光伏旁路和输出开关装置和方法制造方法及图纸

一种光伏（PV）板开关装置，包括第一开关和第二开关，其中在一些实施方式中该第一开关和第二开关在DC转换器中。该第一开关被耦合在电力系统和PV板的电路路径的第一端之间，并且第二开关被耦合在（i）在所述第一开关和所述电力系统之间的点与（ii）在所述电路路径的第二端和所述电力系统之间的点之间。当PV板的电路路径将不被旁路时针对PV板的输出的DC转换来控制开关，并且根据对PV板的电路路径将被旁路的确定，将电路路径的第一端从电力系统断开以及闭合将电路路径旁路的旁路电路路径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及光伏（PV）板，并且尤其涉及改善其对遮蔽或对减少的日照的容差。
技术介绍
对于电网来说光伏（PV）太阳能板是重要的电源。具有几万PV板的庞大的兆瓦特PV设施变得越来越普遍。PV板阵列典型地被组织在板“列（string）”内，其中每个列由10至20个串联连接的PV板构成。在直流（DC）PV板系统中，PV板列的输出可以连接至将PV板的DC电力转换成适合于电网的AC电力的中央逆变器。逆变器输出的典型PV板列电压的范围从500V至1000V。典型的PV板被组织为串联连接的单独的PV电池（cell）。普通的配置是每个板72个PV电池。典型的在照射下的PV电池工作电压大约是0.7V。因此被照射的72个PV电池板将具有大约50伏特DC的输出电压。众所周知的串联连接PV板和PV电池的问题是由单独PV电池产生的不平均光电流。造成不平均光电流的原因可以是以下一个或多个：在PV板中的特别PV电池或PV电池组的遮蔽，在多板系统中的整个PV板的遮蔽，PV板的一部分或在多板系统中的整个PV板的污蚀，PV板相对于照明源的方向的不同，以及PV电池/板的制造的不同。由于在PV板中的所有PV电池是串联连接的，因此PV板的电流输出被具有最低光电流的PV电池限制。在PV电池被严重遮蔽的情况中，其他未被遮蔽的PV电池在该被遮蔽的PV电池上生成大的逆向偏压，迫使电流通过该被遮蔽的PV电池。这种逆向偏压会变得足够大以导致PV电池的灾难性的故障并且造成永久的损坏。这种问题的通常解决方法是增加与PV电池组并联的反并联旁路二极管。对于72个PV电池板的普通装置是具有三个各自有24个电池的“子列（sub-string）”，每个子列具有一个旁路二极管。旁路二极管预防了高逆向偏压的形成。旁路二极管通常是逆向偏压的。然而，当子列中的PV电池的一部分变得足够被遮蔽时，例如，旁路二极管将变得正向偏压并且导通其余的未被遮蔽的子列的光电流，防止对遮蔽的PV电池或部分地被遮蔽的子列的损坏。旁路二极管具有一些缺点。例如，它们易于故障。如果故障是开路故障，则偏压二极管的PV电池的子列不再受到保护并且PV板将受到灾难性的故障。如果偏压二极管故障是短路故障，则故障的二极管连接的PV电池子列将不会产生有用的电力。偏压二极管的另一个缺点是其电力浪费。由于每当偏压二极管变得正向偏压时消耗电力而降低了PV板的效率。偏压二极管具有大约0.7V的正向偏压。在典型PV板电流是8A时，每个正向偏压的二极管浪费5.6W。如果包括三个PV电池子列和三个偏压二极管的PV板被严重地遮蔽并且其三个偏压二极管变为正向偏压，则被完全旁路的PV板将实际会表现为消耗16.8W的负载。当一个或两个PV电池子列被旁路，正向偏压；旁路二极管会分别减少这种示例的PV板的5.6W和11.2W的电力输出。
技术实现思路
一种PV板旁路开关装置（arrangement）包括：第一开关，该第一开关被耦合在电力系统和PV板的电路路径的第一端之间，其中所述PV板的多个PV电池被连接，所述第一开关可控地将所述PV板的电路路径的第一端连接至所述电力系统并且将所述PV板的电路路径的第一端从所述电力系统断开；第二开关，该第二开关被耦合在（i）在所述第一开关和所述电力系统之间的点与（ii）在所述PV板的电路路径的第二端和所述电力系统之间的点之间，所述第二开关可控地断开和闭合将所述PV板电路路径旁路的旁路电路路径；控制器，该控制器可操作地耦合至所述第一开关以及所述第二开关，以确定所述PV板的电路路径是否将被旁路，并且根据该确定控制所述第一和第二开关。在一种实施方式中，所述第一开关和第二开关包括DC转换器，并且所述控制器还被配置为根据确定所述PV板的电路路径将不被旁路来为所述PV板的输出的DC转换控制所述第一和第二开关。在一种实施方式中，开关装置还包括电压传感器，该电压传感器被耦合来测量所述PV板的电路路径中的PV电池两端的电压差，并且所述控制器被耦合至所述电压传感器来根据由所述电压传感器测得的电压差确定所述PV板的电路路径是否将被旁路。