电池到电网的冗余光伏系统技术方案

在一实施方式中，光伏系统包括多个光伏模块及模块到模块总线。每一光伏模块界定第一端和与第一端相对的第二端。每一光伏模块包括多个光伏电池和多个转换器。由每一光伏电池产生的能量具有穿过所述光伏电池到所述第二端的多个路径。转换器电气耦接到第二端处的多个光伏电池，以使得由每一光伏电池产生的能量可在任一转换器处接收。模块到模块总线电气耦接到每一光伏模块。模块到模块总线具有输出端。由每一光伏模块产生的能量可在独立于所述光伏模块的任何其他模块的输出端处接收。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池到电网的冗余光伏系统
本文描述的示范性实施方式涉及具有从独立PV电池到电力网的多个冗余路径的光伏(PV)系统。
技术介绍
在常见光伏阵列中，以电池层级开始直到电力网连接的多数(如果并非全部)连接为单点失效的。在系统的任何位置处的任何故障连接导致完全失效和计划外维修请求。已开发数种新拓扑结构来至少使独立模块彼此分离；然而，所述拓扑结构也由单点失效装置构成，并且鉴于所要求的添加量，预期具有极少甚至不具有可靠性改进。本文请求的主题不限于解决任何缺点或仅在例如上文所描述的环境中操作的实施方式。相反，仅提供此背景以说明可实践本文所描述的一些实施方式的一个示范性技术范围。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
以简化形式来介绍一组概念，下文在具体实施方式中进一步描述所述概念。本
技术实现思路
并不旨在识别所请求主题的重要特征或基本特征，也不旨在用来协助确定所请求主题的范围。本文中描述的一些示范性实施方式大体涉及具有从独立PV电池到电力网的多个冗余路径的PV系统。在示范性实施方式中，光伏系统包括多个光伏模块和模块到模块总线。每一光伏模块界定第一端和与第一端相对的第二端。每一光伏模块包括多个光伏电池和多个转换器。由每一光伏电池产生的能量具有穿过光伏电池到第二端的多个路径。转换器电气耦接到在第二端处的光伏电池，以使得由每一光伏电池产生的能量可在任一转换器处接收。模块到模块总线电气耦接到光伏模块的每一者。模块到模块总线具有输出端。由每一光伏模块产生的能量可在独立于任何其他光伏模块的输出端处接收。在另一示范性实施方式中，光伏系统包括多个光伏模块、模块到模块总线和多个反相器。每一光伏模块界定第一端和与第一端相对的第二端。每一光伏模块包括多个光伏电池。由每一光伏电池产生的能量具有穿过光伏电池到第二端的多个路径。转换器电气耦接到在第二端处的光伏电池，以使得由每一光伏电池产生的能量可在任一转换器处接收。模块到模块总线电气耦接到每一光伏模块，以使得光伏模块并联电气连接。反相器电气耦接到模块到模块总线，以使得由每一光伏模块产生的能量可在任一反相器处接收。本专利技术的额外特征和优点将在以下描述中得以阐述，并且将部分地根据所述描述而显而易见，或可通过实践本专利技术得以了解。本专利技术的特征和优点可借助于尤其在附加权利要求书中指出的工具和组合来实现及获得。本专利技术的所述特征和其他特征将根据以下描述和附加权利要求书变得完全显而易见，或可通过如后文所阐述实践本专利技术来了解。附图说明为进一步阐明本专利技术的上述及其他优点和特征，将参阅本专利技术的特定实施方式来给出对本专利技术的更具体描述，所述特定实施方式图示于附图中。应了解，所述图式仅描绘本专利技术的典型实施方式并且因此不应视为限制本专利技术的范围。将通过使用附图以额外的具体性和细节描述并说明本专利技术，在附图中：图1图示根据一些实施方式的示范性PV系统；图2图示可包括在图1的PV系统中的示范性PV模块；图3A为包括在图2的PV模块中的连续背板的实施方式的后视图；图3B为包括在图2的PV模块中的连续背板的另一实施方式的后视图；图4图示图2的PV模块的第一端的横截面视图；图5A至图5C各自图示图2的PV模块的第二端的横截面视图；图6A至图6D图示图2的PV模块的底座总成的实施方式；图7图示包括在图6A至图6D的底座总成中的电路板的示范性实施方式；图8图示图2的PV模块的示范性功率/电压曲线；及图9为包括在图7的电路板上的转换器的实施方式的示意图。