線的沿著電壓軸的電壓偏移。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中根據(jù)檢測到的光伏源的溫度改變 電壓偏移的值。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3的設(shè)備，其中轉(zhuǎn)換器包括逆向型轉(zhuǎn)換器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，包括多個開關(guān)轉(zhuǎn)換器(87， 88),每 個耦合來從各自的光伏源(84, 86 )接收電功率，其中每個轉(zhuǎn)換器包 括在輸入電壓和輸入電流之間具有預(yù)定函數(shù)關(guān)系的輸入電壓-電流曲 線，其構(gòu)造成提供相對于各自光伏源最大電功率點中至少一些的近 似，并且進一步地，其中每個轉(zhuǎn)換器輸出彼此連接形成電路組合，從 而達到輸出功率的所需規(guī)模。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中電路組合選自串聯(lián)電路、并聯(lián)電 路及上述電路的組合。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中每個轉(zhuǎn)換器包括DC-DC轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
提供一種用于從電能的光伏源中提取功率的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。光伏源具有由一族電壓-電流曲線(20，22，24，26和28)定義的發(fā)電特性，該族電壓-電流曲線在用于光伏源的下述中至少一個的各自范圍內(nèi)包括最大電功率點不同照明強度和不同的溫度。該設(shè)備由耦合到光伏源的開關(guān)轉(zhuǎn)換器(12)構(gòu)成。該轉(zhuǎn)換器具有在輸入電壓和輸入電流之間具有預(yù)定函數(shù)關(guān)系的輸入電壓-電流曲線。轉(zhuǎn)換器的輸入電壓-電流曲線的預(yù)定函數(shù)關(guān)系構(gòu)造成，在轉(zhuǎn)換器的工作期間相對于光伏源最大電功率點中至少一些的近似(例如，32，34)，而不必進行與來自光伏源的最大功率相對應(yīng)的電流和電壓計算。
文檔編號H02M3/28GK101290527SQ20081009223
公開日2008年10月22日 申請日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月17日
發(fā)明者J·S·格拉澤, 魯伊 M·A·徳 申請人:通用電氣公司