开关装置可以包括电压传感器，该电压传感器被可开关地耦合在PV板的电路路径中的各自的电压测量点对之间，其中多个所述PV电池中的各自子列被连接在各自的测量点对之间，用于测量在各自的电压测量点之间的各自的电压差。而所述控制器可以被耦合至所述电压传感器来根据由所述电压传感器测得的电压差确定所述PV板的电路路径是否将被旁路。开关装置还可以包括：各自的PV电池子列开关，该各自的PV电池子列开关被耦合在多个PV电池中的各自的PV电池子列。所述控制器则可操作地耦合至所述PV电池子列开关，以确定PV板的电路路径中的每个各自的PV电池子列是否将被旁路，并且根据对PV板的电路路径中的每个PV电池子列是否将被旁路的确定来控制所述PV电池子列开关。在一种实施方式中，开关装置包括在所述控制器和所述PV板之间的电连接，用于从所述PV板向所述控制器提供电力，并且所述电连接包括稳压电路。所述稳压电路可以包括：二极管，该二极管的阳极被耦合至所述PV板并且所述二极管的阴极被耦合至所述控制器的电力输入；电容，该电容将所述二极管的阴极耦合至所述PV板的电路路径的第二端。所述控制器可以被配置为在确定所述PV板的电路路径将被旁路之后，进一步确定所述PV板是否可以被重新连接至所述电力系统，并且根据该进一步的确定进一步控制所述第一和第二开关。在一种实施方式中，通过DC转换器，所述控制器可以被配置为根据所述PV板将被重新连接至所述电力系统的进一步确定为DC转换控制所述第一和第二开关。例如，所述控制器可以被配置为响应于确定所述PV板的电路路径将被旁路而断开所述第一开关并且闭合所述第二开关。所述控制器则还可以被配置为在随后闭合所述第一开关并且断开所述第二开关，以及根据由所述电压传感器在所述第一开关被闭合并且所述第二开关被断开时测得的电压差来进一步确定所述PV板是否将被重新连接至所述电力系统，并且根据该进一步的确定来控制所述第一和第二开关。这种根据进一步确定的控制可以包括根据PV板将被重新连接至电力系统的进一步确定为DC转换控制第一和第二开关。在另一种实施方式中，所述控制器还被配置为在随后根据当所述第二开关被闭合时所述第二开关两端的电压差来确定所述PV板是否将被重新连接至所述电力系统，并且根据所述PV板是否将被重新连接至所述电力系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏（PV）板旁路开关装置，包括：第一开关，该第一开关被耦合在电力系统和所述PV板的电路路径的第一端之间，所述PV板的多个PV电池被连接在所述PV板的电路路径中，所述第一开关可控地将所述PV板的所述电路路径的所述第一端连接至电力系统以及将所述PV板的所述电路路径的所述第一端从所述电力系统断开；第二开关，该第二开关被耦合在（i）在所述第一开关和所述电力系统之间的点与（ii）在所述PV板的所述电路路径的第二端和所述电力系统之间的点之间，所述第二开关可控地断开和闭合将所述PV板的所述电路路径进行旁路的旁路电路路径；以及控制器，该控制器可操作地耦合至所述第一开关和所述第二开关，以确定所述PV板的所述电路路径是否将被旁路，以及根据该确定控制所述第一开关和所述第二开关。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 13/840,627;2013.06.14 US 61/834,9691.一种光伏（PV）板旁路开关装置，包括：
第一开关，该第一开关被耦合在电力系统和所述PV板的电路路径的第
一端之间，所述PV板的多个PV电池被连接在所述PV板的电路路径中，
所述第一开关可控地将所述PV板的所述电路路径的所述第一端连接至电力
系统以及将所述PV板的所述电路路径的所述第一端从所述电力系统断开；
第二开关，该第二开关被耦合在（i）在所述第一开关和所述电力系统
之间的点与（ii）在所述PV板的所述电路路径的第二端和所述电力系统之
间的点之间，所述第二开关可控地断开和闭合将所述PV板的所述电路路径
进行旁路的旁路电路路径；以及
控制器，该控制器可操作地耦合至所述第一开关和所述第二开关，以确
定所述PV板的所述电路路径是否将被旁路，以及根据该确定控制所述第一
开关和所述第二开关。
2.根据权利要求1所述的PV板开关装置，
所述第一开关和所述第二开关包括DC转换器，
所述控制器还被配置为根据对所述PV板的所述电路路径将不被旁路的
确定来控制所述第一开关和所述第二开关以进行所述PV板输出的DC转换。
3.根据权利要求1或2所述的PV板开关装置，还包括：
电压传感器，该电压传感器被耦合来测量所述PV板的所述电路路径中
的PV电池两端的电压差；
所述控制器被耦合至所述电压传感器来根据由所述电压传感器测得的
电压差确定所述PV板的所述电路路径是否将被旁路。
4.根据权利要求1或2所述的PV板开关装置，还包括：