具体实施方式本专利技术的实施方式大体涉及一种支持从独立PV电池到电力网的多个冗余路径的光伏(PV)系统。冗余在PV系统中提供故障容忍并且与缺少所述冗余的PV系统相比，可实质上减少或消除在PV系统使用寿命期间的维修要求。更具体地描述根据一些实施方式的示范性PV系统，其中存在于一些常见PV系统中的单点失效已由具有多级冗余的连接点取代。所述连接点允许失效而不中断整个PV模块，并且允许不进行修复，从而产生极少能量损失甚至没有能量损失，或者至少允许定期修复而非计划外修复。在本文描述的一些实施方式中，给定PV模块的所有PV电池具有并联和串联连接的某一组合，以使得电流可选择替代路径穿过PV模块。在PV模块的整个后部使用低阻抗连续背板以允许电流单向流动。任何失效互连件或PV电池都具有最小影响，因为电流可流经替代路线到达PV模块中所包括的转换器。转换器互连到PV模块内的内部总线带，所述PV模块允许任何转换器查看任何电池，例如，由给定电池产生的能量可在任一转换器处接收。因此，一些转换器可失效而不影响PV模块的能量产生。转换器输出固定电压直流(DC)功率到输出总线，所述输出总线连接到大横截面积竖片(或连接器)。竖片连接到模块到模块总线而不接合模块到模块总线，以使得模块到模块总线保持连续。因此，每一PV模块独立于其他模块连接到模块到模块总线并且一个PV模块的失效将不影响其他PV模块与模块到模块总线的连接。模块到模块总线互连到多个固定电压DC/AC转换装置或互连到本文中的“反相器”。反相器连接到电力网并将模块到模块总线上的DC功率转换为输出到电力网的AC功率。如果一些反相器失效，那么功率可继续流经其他反相器。因此，整个PV系统是电池到电力网冗余的，因为由每一PV电池产生的能量可选择多个冗余路径中的任一路径到达电力网。现将参考图式来描述本专利技术的示范性实施方式的各种方面。应理解，图式是所述示范性实施方式的图解及示意性表示，并且既不为本专利技术的限制也不必按比例绘制。I.示范性PV系统图1图示根据本文所描述的至少一些实施方式布置的示范性PV系统100。PV系统100包括多个PV模块或面板(后文称为“模块”)102及模块到模块总线104。视情况，PV系统100额外包括多个反相器106及/或一或多个能量储存装置108。现将描述每一PV模块102的示范性配置。尽管本文中描述的示范性配置的特定方面和特征仅在图1的一个PV模块102中加以说明，但应理解，可类似地配置每一PV模块102。如图1中所示，每一PV模块102界定第一端110和第二端112。每一PV模块102包括在网格中电气耦接到一起的多个PV电池114，以使得由每一PV电池114产生的能量(例如，PV电流)具有从PV电池114到第二端112的多个路径。在一些实施方式中，PV电池114的网格拓扑结构通过将PV电池114成行布置而获得，其中所述行串联耦接并且每一行中的PV电池114并联耦接。在一些PV模块中，PV电池串联电气耦接以使得照明不足或性能不佳或以其他方式“被挡住”的PV电池限制整个串联。然而，在本文描述的实施方式中，因为每一PV电池114具有到第二端112的多个路径，当一个路径中的PV电池114被挡住，由被挡住PV电池114上游(例如，更靠近第一端110)的PV电池114产生的能量可在被挡住PV电池114周围流动穿过其他可用路径中的一个路径。每一PV模块102额外包括电气耦接到在第二端112处的PV电池114的多个转换器电路(后文称为"转换器")116，以使得由每一PV电池114产生的能量可在任一转换器116处接收。如此，如果一个转换器116失效，那么先前流到转换器116的能量可流到转换器116中的不同转换器。通常，转换器116配置为将由PV电池114集体产生的相对较高电流、低电压的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏系统，所述光伏系统包含：多个光伏模块，每一光伏模块界定第一端和与所述第一端相对的第二端，其中每一光伏模块包含：多个光伏电池，其中由每一光伏电池产生的能量具有穿过所述多个光伏电池到所述第二端的多个路径；及多个转换器，所述多个转换器电气耦接到所述第二端处的所述多个光伏电池，以使得由每一光伏电池产生的能量可在所述多个转换器中的任一者处接收；及模块到模块总线，所述模块到模块总线电气耦接到所述多个光伏模块中的每一者，所述模块到模块总线具有输出端，其中由每一光伏模块产生的能量可在独立于所述多个光伏模块的任何其他模块的所述输出端处接收。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.31 US 61/553,822;2011.11.02 US 61/554,710;1.一种光伏系统，所述光伏系统包含：多个光伏模块，每一光伏模块界定第一端和与所述第一端相对的第二端，其中每一光伏模块包含：多个光伏电池，其中由每一光伏电池产生的能量具有穿过所述多个光伏电池到所述第二端的多个路径；内部总线带，所述内部总线带在所述第二端沿所述光伏模块的宽度延伸；及多个转换器，所述多个转换器通过所述内部总线带电气耦接到所述第二端处的所述多个光伏电池，以使得由每一光伏电池产生的能量可在所述多个转换器中的任一者处接收；及模块到模块总线，所述模块到模块总线电气耦接到所述多个光伏模块中的每一者，所述模块到模块总线具有输出端，其中由每一光伏模块产生的能量可独立于所述多个光伏模块的任何其他模块在所述输出端处接收。2.如权利要求1所述的光伏系统，其中：所述多个光伏电池布置在串联电气耦接的多个行中；所述多个光伏模块中的每一者进一步包含将每一行中的所述光伏电池彼此并联电气耦接的多个导电行带；及穿过所述多个光伏电池到所述第二端的所述多个路径包括所述多个导电行带，以使得所产生的电流可通过所述多个导电行带在具有低性能及/或低照明度的光伏电池周围流动并流经具有相对较高性能及/或较高照明度的光伏电池到达所述第二端。3.如权利要求1所述的光伏系统，其中：所述多个光伏模块的每一者进一步包含连续背板，所述连续背板包含用于所述多个光伏电池的接地平面；所述连续背板电气耦接在所述第一端处的所述多个光伏电池的第一子集与所述第二端处的所述多个光伏电池的第二子集之间；所述连续背板与所述第一端处的所述多个光伏电池的所述第一子集之间的第一端连接件包含所述光伏模块的阳极；所述多个转换器与所述第二端处的所述多个光伏电池的所述第二子集之间的第二端连接件包含所述光伏模块的阴极；及所述连续背板配置为将模块回流从所述阴极载送到所述阳极。4.如权利要求3所述的光伏系统，其中：所述多个光伏电池布置在串联电气耦接的多个行中，所述多个行包括第一行及最后一行，所述第一行包括所述多个光伏电池的所述第一子集，所述最后一行包括所述多个光伏电池的所述第二子集；及所述第一端连接件包含：接地带，所述接地带在所述第一端处电气及机械耦接到所述连续背板；及多个串联互连件，所述串联互连件将所述第一行中的每一光伏电池电气及机械地耦接到所述接地带。5.如权利要求3所述的光伏系统，其中所述多个光伏模块中的每一者进一步包含：电路板，所述电路板机械耦接到所述第二端，所述电路板包括安置在所述电路板上的所述多个转换器并进一步包括正极连接器及负极连接器；其中：所述内部总线带耦接到所述多个光伏电池的所述第二子集中的每一个所述光伏电池的阴极；及所述内部总线带包括从所述内部总线带穿过形成于所述连续背板中的狭槽延伸到达所述电路板的所述正极连接器的突出部，所述突出部将所述内部总线带电气耦接到所述电路板的所述正极连接器；及一或多个突出部，所述突出部从所述连续背板延伸到所述电路板的所述负极连接器，所述一或多个突出部将所述连续背板电气耦接到所述电路板的所述负极连接器。6.如权利要求5所述的光伏系统，其中从所述连续背板延伸的所述一或多个突出部将所述电路板接地到所述连续背板，所述一或多个突出部包括：整体式突出部，所述整体式突出部由所述连续背板一体形成并在实质上垂直于由所述连续背板界定的平面的平面中延伸；或离散突出部，所述离散突出部机械及电气耦接到所述连续背板并在实质上垂直于由所述连续背板界定的所述平面的平面中延伸。7.如权利要求1所述的光伏系统，其中：所述多个光伏模块中的每一者进一步包含：电路板，所述电路板机械耦接到所述第二端；及数字控制器，所述数字控制器安置在所述电路板上；所述多个转换器安置在所述电路板上；及所述多个转换器各自独立于其他转换器通过从所述数字控制器到所述多个转换器中的每一者的成对启用与脉冲宽度调制(PWM)线由所述数字控制器控制。8.如权利要求7所述的光伏系统，其中：所述多个光伏模块中的每一者的所述多个转换器成对操作；每一操作对与其他操作对异相地操作；及一对中的每一转换器与所述对中的另一转换器异相180度操作。9.如权利要求7所述的光伏系统，其中：所述电路板包括负极连接器及正极连接器；所述多个转换器中的每一者通过相应保险丝独立地电气耦接到所述正极连接器；及在所述多个转换器中的一个转换器中有限电阻短路失效的情况下，所述数字控制器配置为：引导来自所述多个光伏电池的所有电流穿过所述多个转换器中的所述一个转换器直到所述相应保险丝断开；及回应于断开所述保险丝，使用所述多个转换器中的至少一些余下的转换器来恢复正常操作。10.如权利要求7所述的光伏系统，其中所述数字控制器仅通过由所述光伏模块产生的能量供电。11.如权利要求7所述的光伏系统，其中：所述电路板包括正极连接器，所述正极连接器电气耦接到在所述第二端处的一行所述多个光伏电池；所述多个转换器在所述电路板上安置为一行，在相邻转换器之间具有小于3毫米的间隔；及所述多个转换器中的每一者安置为在与所述正极连机器相距五毫米到十毫米的范围内。12.如权利要求7所述的光伏系统，其中每一所述光伏模块的所述数字控制器配置为：当所述模块到模块总线上的电压小于最小阈值时，使充电电流涓流至所述模块到模块总线上以确定电容式元件是否附接至所述模块到模块总线；回应于确定了电容式元件附接至所述模块到模块总线，继续使充电电流涓流至所述模块到模块总线上，直到所述模块到模块总线上的所述电压上升到高于所述最小阈值；当所述模块到模块总线上的所述电压上升到高于所述最小阈值时，闭合保护继电器以确保零电流切换，所述保护继电器电气耦接在所述模块到模块总线与所述电路板的输出总线之间，所述输出总线电气耦接到所述多个转换器的每一者的输出端；当所述模块到模块总线上的所述电压介于所述最小阈值与大于所述最小阈值的中间阈值之间时，在最大电流模式中操作所述多个转换器；当所述模块到模块总线上的所述电压介于所述中间阈值与大于所述最小阈值的最大阈值之间时，在恒定电压模式中操作所述多个转换器；及当所述模块到模块总线上的所述电压上升到高于所述最大阈值或下降到低于所述最小阈值时，断开所述保护继电器。13.如权利要求7所述的光伏系统，其中所述多个光伏模块中的每一者进一步包括光学信号源，所述光学信号源通信耦接到所述数字控制器并安装到所述电路板，以使得由所述光学信号源发射的光学信号从所述相应的光伏模块的前部可见。14.如权利要求13所述的光伏系统，其中所述数字控制器配置为操作所述光学信号源发射包含状态信息的光学信号。15.如权利要求14所述的光伏系统，其中所述状态信息包含所述相应光伏模...

【专利技术属性】
技术研发人员：达拉斯·W·迈耶，洛厄尔·伯格，约翰·诺沃特尼，沙迪·格罗斯，福勒斯特·C·迈耶，
申请(专利权)人：腾克太阳能公司，
类型：发明
国别省市：美国;US