各自的PV电池子列开关，该各自的PV电池子列开关被耦合在多个PV
电池的各自的子列两端，
所述控制器可操作地耦合至所述PV电池子列开关，以确定所述PV板
的所述电路路径中的每个各自的PV电池子列是否将被旁路，以及根据对所
述PV板的所述电路路径中的每个PV电池子列是否将被旁路的确定来控制
所述PV电池子列开关。
5.根据权利要求1或2所述的PV板开关装置，还包括：
在所述控制器和所述PV板之间的电连接，用于从所述PV板向所述控
制器提供电力，所述电连接包括稳压电路。
6.根据权利要求5所述的PV板开关装置，所述稳压电路包括：
二极管，该二极管的阳极被耦合至所述PV板并且所述二极管的阴极被
耦合至所述控制器的电力输入；
电容，该电容用于将所述二极管的阴极耦合至所述PV板的所述电路路
径的第二端。
7.根据权利要求根据权利要求1或2所述的PV板开关装置，所述控
制器还被配置为在确定所述PV板的所述电路路径将被旁路之后，进一步确
定所述PV板是否将被重新连接至所述电力系统，并且根据该进一步确定控
制所述第一开关和所述第二开关。
8.根根据权利要求1或2所述的PV板开关装置，还包括：
电压传感器，用于测量在所述PV板的所述电路路径中的PV电池两端
的电压差，
所述控制器被耦合至所述电压传感器来根据由所述电压传感器测得的

\t电压差来确定所述PV板的所述电路路径是否将被旁路，
所述控制器被配置为响应于确定所述PV板的所述电路路径将被旁路，
断开所述第一开关并且闭合所述第二开关，
所述控制器还被配置为随后闭合所述第一开关并且断开所述第二开关，
以及根据由所述电压传感器在所述第一开关闭合并且所述第二开关断开时
测得的电压差来进一步确定所述PV板是否将被重新连接至所述电力系统，
所述控制器还被配置为根据所述进一步确定来控制所述第一开关和所
述第二开关。
9.根据权利要求1或2所述的PV板开关装置，还包括：
电压传感器，用于测量在所述PV板的所述电路路径中的PV电池的两
端的电压，
所述控制器被耦合至所述电压传感器来根据由所述电压传感器测得的
电压差来确定所述PV板的所述电路路径是否将被旁路，
所述控制器被配置为响应于确定所述PV板的所述电路路径将被旁路，
断开所述第一开关并且闭合所述第二开关，
所述控制器还被配置为随后根据在所述第二开关闭合时所述第二开关
两端的电压差来确定所述PV板是否将被重新连接至所述电力系统，以及根
据对所述PV板是否将被重新连接至所述电力系统的确定来控制所述第一开
关和所述第二开关。
10.根据权利要求4所述的PV板开关装置，还包括：
电压传感器，该电压传感器可开关地耦合在所述PV板的所述电路路径
中的各自的电压测量点对之间，用于测量在各自的电压测量点之间的各自的
电压差，各自的子列被连接在该各自的电压测量点对之间，
所述控制器被耦合至所述电压传感器来根据由所述电压传感器测得的

\t电压差确定所述PV板的所述电路路径中的PV电池子列是否将被旁路，
所述控制器被配置为响应于确定所述PV板的所述电路路径中的PV电
池子列将被旁路，闭合耦合在该PV电池子列两端的PV电池子列开关，
所述控制器还被配置为在确定所述PV电池子列将被旁路之后，根据当
所述PV电池子列开关闭合时所述PV电池子列开关两端的电压差来确定所
述PV电池子列是否将被重新连接，以及根据对所述PV电池子列是否将被
重新连接的确定来控制所述PV电池子列的所述PV电池子列开关。
11.根据权利要求4所述的PV板开关装置，还包括：
电压传感器，该电压传感器可开关地耦合在所述PV板的所述电路路径
中的各自的电压测量点对之间，用于测量在各自的电压测量点之间的各自的
电压差，各自的子列被连接在该各自的电压测量点对之间，
所述控制器被耦合至所述电压传感器来根据由所述电压传感器测得的
电压差确定所述PV板的所述电路路径中的PV电池子列是否将被旁路，
所述控制器被配置为响应于确定所述PV板的所述电路路径中的PV电
池子列将被旁路，闭合耦合在该PV电池子列两端的PV电池子列开关，
所述控制器还被配置为随后断开所述PV电池子列开关并且根据由所述
电压传感器在所述PV电池子列开关断开时测得的所述PV电池子列两端的
电压差来进一步确定所述PV电池子列是否将被重新连接，以及根据对所述
PV电池子列是否将被重新连接的确定来控制所述PV电池子列的所述PV电
池子列开关。
12.根据权利要求2所述的PV板开关装置，所述DC转换器包括降压
转换器。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·K·奥尔，A·M·J·R·帕坎，
申请(专利权)人：索兰托半导体公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA